软土地区的自建房项目一般占地面积较小、且场地狭小,采用灌注桩或预制桩作为桩基础,由于荷载较小,自建房项目的单桩承载力要求较小,一般300kN~1200kN即可满足使用要求。
自建房项目占地面积小,一栋建筑物的桩数一般在10~30条,因此工程量很小,采用传统的静压桩、锤击桩或旋挖桩工艺,所需的进退场费占工程造价占比很高,桩基础施工费用很大一部分是用于设备进退场费了。同时,自建房一般位于场地狭小、交通不便的区域,大型设备很难进入,静压桩工艺无法实施,锤击桩噪音及震动大,周边环境通常不允许施工,而灌注桩成本高、工期长、质量很难保证。因此,如有小型静压桩施工设备可以用于自建房项目桩基础施工,将有很大的应用市场。
抱压式锚杆静压桩设备轻巧、施工方便、施工质量好,已广泛应用与地基基础加固、软土地区基坑管桩的补桩、电梯井压桩等场合,因此,抱压式锚杆静压桩也可以广泛应用于农村自建房的桩基础施工。
拟建项目位于福建省宁德市,自建房建设用地面积约306㎡,建筑占地面积约293㎡,建筑总面积 1758㎡。拟建建筑主要为 1 幢联建房,拟建联建房层高为 6 层,框架结构,场地内无地下室,基础型式拟采用桩基础,基础埋置深度约 1.00m,场地整平标高为 3.40m(暂定)。 三、场地工程地质条件 场地岩土层按其成因及力学强度不同可主要分为 5 层,各岩土层的特征自上而下分述如下: 1、素填土①:灰褐色、浅灰色,稍密-中密,稍湿,下部饱和,主要成份由粘性土、砂粒及碎石组成,局部夹块石,碎石含量约 25%-40%,粒径20mm-180mm,块石粒径 200mm-320mm 不等,碎块石岩性以强~中风化凝灰熔岩为主,次棱角状,均匀性较差,稍经压实,堆填时间约 15 年,场地表层全场分布,各孔均有揭示,顶板标高 3.13m~3.23m,揭示层厚 2.00m~3.20m。 2、淤泥②:深灰色,流塑,饱和,主要成份由粘粉粒组成,土体粘性及滑感强,污手,具腥臭味,局部含少量贝壳碎屑及砂粒,切面光滑,无摇震反应,干强度高,韧性高,海积成因。全场分布,该层各孔均有揭示,顶板埋深 2.00m~ 3.20m,顶板标高-0.02m~1.19m,厚度大,揭示层厚 28.90m~30.80m。 3、砂土状强风化凝灰熔岩③:灰黄色,主要矿物为长石及石英,原岩结构大部分破坏,岩芯呈砂土状,砂感很强,局部夹杂少量强风化碎块,砂土手捏易散,湿水易崩解。岩石坚硬程度属极软岩,岩体完整程度属极破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。分布较广泛,场地内仅 ZK3 钻孔未揭示,其余各孔均有揭示,顶板埋深,31.80m~33.20m,顶板标高-29.97m~-28.61m,揭示层厚 3.10m~4.60m。 该层压缩性低,力学强度较高,但具有浸水易软化、强度降低的特性。该层标贯击数实测值>50 击或击入一定深度后反弹,压缩性低,力学强度较高,但具有浸水易软化、强度随之降低的特性。 4、碎块状强风化凝灰熔岩④:青灰色、灰褐色,凝灰岩结构,原岩结构清晰可辨,主要矿物成份为长石及石英,风化强烈,岩芯呈碎块状、块状,岩芯多数锤击可碎。岩石坚硬程度属软岩,岩体完整程度属极破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。局部分布,主要揭示于 ZK2、ZK3 钻孔,顶板埋深 31.40m~37.80m,顶板标高-34.57m~-28.27m,揭示层厚 0.30m~0.40m。 5、中风化凝灰熔岩⑤:青灰色、灰白色,熔岩结构,块状构造,主要矿物成份为石英、长石,部分矿物风化迹象明显,节理裂隙发育,裂隙面见锰质矿物充填,岩体主要发育裂隙倾角为 30°~80°,岩芯多呈短柱状、柱状,少部分呈块状,岩质新鲜,岩石坚硬,锤击声脆,不易击碎。各孔均有揭示,最大揭示厚度 8.30m,均未揭穿,顶板埋深 31.80m~38.10m,顶板标高-34.87m~-28.67m,RQD 一般介于 38.9~42.5 之间,岩体完整程度为较破碎,饱和单轴抗压强度标准值为42.07Mpa,岩石坚硬程度属较硬岩,岩体基本质量等级为Ⅳ级。 桩基础设计参数建议值
