常用桩基础经济对比分析

常用桩基础经济对比分析桩基础对比分析随着经济的快速发展，城市中各类建筑拔地而起，基础部分往往在整个建筑物投资中占据了较大的比例。因此，如何选择合理的基础形式，对于确保安全，节约投资，降低造价等起到举足轻重的作用。这就要求我们根据勘察报告、结构类型、荷载情况等进行仔细分析，选择一个最经济、合理的基础方案。下面主要对桩基础设计进行比较分析。一、桩基础的类型近年来由于建筑施工能力及技术水平的不断提高，桩基础在建筑结构领域被广泛采用，并且随着时代的发展，桩基础的类型不断增多，目前本地区常用的桩型为：高强预应力管桩，人工挖孔灌注桩，长螺旋钻孔灌注桩，泥浆护壁钻孔灌注桩，内夯沉管灌注桩（即夯扩桩），以及上述各种桩型的改进，如扩底，注浆等。二、桩基础的功能及适用条件1、桩基础的功能桩基础的主要功能是将上部结构的荷载传至地下较深的密实或低压缩性的土层中，以满足承载力和沉降的要求。桩基础也可用来承受上拔力、水平力，或承受垂直、水平、上拔荷载的共同作用以及机器产生的振动和动力作用等。2、适用条件桩基础的适用条件主要根据场地的工程地质条件、设计方案的技术经济比较以及施工条件等而定。一般来说，在下列情况下可考虑选用桩基础方案（基础设计应优先考虑浅基础方案）：（1）基础持力层较深，不适合做浅基础。（2）高、重建筑物下的浅层地基土承载力与变形不能满足要求时。（3）地基软弱，而采用地基加固措施在技术上不可行或经济上不合理时，或地基土性特殊，如液化土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等特殊土时。（4）除了存在较大的垂直荷载外，还有较大的偏心荷载、水平荷载、动力荷载及周期性荷载作用时。（5）上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感，或建筑物受相邻建筑或大面积地面荷载的影响时。（6）对精密或大型的设备基础需要减少基础振幅，减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时。（7）地下水位很高，采用其它基础形式施工困难，或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、采油钻井平台等。（8）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。三、常用桩基础的适用范围和特点任何一种桩型都不是万能的，都有其适用范围，关键在于找到切入点，扬长避短，再好的桩型只要施工中不注意质量或超过其适用范围，就会出现质量问题甚至造成重大事故及经济损失。因此必须结合工程特点，选择经济、合理、安全的桩型。1、高强预应力管桩1）适用条件：(a)、持力层上覆盖为松软土层，没有坚硬的夹层。(b)、持力层顶面的土质变化不大，桩长易于控制，减少截桩或多次接桩。(c)、水下桩基工程。（d）、工期比较紧的工程，因已在工厂预制，缩短工期。2）优点：(a)、管桩的单桩承载力高，φ400的管桩单桩承载力特征值可达到1300KN；其单位承载力的造价比钻（冲）孔灌注桩要低。管桩桩身混凝土强度高，管桩打入持力层后，桩尖附近的土或岩层经过强烈的挤压，桩端承载力可比原状提高约一倍，所以同样直径管桩比钻（冲）孔灌注桩单桩承载力高许多。(b)、管桩应用范围广，适用于各种不同建筑物的基础。管桩常用直径为φ300～φ600，既可以作为单层建筑物的基础，又可作为高层、超高层建筑物的基础，只须结构设计人员根据柱荷载的不同，采用不同的桩径及桩数。(c)、管桩适应性强，抗弯性能好。管桩有卓绝的贯入性能，能穿透密实的砂层，对持力层起伏变化大的地质条件比钻（冲）孔灌注桩优势明显，因管桩长短不一，从4～12米不等，持力层起伏变化大时，可以根据地质情况进行合理配桩，搭配灵活；管桩采用预应力工艺成型，其抗弯性能良好。(d)、管桩本身质量容易保证。由于采用工厂预制的生产方式，能利用先进的工艺和设备，保证产品质量。(e)、成桩质量容易保证。