静压桩基础施工场地处理及土方核算实例

摘 要:静压桩施工要求场地有较高的地基承载力,目前在场地加填土和土方平衡方面缺乏统一规范和有效依据。结合工程案例,首次通过计算确定加填土厚度和运入土方量,供同行借鉴。

关键词:地基基础工程静压桩场地处理土方核算

中图分类号:U443文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)07(a)-0082-02

静压桩具有单桩承载力高,施工进度快,污染少等优点[1],但由于静压桩机自重加配重总重量大,施工时要求场地平整,地耐力较高,否则沉桩过程中桩机容易产生“陷机”现象,导致桩位偏移,甚至桩身断裂。DT2无忧研修网所以在所以在软土地基沉桩时,桩机进场前应对场地进行加填土处理,以满足地基承载力要求。但目前对加填土厚度确定尚无统一规范可循,大多只是凭借经验,并且在基础施工过程中又很难做到进出土方量的平衡,导致工期延长成本增加。本文对某工程静压桩基础施工过程中场地加填土处理及土方平衡核算进行研究,首次根据计算确定加填土厚度和运入土方量,通过工程案例证明方案可行性。

1 工程背景

某工程共三栋,为3～5层框架结构,基础埋深-1.5m。采用静压管桩基础,桩径400mm,桩长约25m,单桩承载力特征值为1150kN,基础承台大部分为二桩和三桩承台。三栋楼其中1号楼底层建筑面积1333m2,2号楼底层建筑面积1493m2,3号楼底层建筑面积1103m2,整个建筑场地总面积9892m2,室内外高差0.6m。根据该项目岩土工程勘察报告,建筑场地平坦,为中软场地土类型,地貌单元属湖积地貌,场地表层土的承载力较低(见表1)。如果桩机直接进场,则在压桩过程中容易发生下陷,导致桩机无法移动,甚至挤压破坏已经施工完成的桩。场地首先进行桩基础施工的是1号楼,为防止发生“陷机”,根据经验在桩机进场前场地加填了60cm厚土,但是在压桩过程中,桩机发生明显沉陷,经测量复核发现已压桩均发生不同程度的偏移,最大达到12cm。

2 场地处理

规范[2]规定,采用静压沉桩时,场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍。该桩机自重加配重共计300吨,因其移动时横向和纵向行走机构并非同时着地,基于安全考虑,桩机较小接地面积应取其横向行走机构面积。经现场实测,横向行走机构宽度b=3m,长度=6m,较小接地面积为3×6×2=36m2,则桩机接地最大压强为3000÷36=83.3kPa。为保证施工安全和质量,经相关单位共同协商,决定对表层进行加填土方处理。由于本工程自然地面标高比设计室内标高低1.3m左右,加填土方开挖后亦可作回填用,对工程总造价影响不大。

(1)选择计算条件。由表1可知,该场地最不利情况为第一层素填土,第二层土为淤泥。若对该场区进行新填土,则原有素填土为新填土的软弱下卧层,而淤泥又作为原有素填土的软弱下卧层,故需进行两次软弱下卧层验算。第三层土承载力较高,可不验算其作为软弱下卧层的承载力。

(2)计算过程。根据现场条件,新填土采用粉质黏土夹少量碎砖,出于节约造价的目的,初步假定其厚度z=1.5m,根据规范[3],粉质黏土压力扩散角偏安全考虑可取23°,验算其软弱下卧层承载力步骤如下。

①文献[4]通过试验表明压实填土地基的容许承载力,基底附加应力设计值,符合要求。

②验算素填土作为新填土软弱下卧层的承载力

kPa

因,则素填土作为新填土的下卧层满足承载力要求。

③验算淤泥作为素填土软弱下卧层的承载力

式中,;基底附加应力值kPa;压力扩散角按文献[5]确定,由于,进行插值计算可得。

代入可得:

kPa

kPa

kPa

因,则淤泥作为素填土的下卧层满足承载力要求。

(3)方案确定。考虑经济因素,取z=1.4m进行验算,不满足要求,故按z=1.5m进行加填。因场地桩机进场前已加填0.6m,故只需再加填0.9m。加填后采用桩机试走的方式进行检验,当发现桩机仍有明显下陷处,则进行局部换填。要求换填厚度为3m,压实系数不小于0.95。按该方案对地表进行填土并压实后,检验发现2处桩机明显下陷状况,经局部换填后问题得以解决。总换填面积约50m2,占场地总面积的4%左右。静压桩施工完毕,对所有桩按规范[6]要求进行检验,其位移、垂直度、桩身完整性及承载力等均满足要求。

