淺談大型設備樁基礎的設計

鄭淑華,蒲云香

(大連大化工程設計有限公司,遼寧 大連 116031)

淺談大型設備樁基礎的設計

鄭淑華,蒲云香

(大連大化工程設計有限公司,遼寧 大連 116031)

對樁基礎在工業廠房設備基礎設計中值得注意的問題進行討論。

樁基礎;承載力;樁距;安全度

樁基是一種歷史悠久應用廣泛的基礎,并且也一直是建筑行業的難點、重點和熱點問題之一,因此,如何選擇合理的樁基礎形式,對于保證安全,節約投資、降低造價起著舉足輕重的作用,現就某工程實例淺談大型設備樁基礎設計。

擬建淮安某聯堿技改工程,位于淮安某化工有限公司西側,南靠化工路,北臨里運河,總占地面積約33600 m2,主要建構筑物為輕灰煅燒廠房、重灰涼堿廠房、母換框架、碳化廠房、濾過廠房、外冷器框架、澄清桶基礎、動力機器基礎、棧橋及大型高塔設備基礎等,其特征見表1。

1 地基土構成與特征

場地地貌上屬黃泛沖積平原,場地原為磷肥廠廠區,經多次人工改造,除局部挖方及水溝外,地形較平坦,總體上南高北低。地區所處的構造部位為新華夏系第二巨型隆起與淮陽山字形東翼弧及秦嶺東西向構造帶復合處。

表1 建構筑物特征一覽表

本區褶皺構造主要有洪澤凹陷、漣北凹陷、大東鎮凸起等。地層結構為:第一層雜填土,主要成分為建筑垃圾,由近期人工活動形成,不宜作持力層;第二層粉土,屬可液化土層,承載力特征值fak=110 kPa;第三層粉質黏土,承載力特征值fak=80 kPa;第四層黏土,承載力特征值fak=180 kPa;第五層粉土,承載力特征值fak=170 kPa;第六層黏土,承載力特征值fak=300 kPa。

2 樁基設計中樁型、樁長設計的重要性

樁基礎設計中對樁型及樁長的合理選擇均會對基礎設計產生重大的影響,設計人員在樁基礎設計中采用多方案比較,選擇合理的樁型與樁長,這都將對整個基礎設計的合理性與經濟性產生巨大的影響,當然我們也應考慮施工可行性等多方面因素。由于廠區內建筑物類型繁多,每棟建筑物的層數、荷載及用途都不同,根據地層結構的特點選擇不同的持力層。單層或荷載較小的二層建筑選擇第二層的粉質持力層,基礎形式為獨立基礎或鋼筋混凝土條形基礎。廠房高度較高,荷載相對較大的建筑、高塔設備基礎、動力機器基礎等,根據土層的情況,采用預應力混凝土管樁基礎,持力層為第六層黏土。

3 工程實例(澄清桶樁基礎設計)

1)根據工藝、設備專業的條件要求,計算簡圖及樁布置如圖1。

設備重量標準值:12000 kN,基礎自重標準值:6650kN。

2)樁參數

樁采用預應力混凝土管樁,直徑500 mm,工程樁端持力層為第六層黏土。樁端進入持力層的深度為1000 mm,樁長約為10 m。

3)承載力特征值

依據勘探報告提供的各土層樁基參數見表2。

①單樁豎向抗壓承載力特征值

根據公式估算單樁豎向承載力特征值Ra

圖1 計算簡圖及樁布置圖

通過估算單樁豎向承載力特征值Ra=1000 kN。

②確定樁數量:軸心豎向力作用下

n=Fk+Gk/Ra=12000+6650/1000=19根

③單樁樁身豎向承載力設計值經過分析、計算應同時滿足:Q≤(ψcfc-0.34σpc)·A=2531

表2 各土層樁基參數推薦表

因此單樁豎向承載力特征值滿足樁身混凝土強度要求。

樁基的水平承載力與位移計算,是結構設計的難點,往往地質報告提供的數據不能滿足計算的要求,根據以往的工作經驗在確定樁數時要增加20%～30%,確保抵抗地震荷載及適當的安全儲備,其次應通過實驗來確定。樁的水平承載力計算較為復雜,相關計算公式相互聯系,計算工作量大。水平荷載作用下樁身的變形大致有三種形態(樁頂在承臺中的嵌固條件不同時,樁身的變形也不一樣):①樁的抗彎剛度遠大于地基剛度且樁的入土深度很小時,樁將繞某點轉動;②當地基較好時樁的下部嵌固在土中,只有樁身的上部產生彎曲;③大多數情況下,樁身的變形如彈性地基梁一樣。影響水平位移的因素很多,如承臺剛度、地基情況、豎向荷載的大小等。本次設計的大型設備樁基礎為群樁基礎,承臺、群樁及土相互作用產生的群樁效應的荷載大于上部結構傳至基礎頂面的水平荷載。設計中應盡量避免樁基承擔過大的水平力和樁頂彎矩,多樁承臺、設樁頂雙向承臺梁,抵抗承臺頂面彎矩并協調各承臺之間的變形,提高對承臺側面回填土的回填要求,以通過承臺側面的被動土壓力,消化或部分消化樁頂的水平力。

設計要求工程樁施工前,必須進行單樁靜載荷試驗,確定單樁承載力特征值。試樁數量不宜少于總樁數的1%,且不少于3根。工程樁施工結束后需進行樁的承載力及樁身質量的檢驗,檢驗數量按規范要求執行。

樁基礎的設計需要理論計算需與工程實際相結合,構造上采取必要的措施,使結構具有一定的抵抗外力的能力,滿足工程安全要求。

TU 473.1

:B

:1005-8370(2011)02-29-03

2010-09-03