钢筋混凝土灌注桩在某工程中的应用

赵变青

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

1 工程概况

本工程为太原市某医院的门诊楼，位于太原市晋源区，地下3 层，地上4 层，北侧与医院医技楼相接。结构东西长149.0 m，南北宽114.2 m，基底面积为17 015 m2。±0.000 的绝对高程为774.5 m。框架—剪力墙结构体系，抗震设防类别为乙类。

2 地质情况

场地所处地貌单元属汾河东岸Ⅰ级阶地。拟建场地地形较为平整，场地类别为Ⅲ类。本次勘探深度范围内揭露场地地下水类型上部为潜水，含水层主要以第②层粉质粘土中的粉砂层、粉质粘土中的粉砂、粉土薄层或透镜体、第③层粉土为主，勘察期间实测稳定水位埋深为1.40 m～2.0 m，水位标高769.06 m～769.61 m。其下为承压水，含水层主要为第④层粉细砂、第⑤层细砂、第⑦层细砂为主，勘察期间实测第④层粉细砂、第⑤层细砂稳定水位埋深为6.80 m～7.0 m，水位标高764.00 m～764.45 m。勘察期间为枯水期。建筑物抗浮设防水位标高按770.45 m 考虑。该场地标准冻结深度为0.740 m。本场地为严重液化场地。

场地各土层分层情况如表1 所示。

表1 土层分层情况表

3 结构荷载

说明:以下取结构西南角的荷载。

1)不计浮力受压桩基计算时，上部结构计算恒荷载+活荷载(恒荷载和活荷载的分项系数均为1.0，见图1)。

2)计算浮力时，上部结构只计算恒荷载(恒荷载分项系数为0.9，见图2)。

图1 上部结构恒荷载+活荷载示意图

图2 上部结构恒荷载示意图

4 地基处理及桩基设计

1)根据场地地质情况及上部结构的荷载情况，地基处理采用桩底带胶囊式的后压浆混凝土灌注桩。结构抗浮设防水位为770.45 m，结构基础底标高为-16.29 m，绝对高程为758.21 m，基底水头高度为12.24 m。

基底水浮力为:F=12.24×10 -2×20=92.4 kN/m2。

2)桩基设计时需要综合考虑结构的最不利荷载组合，根据场地的地质情况及场地液化判别情况，本场地为严重液化场地，第③层土的液化折减系数为1/3，第④层土的液化折减系数为2/3。本工程，基底标高-16.29 m，建筑基础埋深较深，液化土层全部挖除，桩基设计时不考虑液化，桩侧阻力不折减。

3)根据JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范［5.3.10］进行后压浆灌注桩单桩极限承载力设计:

其中，βsi为后压浆侧阻力增大系数;βp为后注浆端阻力增大系数。

根据《勘察报告》7.3.2 条提供的各土层的后注浆提高系数见表2。

表2 土层侧阻及端阻极限标准值及提高系数

取工程桩桩径700 mm，桩长23 m，取有代表性的孔点进行单桩极限承载力计算:

a.由式(1)可知:

取工程桩的单桩极限承载力为5 600 kN，单桩承载力特征值为2 800 kN 进行布桩，轴与○10轴相交处框架柱柱底荷载N=7 374 kN(不计浮力)，柱下布置3 根桩，基础采用3 桩独立承台。

工程桩单桩极限抗拔承载力设计值为3 400 kN，工程桩单桩抗拔承载力特征值为1 700 kN，满足抗浮计算所需的承载力值。综合各种因素，取工程桩单桩抗拔承载力特征值为1 200 kN 即能满足抗浮计算的需要。

4)试桩承载力计算。由于场地现有条件及地下水位的限制，试桩的超打桩长为13.1 m，在试桩的超打桩长范围内不注浆。

a.试桩受压承载力极限值计算，根据式(1):

取试桩受压承载力极限值不小于6 600 kN。

b.试桩抗拔承载力极限值计算，工程桩抗拔承载力极限值为2×1 200=2 400 kN，试桩的超打桩长为13.1 m，试桩抗拔承载力极限值为设计承载力部分承载力与超打部分极限承载力之和。

根据式(2)可得:

取试桩抗拔承载力极限值不小于3 400 kN。

5)受压承载力试桩的锚桩抗拔承载力计算。根据受压试桩的单桩极限承载力为6 600 kN，按超加2 级荷载计算锚桩承载力，每个试桩设置4 根锚桩，每根锚桩的侧阻力极限标准值为1 980 kN，利用工程桩作为试桩的锚桩(根据场地情况锚桩也超打13.1 m)，根据以上工程桩抗拔计算结果可知，锚桩的侧阻力极限值满足要求。

6)抗拔试桩的锚桩计算:根据以上计算可知，抗拔试桩的单桩极限承载力为3 400 kN，每个试桩设置2 根锚桩，单根锚桩的受压承载力特征值为1 700 kN，小于工程桩单桩承载力特征值，所以锚桩承载力满足要求。

7)根据JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范第5.8.2 条计算桩身强度。由于工程桩的受力特性，桩身配筋须按照抗拔计算的结果，配筋率满足《建筑桩基技术规范》4.1.1 条规定，桩身强度验算时可以计入钢筋的作用。

按照抗拔计算桩身配筋时考虑裂缝，其裂缝宽度限值应按照JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范第3.5.3 条注2 的规定，“二(a)类环境中，位于稳定地下水位以下的基桩，其最大裂缝宽度限值可采用括弧中的数值”，即最大裂缝宽度为0.3 mm。

抗拔桩纵筋计算，根据《建筑桩基技术规范》5.8.7 条:

N≤fyAs+fpyApy，As=1 200×1.35×1 000 ÷360=4 500 mm。

采用φ28 的钢筋，取7φ28 即可满足要求。

按照控制最大裂缝计算:ωmax=0.3 mm。

根据GB 50010—2010 混凝土结构设计规范第7.1.2 条:

计算可知桩身配筋为16φ28 时，配筋率ρ=2.56%，ωmax=0.28 mm，满足规范要求。

桩身强度可以计入钢筋作用，根据《建筑桩基技术规范》5.8.2 条:

所以桩身混凝土强度等级采用C30。

5 结语

根据计算结果可知，桩基设计时需要综合考虑工程桩在不同的工况下的受力状态，分别采用相应的计算措施进行设计计算，在桩身设计时，需要同时满足不同工况的配筋方式进行包络配筋。

［1］GB 50010—2010，混凝土结构设计规范［S］.

［2］JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范［S］.