3 土方核算

在基础施工过程中,从场地加填土处理到基础开挖和回填、场地平整全过程中,都涉及到土方的调运、转运和外运问题,特别是在工程量比较大的项目中土方施工能直接影响工程进度和成本。因此,在土方施工前进行核算,确定合理施工方案,以缩短工期、降低成本显得尤为重要。

(1)土方计算。对建筑场地进行10m×10m方格划分,对各方格标高进行测量,计算得知场地标高平均值为-1.339m,场地基本平整,最大高差为0.35m。如果考虑场区内总土方量平衡,则所需土方量计算如下。

①室内部分(相对标高±0.000m)面积为1333+1493+1103=3929m2,室外部分(相对标高-0.600m)面积为9892-3929=5963m2。

②扣除场地硬化体积(加权平均厚度为0.1m)、室内地面面层体积(加权平均厚度为0.15m)后,需要从场外运进土方总量为:m3计算所得土方量为夯实后体积。

③若考虑只利用②中计算所得土方量来对全场按统一厚度进行加填,以保证静压桩机正常施工,则场地平均填土约8482÷9892=0.857m,远远小于前面计算得出所需的1.5m。故全场加填无法实现土方自平衡(即无余土外运)。

(2)方案选择。为尽量实现无余土外运,并综合权衡工期、造价以及可行性等因素,决定先加填1号楼,然后开始1号楼静压桩施工,并加填2号楼,完成后在2号楼压桩的同时将1号楼部分土方转运至3号楼,逐步完成所有静压桩的施工,最后平整场地。具体步骤如下。

①对1号楼施工场地加填土1.5m厚,总填土面积考虑静压桩机工作面约2000m2,总填土方量考虑放坡约3300m3。

②1号楼静压桩施工,同时对2号楼施工场地加填土1.5m厚,总填土面积约2300m2,总填土方量约3800m3。

③1号楼桩基础开挖,2号楼静压桩施工,同时对3号楼施工场地进行加填土,总填土面积约1800m2,所需总填土方量约3000m3。如果要实现无余土外运,根据前面计算,场地需从场外调运总土方量为8482m3,1号楼和2号楼加填完成后尚可从场外调运土方量为8482-3300-3800=1382m3。若将调运土方量全部用于3号楼加填,则尚缺土方量为3000-1382=1618m3,剩余土方量从1号楼开挖土方转运。故3号楼加填土方由场外调运和1号楼转运两部分组成。

④3栋楼多余土方均转运至周边空地集中存放,待基础施工完毕,用于回填和场地平整。

(3)经济分析。施工单位对该方案进一步优化,合理安排工期,并编制了专项土方施工方案。该工程最后进行场地平整的时候,又从场外调运土方120m3,与原定方案稍有出入,可能是因转运损耗和压实密度所致[7]。在土方施工过程中充分利用三个施工段进行流水施工,占用独立工期少,且无余土外运,大大降低了成本,受到建设单位高度评价。

4 结语

根据静压桩基础施工场地处理及土方核算实例分析,得出以下主要结论:(1)静压桩机进场前一定要验算场地地基承载力,以确保施工安全和质量,但仅仅凭借经验对场地进行加填土处理往往难以达到预期效果。(2)采用加填方案提高地基承载力时,计算填土厚度应根据土质情况选择合理的下卧层计算条件,并对特别软弱区域进行局部换填。(3)通过计算确定合理的土方施工方案能缩短工期,降低成本。

参考文献

[1]何耀辉.静压桩挤土效应研究及实测分析[D].浙江:浙江大学,2005.

[2]中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范.JGJ94-2008[S].北京:2008.

[3]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范.JGJ79-2002[S].北京:2002.

[4]毛静民,王宾,龙凌云.武钢厂区人工填土承载力评价及其处理对策[J]．武汉科技大学学报,2002,25(1):28～30.

[5]张丹青.土力学与地基基础[M].化学工业出版社,2008.

[6]上海市建设和管理委员会．建筑地基基础工程施工质量验收规范.GB50202-2002[S].上海:2002.

[7]张勇,陆望明,王生民.基础土方回填施工及常见问题的处理[J].人民长江,2008,39(21):44～45.