各种桩基施工方案的应用

层次分析法在深基坑支护系统方案优选中的应用摘要：武汉市世界贸易中心工程地处汉口解放大道中段原武汉展览馆旧址，规划占地面积约8万m2，工程将分两期完成。一期工程包括28层高商住写字楼l栋和9层的裙楼，地下室均为2层，基坑开挖深度为11.0m，面积达3.6万m2，属于大型深基坑工程。该工程的建规模和基坑开挖面积国内名列前茅，在全国影响很大。国内有十多家施工和设计单位参加深基坑支护系统方案的投标，经过初选确定6家单位入围参加最后的竞标。如何从众多投标方案中优选出最佳方案，是岩土工程领域中一个十分棘手的难题。本文提出应用层次分析法对深基坑支护系统方案进行选优。1层次分析方法层次分析法[1][2]作为系统工程中对非定量事件一种评价分析方法是1973年由美国学者A.L.萨蒂(A.1.Saaty)最早提出的，(原名为TheAnalyticlHierarchyProcess)简称AHP法。层次分析法是首先将复杂的问题层次化。根据问题和要达到的目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型。根据系统的特点和基本原则，对各层的因素进行对比分析，引入l一9比率标度方法[1]构造出判断矩阵，用求解判断矩阵最大特征根及其特征向量的方法得到各因素的相对权重；最终通过计算最低层——各投标方案相对于最高层即最佳方案的相对权重值，得到竟标方案的优劣排序。层次分析法的基本步骤如下：(1)建立层次结构模型(2)构造判断矩(3)层次单排序及其一致性检验(4)层次总排序及其一致性检验2工程概况及投标方案简介2.1建筑场区环境工程地处汉口闹市中心的解放大道中段，建筑场区环境比较复杂。北面紧靠解放大道，东邻游子乡大厦，西侧为协和广场，南抵该项目二期工程场地。2.2工程地质和水文地质条件该工程场地地层属长江一级阶地，为第四纪全新世长江冲洪积地层，土层分布从上到下依次为杂填土(0.5—3.40m)、粘土(0.6—6.95m)、粉土(1.10—8.10m)、粉砂(6.4一16.50m)、粉细砂(7.0—23.50m)、粉质粘土(0.0—6.70m)、中粗砂夹砾石(1.9—5.0m)及卵石层(3.4一12.0m)，基岩为泥质强风化页岩。场区有两层地下水。表层填土中为上层滞水，水位在地面下1.0m左右;由大气降水和城市生活废水补给，水量较小。深层承压水埋藏于粉细砂层至卵石层中，承压水头高度随季节和长江水位影响；枯水期地下水位在地面下5.0—6.0m左右，丰水期地下水位在地面下1.0m左右。2.3竟标方案3建立层次结构模型深基坑支护系统的设计是一个相当复杂的系统工程[3][4]，除支护结构设计之外，还包括止水降水措施、施工组织、工程监测及应急方案等内容；影响因素众多，如工程的建筑特点、工程地质条件、水文地质条件、建筑场地的周边环境、施工技术及设备等等。基坑支护系统的设计必须满足安全性、经济性和可行性这三个基本要求；对于市区工程，环境保护及文明施工也是十分重要的。因此，可以从安全可行、经济合理、保护环境、施工便捷四个方面，选择了19个指标来评价深基坑支护系统方案的优劣，建立层次结构模型。4确定评判原则，构造判断矩阵及层次单排序计算根据深基坑支护系统方案的层次结构模型，将同一层次中的因素相对于上一层次中的某个因素，采用l一9比率标度方法两两成对比较，构造出判断矩阵。各层中的因素两两成对进行比较时，评判的标准并不是一成不变的，而是根据工程的特点、周边环境、工程地质和水文地质条件以及工期的要求等等方面的情况决定的。对于武汉市世界贸易中心一期基坑支护工程，在构造判断矩阵时应遵循以下原则：(1)相对于目标层——最佳方案而言，深基坑支护系统方案的安全性、经济性与可行性三者的关系是辩证统一的，不可偏废。即在满足安全要求与可行的前提下，使基坑支护工程的总投资最少；同时注意保护环境，尽量缩短工期。(2)相对于准则层而言，该工程地处长江一级阶地，具有典型的二元结构特征。上部为粘性土，下部为砂性土，总的趋势是从浅到深土颗粒逐渐变粗，渗透系数逐渐增大。地下水丰富，承压水头高，且受季节和长江水位的影响，地下水的处理显得格外突出。