“工”字形截面桩的工程设计研究

“工”字形截面桩的工程设计研究

预制桩因其施工快速,施工质量可靠的特点,在工程中得以广泛应用。方桩性能好,但造价高;管桩省材、造价低,但其水平承载力极低。而异形截面桩是将常规的桩截面做成异形截面,利用其横截面周长大的特点,增加摩擦型桩的单桩竖向承载力。广西隆安某项目采用“工”字形截面桩作为工程桩。本文结合这一工程实例,对异形截面桩进行深入应用研究。

一、工程设计实例

1.工程概况

广西隆安某项目为四层框架结构,房屋高度14.9米。矩形平面(16.5x26.6),平面规则、竖向构件连续,利于抗震。地区抗震设防烈度为7度(0.15g),场地类别为Ⅱ类。场地地基由填土①和黏土②-1、黏土②-2层组成。填土①层:回填时间超过10年,基本完成自重固结,可以提供一些桩侧摩阻力,qsik=25kPa,层厚4.5~9.2m;黏土②-1层,呈坚硬~硬塑状态,qsik=86kPa,qpk=2200kPa,层厚1.8m~7.7m;黏土②-2层,呈硬塑~可塑状态,qsik=70kPa,qpk=1500kPa,勘察未揭穿该层。

2.基础设计

选择静压预制桩方案,以黏土②-1或黏土②-2层作为桩端持力层。采用工字形截面450x450x190x130,如图1。结合场地土层条件,考虑预制桩制作及施工方便,在不接桩的情况下,充分发挥桩摩擦力,最后确定设计桩长11米。按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.3.5条,估算出本项目的单桩竖向承载力特征值为767kN,设计取值700kN。采用PKPMJCCAD软件基础布置如图2。承台下布桩,共65根桩。

二、“工”字形异形桩与方桩、管桩在本项目中的应用比较

1.三种截面的几何及力学特性对比分析

可见,工字形桩拥有截面周长长、较大的主截面惯性矩的几何及力学特征优势。

2.三种桩截面在本项目中的基础应用设计

在本项目场地,采用上述三种截面,按桩基规范JGJ94-2008第5.3.5条,针对同一勘探孔点(取最不利点)、相同桩长(11米),得到不同的单桩竖向承载力标准值R:用400x400方桩(R=570Kn)和闭口管桩(Φ400、R=448Kn),采用PKPMJCCAD软件分别对本项目进行基础设计,基础布置如图4、图5。

3.三种桩截面在本项目中基础应用的造价比较

对三种桩型的基础(桩+承台)分别进行了预算,其工程总造价如下表:从对比看到,相同设计条件下,本项目采用“工”字形截面桩时,基础(桩+承台)的总造价最低。与预制方桩和管桩比较,采用“工”字形截面桩基础造价降低了14~15%。因目前尚是试验和技术创新阶段,当这一技术工艺成熟,成为工厂化的产品,相信异形桩的单价会随之下降,其技术经济效应将明显。

三、异形桩的应用前景

异形桩是在普通灌注桩和静压桩基础上发展起来的一种较有前途的新桩型,也是一种节能节材的新桩型。异形桩截面桩侧摩擦力大,是经济可行的摩擦桩,同时也拥有较大的主截面惯性矩,获得较大的主截面惯性矩,可把它应用于基坑支护,成为一种新型的支护桩型。

作者:苏琳琳 单位:广西建筑科学研究设计院