一种人工静压预制桩的设计方法及工程实例.doc

相信很多同行都会遇到类似的情况：新建的多层建筑紧贴原有的多层建筑，而浅层的地基土土质较差，假如做天然地基，要对土做加固措施，而且比较容易影响相邻原有建筑；做普通桩基础，常常受施工场地限制或成本过高而造成浪费。在此，我向大家介绍一种人工静压预制桩。

　　这种静压桩的原理很简单，它利用桩的承台做建筑的天然地基，而这基础只需要暂时承担一层的建筑的自重（所以对地基土要求比较低），待建筑首层结构顶板封顶后，利用这一层建筑的自重，从承台预留孔压入预制桩，再封孔，从而完成桩的施工。继而可以继续进行二层以上的结构施工。（具体详以下桩大样图）

　　此静压桩的单桩竖向承载力特征值可按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002 中，式8.5.5-1：

　　Ra=qpaAp+up∑qsiali 估算

　　式中Ra —―― 单桩竖向承载力特征值；

　　qpa，qsia —――桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得；

　　Ap —―― 桩底端横截面面积；

　　up —―― 桩身周边长度；

　　li —―― 第i层土的厚度。

　　而新规范中用到估算一词，相信绝多数同行都有同感，往往实际的单桩竖向承载力与计算结果差异很大，这时，经验值和桩身强度控制就比较重要。桩身强度应符合下式要求：

　　Q≤ApfcψcGB50007-2002 中，式8.5.9

　　式中fc —―― 混凝土轴心抗压强度设计值；按现行《混凝土结构设计规范》取值；

　　Q—―― 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值；

　　Ap —―― 桩身横截面面积；

　　ψc —―― 工作条件系数，预制桩取0.75。

　　桩身一般取C20~C25混凝土。

　　假设取C20，则Q≤200X200X9.6X0.75=288kN；

　　取C25，则Q≤200X200X11.9X0.75=357kN。

　　综上，一般单桩竖向承载力设计值取200~350kN。

　　以下是我采用这种人工静压预制桩做过的一个工程实例，仅供参考：

一、工程概况
　　广州芳村陆居路某多层商住楼，建筑面积约为2200m2，下面两层连体裙楼做商铺，三四层塔楼做住宅，后面紧贴为数栋破旧的四层砖砌体结构住宅，见图一

　　根据地质勘察报告，场地条件如表1所示：

场地地质条件情况表1

图层名称 埋深（m） 层厚（m） 工程特征 Fk（KPa）
层①杂填土 地表 1.0~1.3 不均匀，松散状
层②淤泥质土 1.0~1.3 0.5~1.0 软塑，含细砂
层③粉质粘土1 1.8~2.0 0.6~3.0 灰白，可塑 244
层④粉质粘土2 2.6~5.3 4.1~5.8 褐红，可塑 409
层⑤强风化泥岩 8.4~9.4 6.4以上 红褐色，岩质软 Fr=2.7MPa

　　由于该楼只是二至四层商住楼，从成本考虑，首选应做天然基础较为经济，但该房紧邻的旧楼基础埋深较浅（约1m左右），假如新建建筑基础过深，则影响邻房安全；过浅，地基持力层承载力很难达到四层部分的轴力设计要求

二、基础方案的比较和选用

1、人工挖孔桩。本建筑只是二至四层商住楼，远不能充分利用桩的承载力，造成浪费，而且桩的检测周期过长，影响工期进度；

2、静压预应力管桩。由于本建筑紧邻旧楼，压桩机没有施工工作场地，且静压预应力管桩造价更高，也不能充分利用桩的承载力，比人工挖孔桩更浪费；

3、天然地基。由于邻楼基础只有一米左右，假如新建建筑基础比旧基础浅，地基承载力取值必然偏低，则四层部分基础基本上要做成满堂红基础，比较浪费；

4、经商讨，最后采用条形基础，在四层部分条基上另加简易人工静压预制方桩，用以承受四层部分柱与二层部分柱的轴力的差值。

三、基础的设计分析

　　基础的计算比较简单（具体计算过程不列），但由于场地情况比较特殊，该工程基础设计的关键是设计参数的取值。

　　首先，要确定条基的埋深和地基承载力的设计值。由于相邻旧建筑比较破旧，新建筑基础埋深不宜比它深，考虑到本场地原建有平房，场地以前已做平实处理，且经过多年的使用，对地基土也有压实作用，根据过往经验，类似情况，基础埋深越浅越好，只要满足最少埋深要求就可以，以减少对淤泥层土的搅动。虽然地质勘察报告没提供该土层的地基承载力参数，但按过往类似工程的经验，该地基承载力一般可取100KN/ m2，但考虑到次建筑是商住合一，为提高安全度，实际取80KN/ m2；基础埋深取室外地坪以下0.80m。

　　其次，要制定正确的施工顺序，这关乎到简易人工静压预制方桩(以下简称方桩)的施工和使用。该方桩的施工顺序要求和原理是在条基板上预留锚杆及桩孔（大样见桩大样图），利用已有建筑物的自重，通过人力采用液压千斤顶把边长200mm的预制方桩压入土中，单桩承载力设计值（此处）取250KN。根据这一特点，设计上要求全楼统一先做好条形基础，根据算出的二层柱和四层柱的轴力差值，确定四层柱需要的方桩数量，预留相应数量的锚杆及桩孔，待捣制好首层顶板后（达到压方桩的自重要求），同时进行方桩的压入和二层梁板的施工，待所有桩压入、检测、封好桩头后，继续三四层的施工。

　　最后，由于本工程采用两种形式的基础，为保证沉降均匀，二层与四层间连接的梁均相应增加刚度，以求达到加强该建筑的整体刚度的概念性设计要求。

四、实际使用效果
　　该建筑投入使用至今已一年多，经观测检验，沉降均匀，满足规范要求。综观该工程，此方法是解决类似的受施工场地限制而地基承载力偏低的基础设计问题的一种比较好的方法，而且能同时对方桩和上面结构层进行施工，比较节省工期。根据提供该桩资料的芳村危改所的专家介绍，他们还曾用此桩成功进行了一些危房的纠偏施工。假如这种桩得到广泛推广，在多层建筑领域，相信能发挥很好的作用。