若地质无特殊情况，控制桩长和贯入度这两个参数，其承载力基本上都能保证，而且这两个参数容易把握。(f)、施工速度快，工期短。管桩在工厂可提前批量生产，能按施工要求及时提供各种桩型，施工前期准备时间短，一般能缩短工期一～二月。(j)、施工现场文明。施工现场无砂石、水泥，无泥浆污染，对施工现场狭窄的工程特别有利。3）缺点：(a)、若打桩，主要有噪音污染和空气污染（注：因柴油是不充分燃烧）；若为静压桩，成本则比打桩高，故不宜在人口密集的城区施工等。。(b)、打桩或静压桩都有挤土作用的问题，容易导致浮桩。(c)、管桩不宜用于孤石和障碍物多的地层；因为桩尖接触到孤石或地下障碍物时，会导致桩身偏位或大幅度倾斜，桩尖破损、桩身折断或桩头打烂等情况。(d)、管桩在石灰岩地区应慎重采用；在石灰岩地区，因溶洞、溶沟、石笋等“喀斯特”现象相当发育，在这种地质条件下施打管桩，容易发生以下工程质量事故：(d.1)、若岩层表面比较平坦，当管桩接触到岩面时，贯入度急剧减少，桩身反弹，管桩会出现桩尖变形、桩身断裂或桩头打烂等情况；(d.2)、若岩层表面比较倾斜，当管桩接触到岩面时，会沿岩面发生滑移；(d.3)、因“喀斯特”地形的复杂性，在施打桩过程中，配桩相当困难，有些桩可能落在岩顶，有些桩则可能落在溶洞、溶沟内；(d.4)、管桩几乎不能嵌入石灰岩中，因此桩的稳定性差。(e)、有坚硬夹层时不宜应用或慎用，在坚硬夹层中施打管桩，容易发生下列工程质量事故：(e.1)、在贯穿坚硬隔层过程中，每米锤击数剧增，这样很容易使桩身混凝土产生疲劳破坏；(e.2)、桩身和桩头的破损率高；(e.3)、有的桩能穿过坚硬隔层，有的不能穿过，导致同一承台内桩持力层不同。4）施工工艺：平整场地→桩位放样→桩机就位→起吊预制桩→稳桩→打桩→接桩→送桩→中间检查验收→移桩机至下一个桩位→最终验收。2、人工挖孔灌注桩1）适用条件：(a)、适用于地下水较少、较低。(b)、对安全的要求较高，如有害气体，易燃气体，孔内气体稀薄等，尤其在有地下水时需边抽边控，因此对漏电保护等也有特殊要求。(c)、地质条件良好，地层土体密实；不适用于较厚的砂土层和较厚的淤泥质土层等。(d)、桩长度较短而荷载较大。2）优点：(a)、人工挖孔桩具有施工设备简单，无噪音，无振动，无废泥浆排出等公害，施工操作方便，占用场地小，对周围环境及建筑物影响小，造价低等。(b)、人工挖孔桩单桩承载力高，充分发挥桩端土的端承力，单桩可以承受几千KN乃至几万KN荷载，能满足高层建筑及重型设备基础的需要,嵌入地层一定深度，抗震性能好。(c)、人工挖孔桩，易于扩大桩底孔径，增加桩底面积，可以弥补机械施工的一些不足，施工时下放钢筋笼方便，桩底虚土厚度清理较彻底，为提高单桩承载力打下了基础。(d)、人工挖孔桩，施工质量可靠，桩基质量易于保证，在机械成孔困难狭窄地区亦能顺利成孔。(e)、当土质复杂时，施工时可以直接在孔内检查成孔质量，可以边挖掘边用肉眼验证土质情况。(f)、可利用多人同时进行若干根桩施工，每孔可连续作业，互不影响，可全面展开施工，缩短工期。3）缺点：(a)、人工挖孔桩直径大，每m3混凝土所提供的承载力比小直径灌注桩小，因而混凝土用量较大。(b)、人工消耗较大，人工开挖效率低，在扩底时往往因支护方案不当，造成扩底部位土层坍方，人身安全隐患大。(c)、地下水对人工挖孔桩的施工影响很大，对地质条件要求较高。4）施工工艺：平整场地→测量放线、定桩位→检查桩位（中心）轴线→安装施工机具→开挖成孔（分节挖土和出土）→安装护壁钢筋和护壁模板→灌注护壁混凝土→加设垂直运输、照明、通风等设备→拆模→逐层往下循环作业直至设计深度→进行扩底（当需扩底时）→清理虚土、排除积水→验孔（检查尺寸和持力层）→浇筑封底混凝土→吊放钢筋笼→浇筑桩身混凝土→验收。3、长螺旋钻孔灌注桩1）适用条件：该桩型适用于粘性土，粉土，填土等各种土层中施工，能在有缩径的软土、流砂层、砂卵石层、硬夹层、有地下水等复杂地质条件下成桩，不需要泥浆护壁，因此施工周期比水钻孔桩要短，现场无泥浆污染。2）优点：(a)、适应性广，适合在各种地层中施工，桩长、桩径选择范围大，单桩承载力较高。