基坑开挖深度，基坑底部落在粉土或粉砂层中，土层呈软塑状态，含水饱和，渗透性较大，极易产生坑底涌砂冒水、坑壁管涌及失稳等不良现象，由此而引发的工程事故累见不鲜。可见基坑侧壁止水及基底降水措施与基坑支护结构密不可分且具有同等的重要性。(3)对于指标深基坑支护系统方案的先进性，主要从以下几个方面体现：一是支护结构设计时，首选主动支护结构或者被动加固与主动支护结构相结合的形式，其次为被动支护结构形式。二是充分利用建筑场地条件，应首先考虑放坡开挖。如果条件受到限制，可考虑局部放坡或者部分放坡。这种组合方式可降低支挡结构的高度，减小支挡结构的负荷与内力，从而降低支护结构的费用，提高坑壁的稳定性。(4)基坑地下水治理方案的设计应遵循主动止水与降水减压相结合综合治理的指导思想。在具有典型二元结构特征的地质条件下，深井(即完整井)对有效降低水位和减少周围环境影响，以及节约造价等方面来说都是优选的。坑壁止水措施应尽量与支护结构相结合，以降低造价。5层次总排序及结论层次总排序就是基于层次单排序的结果计算方案层中的各投标方案相对目标层的相对权重，依此确定竟标方案的优劣排序。这一过程是从最高层次到最低层次逐层进行的。6结语在武汉市世界贸易中心工程深基坑支护系统方案的评标中，采用层次分析法得到的最佳方案与实际中标方案是一致的。由此可见，文中构造的层次结构模型基本能够表达深基坑支护系统状况和特点；将层次分析法应用到深基坑支护系统方案的优选中，能够使评标过程更加全面、科学、公正、准确。一.高强预应力混凝土管桩液压法的施工摘要：本文介绍了湛江海运集团等两个工程的预应力混凝土桩基采用液压法施工的工艺、施工中注意的事项及适用条件以及桩的质量控制90年代以来，广东湛江沿海滩涂和软土地区，高强度预应力混凝土管桩已被推广应用于房屋建筑和桥梁、码头等工程中。软土地基广泛采用预制桩基础，用柴油锤击入桩时噪声大且拌有浓烟油污，尤其在市区中心和居民区内的施工中，有悖于环境和文明施工要求。以液压法压入式施工桩工艺替代锤击，既无噪声也对环境无任何污染，具有广泛的应用前景。本文以湛江自来水公司、湛江海运集团公司工程的桩基工程为例，介绍高强度预应力混凝土管桩的施工方法，设计、施工中应注意的事项及适用条件以及桩的质量控制。1工程概况(1)湛江自来水公司综合住宅楼工程框架结构九层，总高度为31．50m。位于湛江市海滨地带，地质状况：地面以下2．5～4m为机械吹填海砂层，地表平坦，砂层往下为淤泥层，属冲刷和淤泥环境沉积类型。第四纪软土厚度较大，特别是第二层的淤泥层，厚度达8．50～15．20m，层面为极具特色的海陆沉积湛江组层型。场区下水位于地表下1．20m层面，属上层滞水带类型。该工程桩基设计采用高强度预应力混凝土管桩(桩径为500mm，壁厚100mm，管桩混凝土强度C80)，单桩承载力为700kN，有效桩长为26—29m，总桩数230根，采用三节接桩。基础采用群桩上的整体筏板及局部承台。(2)湛江海运集团综合住宅楼工程框架结构九层，总高度为32．10m。地质状况属软土地基，从第l层～第8层均为松软地层，力学性质差，第9层持力层为地表下深25m以上的厚8～14m的粘土层(?κ＝190kPa)。本工程位于市区中心，周围的东、北、西三面为多层住宅群，距离6～8m；南面临街。该工程的桩基础设计采用先张高强度预应力混凝土管桩(直径为400mm，管桩壁厚95mm，混凝土强度为C80)，单桩承载力为700kPa，桩长27～30m，总桩数289根，采用三节接桩，基础采用群桩上分组承台。2预应力混凝土管桩的质量检验与试验桩的质量检验液压法压桩同锤击法沉桩，但可利用静力压桩机作反力平衡装置进行桩的静载试验，可省去设置锚桩和反力梁等。为了保证工程的质量，必须分阶段进行单桩承载力的静载和动测试验。2．1静载试验法以湛江海运集团综合住宅楼的桩基质量试验为例：管桩的静载试验要模拟实际荷载情况，通过静力加压，得出3根试桩荷载一沉降关系曲线近似试桩的入土深度分别为－28．50m、－29．70m和－29．90m，表明均进入第9层粘土层。根据上述系列关系曲线，综合评定确定其容许承载力，它已较好地反映单桩的实际承载力，满足设计要求。