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基桩非常技术之艺术性探讨
作者:陈秋龙    来源:无锡市成佳岩土工程技术咨询有限公司    时间:2014-12-05 20:09:01    点击:3713
 

一、 基桩技术与艺术的定义
1、基桩技术是工程过程中科学的产品。是对基桩的性质、使用方法、解决问题的总结。
2、认识论认为:艺术是自然在人的头脑里的“反映”,是一种意识形态;实践论认为:艺术是人对自然的加工改造,是一种劳动生产,所以艺术有“第二自然”之称。艺术需要技术,但不是简单的技术。
3、国内外均有著名的岩土大师认为,岩土工程与其说是一门技术、不如说它是一门艺术。由于基桩与岩土工程有着密切、不可分割的有机联系,所以请允许本人借鉴推理认为桩基也是一门具有艺术性的技术。所谓基桩的艺术性在于它需要人的经验、智慧进行综合判断和认识它的非常技术。
1、 基桩非常技术——艺术性表现
1设计计算中无法准确预知的非常技术——基桩的实际承载能力
① 根据地勘报告的参数进行计算与实际的差异性:如滨北某超高层孔桩基础,试验桩φ900、持力层碎块桩强风化花岗岩、单桩竖向承载力设计特征值为4500kN;静载试验加载到16000 kN,沉降没有超过30mm。加载已经到了桩身强度能力的极限,如果桩身强度足够大、并允许沉降,那么其承载力将无限大!这个结果已经大大超过规范公式的计算结果,并超过人们实践中的正常认识。那么实践中可否取高数值吗?特殊情况(如应急或抢险)时,可以尝试吗?这些都要因人、因地、因时而异,这就是基桩的艺术性所在!
② 设计嵌岩的孔桩桩端中风化花岗岩下卧存在强风化或残积土夹层,如公园边某项目一桩桩径1.0 m、桩长6.8m,桩端下0.5m和1.54m深分别存在0.35m和0.70m厚的砂砾状强风化花岗岩夹层,静载试验最大荷载为17330kN时,桩顶沉降为9.02mm;其邻近桩φ1.2m、桩长6.5m最大荷载22680kN、桩顶沉降9.73mm。1988年的福联大厦同类情况、但验收中产生了风波;现在看来是认识的问题——当时没有这方面的经验!这些存在夹层的情况规范中可规定认可吗?——不敢!实践中遇到可认可、验收吗?——敢!不论什么工程都可行吗?——不敢!不能盲目认可,这也是基桩的艺术性所在!
③ 从20世纪80年代末到现在,厦门地区正常状态下的人工挖孔嵌岩桩的静载试验还没有出现不合格的的现象,只是没有破坏性试验的验证资料;但所有试验结果中都与设计计算相差很大、甚至极大。主要原因是实际工况条件与规范规定的参数值来源条件的差异性和规定的计算取值折减系数的合理性造成的。如岩芯抗压强度标准值的来源是指在实验室的条件下、通过对单轴、饱和、无侧限的芯样试件试压的数据、经过修正和平均而来,而按规定设计计算取值中还需要在这个标准值的基础上进行折减。而工程实际工况中桩端岩层是有侧限、三维共同起作用的。这样,两者的数据相差很大,差多少才合理?未知!规范中多层、中高层、高层、超高层一样的折减,合理吗?肯定不合理!如何灵活应用于桩端扩大头方面?这也是基桩的艺术性所在!
④ 对于超高层,尤其200m高度以上的超高层桩基设计与计算,不能简单的按照上述的观点;如台湾101大厦(结构高度508m)。桩基:主楼380根桩φ1.5m、桩长60~80m,入中微风化岩23.3m——其上碎块状强风化超过20m;裙楼167根桩φ2m、桩长60~70m、入中微风化岩15.5m,地下室外墙1.2m厚。这里的桩长是计算出来的吗?不完全是!
因为根据国内研究成果:对于嵌岩深度比l/d=1.0~5.0荷载传递率的情况:l/d=1.0时,Qp/Q=40%~50%,l/d=2.0~3.0时,Qp/Q=10%~30%,l/d≥5.0时,Qp/Q≤10%;即当l/d=5.0时,端承力为桩顶荷载的10%。这就是嵌岩桩存在的深度效应,嵌岩到一定深度后,端承力的提高已不明显,甚至无助于提高。
而侧阻力非线性特征表现为双峰曲线,一般上部的峰值大于下部的峰值,但随着桩顶荷载的继续增大,侧阻力的峰值有向下转移的趋势。上部 峰值多出现在0.15l(嵌岩深度)附近,下部峰值多出现在0.75l(嵌岩深度)附近;当嵌岩深度为10d时峰值逐渐退化。
那么为什么要配超长桩呢?因为需要考虑岩石的完整性和节理发育状态,以及长期荷载下岩石的蠕动变形、强烈地震下岩石的流动变形状态,还有其他不利因素。
厦门世茂海峡A塔楼64层、主楼屋面高度248m、屋顶钢构顶高度300m;B塔楼55层、主楼屋面高度249.9m、屋顶钢构顶高度300m。塔楼采用深井灌注桩(φ3m/3.2m/3.8m)——持力层为中--微风化花岗岩,桩端进入岩面全断面深度≥0.5m、特征值分别为86360kN/98250kN/138560kN、桩身混凝土强度C40。A塔楼有效桩长8~43.5m,B塔楼有效桩长17~36m。问题:①嵌岩深度合理性?②相邻桩高差?③嵌岩的岩石节理发育?
2基础设计型式的选择
传统的设计选择——要么是桩基础——要么是天然地基独立基础。发展中的新型式——复合地基(复合桩基)在厦门已经有多个工程成功应用的案例——如嘉益大厦、蓝湾国际、当代天境工程,以及拟采用复合桩基的七星公馆工程;其中桩、土协调沉降、共同作用的设计、信息化施工与动态设计控制等综合成套技术,可认为是地基与基础技术中最高的具有艺术性的技术。这主要得益于主管局的技术前瞻性与大胆开拓,否则今天厦门就不会拥有掌握了这项技术,至少要滞后好几年。地基土的承载力确定与突破,是该技术的经济效益的突破;沉降计算模式的选择是该技术应用成功的关键。但是该技术应用的认识普及性还不够,很多设计人员尚无经验,所以实践中不知、无经验、怕麻烦(设计计算的麻烦)而未知、不敢应用,以及工程监理、监督管理中尚缺“与时俱进”的依据。
复合地基(复合桩基)应用中还有待研究与发展的技术:①遇孤石时协调变形的措施——不能仅限于桩顶加弹簧的措施?②各风化土层的承载力与压缩模量的研究?③基桩的扩大头利与弊的关系?④如何在厦门进行广泛应用?
3桩基规范遇到了无奈的非常技术
① 江头某复合桩基基础大楼(33层),从竣工验收到现在已近7年,根据监测结果标明,复合桩基中的基桩尚未进入设计的工作状态,大楼的上部荷载基本上由地基土在承担。说明筏板基础下花岗岩残积土层处在接近极限状态,或者说处于弹性非线性、甚至弹——塑性状态,这已经超出规范里规定的线性弹性的状态要求,是实践中得来的新认识,也是规范里万万不敢规定的——因为很难作出明确、清晰的规定、又怕应用中会出现混乱。那么应用中各土层应力应变规律错了吗?没有!所以这是规范中无奈的非常技术,更需要发挥人的智慧与经验来界定,也表现出艺术性特征。

 
 
 
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