(b)、桩长可因地改变，没有接头。(c)、仅承受轴向压力时，只需配置少量构造钢筋，配制钢筋笼时，按工作荷载要求布置，节约了钢材。(d)、穿硬土层能力强，能在复杂地质条件下成桩，单桩承载力较高，施工效率高，操作简便。(e)、低噪音、不扰民、不需要泥浆护壁不排污、不降水、不挤土、施工现场文明，适合在建筑密集的市区施工。3）缺点：(a)、施工工艺比较复杂，影响质量的因素较多，施工质量难以控制。(b)、桩身质量不易控制，容易出现断桩、缩颈、露筋、钢筋笼上浮和夹泥层的现象。(c)、孔底沉积物不易清除干净，容易出现桩底沉渣量过大，因而影响单桩承载力。(d)、一般不宜用于水下桩基。4）施工工艺：平整场地→桩位放样→组装设备→安放钢护筒→钻孔机就位→钻至设计深度停止钻进→边提升钻杆边用混凝土泵经由内腔向孔内泵注超流态混凝土→提出钻杆放入钢筋笼→成桩→桩头处理→桩顶保护措施。4、泥浆护壁钻孔灌注桩1）适用条件：(a)、此类桩除了在碎石土，自重湿陷性土，砾石层中不宜使用，其余土层目前基本都使用，特别适用于单桩承载力较大的高层建筑，大跨度工业厂房，大型桥梁等工程中。(b)、水下桩基工程。2）优点：(a)、单桩承载力高；常用桩径为φ600～φ1200，单桩承载力特征值范围为800～15000KN；通常框架结构可以采用单柱单桩，承台体积与承台用钢量都比较小。(b)、几乎不受场地的限制。尤其是在建筑物密集的地方优势明显，因为在建筑物密集的地方一般情况下不能打桩，另一种桩施工工艺静压桩经常碰到压边桩时场地位置不够的问题，有时边桩须采钻（冲）孔灌注桩；如某小高层住宅，周围都是居民区，原方案采用打管桩，试打桩时当地居民就提出抗议，认为打桩震动影响居民房子的结构安全，噪音影响他们的正常生活；后来改为静压桩，又因吨位比较大，压桩施工时当地居民感到房屋有震动，又提出不准用静压桩，最后只好采用钻孔灌注桩。(c)、能适应复杂的地质条件，对有坚硬夹层的地质条件比管桩优势明显。如某一高层，原设计为φ500的管桩，持力层为强风化岩层，入土深度约20米；因部分场地存在极密实的砂层，管桩打到约8米时很难继续入土，后改用冲孔灌注桩冲到了20米，持力层为中风化岩层，满足设计要求。(d)、无噪音污染和空气污染。3）缺点：(a)、施工工期长，一根约20米深的钻（冲）孔灌注桩需3天左右的时间。(b)、泥浆问题困扰大。(c)、单位承载力造价比管桩高。(d)、相对管桩而言质量难控制，钻（冲）孔灌注桩入持力层深度比较难把握，不同的技术人员对土质判别可能会出现差别，还有清渣是否合格，因此钻（冲）孔灌注桩比管桩的质量事故明显多。4）施工工艺：平整场地→测量放线、定桩位→检查桩位（中心）轴线→埋设护筒→钻孔机就位→制备泥浆→成孔→清孔→下钢筋笼→水下浇筑混凝土。5、内夯沉管灌注桩（即夯扩桩）1）适用条件：(a)、持力层上覆盖为松软土层，没有坚硬的夹层。(b)、持力层顶面的土质变化不大，桩长易于控制。(c)、水下桩基工程。2）优点：(a)、该桩具有设备简单、施工方便、操作简便、造价低廉等优点。(b)、与钻孔灌注桩相比，施工工艺简单，速度快，无排污困扰。3）缺点：(a)、只能用于软土地基，桩径小，单桩承载力低。(b)、当施工进度偏快时，先施工好的桩在还没有完全硬化时由于挤土效应被后施工的桩挤压而偏位甚至水平向断裂。(c)、由于拔管速度控制不当，极容易造成缩颈、断桩、夹泥。(d)、桩机施工时振动大，噪声高，故不宜在人口密集的城区施工等。4）施工工艺：平整场地→测量放线、定桩位→检查桩位（中心）轴线→桩机就位→锤击（振动）沉管→上料→边锤击（振动）边拔管，并继续浇筑混凝土→下钢筋笼、继续浇筑混凝土及拔管→成桩。6、常用桩型与成桩工艺对比分析表：桩型高强预应力管桩人工挖孔灌注桩长螺旋钻孔灌注桩泥浆护壁钻孔灌注桩内夯沉管灌注桩（即夯扩桩）桩径桩身（mm）300～800800～2000300～800600～1200325,377扩大头（mm）无800～3000无600～1600500～700最大桩长（m）6030303025穿越土层一般粘性土及填土○○○○○淤泥和淤泥质土○x△○○粉土○△○○○