地质断面图(一)
地质断面图(二)
原设计布置22根灌注桩,单桩承载力1800kN,单桩长度约38m,选用直径800灌注桩,以中风化岩作为持力层。 灌注桩可承受的荷载为22*1800=39600kN。 平面图布置如下:
灌注桩方案基础造价估算表如下,总费用为824635元。
如按建筑占地面积293㎡考虑,建筑物高6层,每层荷载按20kPa,总计约293*6*20=35160kN; 考虑到有有可能有飘台,如按用地面积306㎡计算,建筑物总重约306*6*20=36720kN; 考虑到压桩需要反力,可以借助筏板自重结合配重的方式作为压桩反力。在筏板中部可以提供的反力大,边桩和角桩可提供的反力小,因此不同部位的桩基础选用不同的承载力特征值。
采用筏板基础,布置在中部的桩,单桩承载力特征值取1500kN,共12根,布置在周边的桩,单桩承载力特征值取1100kN,边桩共15根,布置在角部位置的桩,单桩承载力特征值取800kN,边桩共5根,合计所能承受的荷载为:1500*12+1100*15+800*5=38500kN
>36720kN,满足要求。
2)不同位置压桩力及配重的确定
1、中部区域的桩
中部单桩承载力为1500kN的桩,最大压桩力取3000kN,压桩反力取3600kN。
桩位于中部区域,取筏板厚度为600mm,以图示A3桩为例,底板能提供的反力为:
F1=0.6*25*(S1*L1+S2*L2+S3*L3+S4*L4)/L=2458kN
尚需配重:3600-2458=1142kN。
2、侧边的边桩
边桩单桩承载力为1100kN的桩,最大压桩力取2200kN,压桩反力取2640kN。
桩位于边桩区域,筏板厚度为600mm,以图示B3桩为例,底板能提供的反力为:
F2=0.6*25*(S1*L1+S2*L2)/L=2038kN
尚需配重:2640-2038=602kN。
3、角桩
角桩单桩承载力为800kN的桩,最大压桩力取1600kN,压桩反力取1920kN。
桩位于角桩区域,筏板厚度为600mm,以图示C2桩为例,底板能提供的反力为:
F3=0.6*25*(S1*L1)/L=1840kN
尚需配重:1920-1840=80kN。
因此,本工程设置32根管桩,采用500AB型管桩,最大压桩力分别为3000kN、2200kN和1600kN,设置600厚筏板,加1200kN的配重块,可以满足施工要求。
如不采用配重块,需要增加筏板厚度,如筏板厚度调整为800mm,按以上计算方法,没有配重情况下,最大可以提供的反力分别为:
中部桩:2458*0.8/0.6=3278kN,可以采用的最大特征值为1365kN;
边桩:2038*0.8/0.6=2717kN,可以采用的最大特征值为1130kN;
角桩:1840*0.8/0.6=2453kN,可以采用的最大特征值为1000kN。
按图示配桩,可以提供的抗力为:
1365*12+1130*15+1000*5=38330kN>36720kN,满足要求。
采用筏板逆作+配重的管桩静压方案具有明显的优势:
1、经济方面。采用管桩方案比灌注桩方案(824635元)节约工程造价17%。
2、工期方面。灌注桩施工工期需要2个月,而采用筏板逆作+配重的管桩静压方案节约工期1个月以上。
3、环保方面。采用筏板逆作+配重的管桩静压方案,没有泥浆,避免了泥浆外运造成的环境污染,且采用静压管桩施工,对周边环境影响小。