预应力混凝土管桩在桩身强度达到设计要求的前提下，对于粘性土，不应少于15d，且待桩身与土体的结合基本趋于稳定，才能进行试验。上述试验曲线表明，试桩的桩周摩擦阻力和端承力发挥正常，桩身质量良好，其承载力标准值均大于设计要求700kN的标准值。单桩竖向抗压静载试验一般采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置可根据现场实际条件采用如下方法：(1)锚桩横梁反力装置：由4根锚桩、主梁、次梁、油压千斤顶以及测量仪表等组成。锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1．2～1．5倍。(2)压重平台反力装置：由支墩、钢横梁、钢锭、油压千斤项及测量仪表等组成。压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1．2倍；压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳固的放置于平台上。2．2动测试验法动测试验法，又称动力无损检测法，是检测桩基承载力及桩身质量的一项新技术。高应变动力测试法，也是作为静载试验的补充。采用PDA打桩分析仪桩基测试方法，是利用重锤锤击桩头使桩头产生一个永久性位移而得出桩的极限承载力和桩身结构完整资料。海运集团综合住宅楼桩基的动测试验的试桩数为9根。3液压入桩的施工方法3．1施工程序液压管桩的施工程序为：测量定位一桩机就位—)复核桩位一吊桩插桩一桩身对中调直一静压沉桩一接桩一再静压沉桩一送桩一终止压桩一桩质量检验一切割桩头一填充管桩内的细石混凝土。3．2施工要点(1)静力压桩单桩竖向承载力，可通过桩的终止压力值大致判断，但因土质的不同而异。桩的终止压力不等于单桩的极限承载力，要通过静载对比试验来确定一个系数，然后再利用系数和终止压力，求出单桩竖向承载力的标准值?κ，即?κ＝k?s。如判断的终止压力值不能满足设计要求，应立即采取送压加深处理或补桩，以保证桩基的施工质量。压桩应控制好终止条件。湛江海运集团综合住宅楼桩基工程，压桩到设计桩长时，压力表的压力达到单桩承载力2．7倍时，即可停止压桩，否则应增加桩长，并会同设计单位另行处理。(2)压桩应连续进行，采用硫磺胶泥接桩间歇不宜过长(正常气温下为10～18min)3接桩面应保持干净，浇注时间不应超过2min；上下校中心线应对齐，偏差不大于10mm；节点矢高不得大于1％桩长。(3)垂直度控制，调校桩的垂直度是沉桩质量的关键，须高度重视。插桩在一般情况下人土30～50㎝为宜，然后进行调校。桩机驾驶人员在施工长的组织、指挥下，掌握好双方角度尺两个方向上都归零点，使桩机纵横方向保持水平，调校垂直在规范允许值以内才能沉桩。在沉桩过程中施工员随时观察桩的进尺变化，如遇地质层有障碍物、桩杆偏移时，应分一二个行程逐渐调直。3．3沉桩线路的选定预应力桩基施工时随着人桩段数的增多，各层地质构造土体密度随之增高。土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大，压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压力阻力基本接近，入桩线路应选择单向行进，不能从两侧往中间进行(即所谓打关门桩)，这样地基土在人桩挤密过程中，土体可自由向外扩张，即可避免地基土上溢使地表升高，又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜，保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。湛江海运集团综合住宅楼工程毗邻居民集聚地，东、北、西三面房屋较近，沉桩线路应为桩中心离建筑物近处开压，企图将各土层自北向南排挤(南面临街无建筑物)，尽可能地降低挤土效应影响。·3．4管桩与承台的连接方式上述工程管桩与承台采用刚接。管桩的桩头均采用专用工具锯断，断口平齐，故不能利用桩身内的钢筋伸入承台作为连接的钢筋。在桩头的桩管内填充4200mm高的C30细石混凝土，并在混凝土中均分插入6ф14钢筋与承台连接。图1为管桩与承台连接大样。4管桩