洛阳市金河城市建设2023年债权系列之洛阳市杨湾村安置房项目

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洛阳市金河城市建设2023年债权系列之洛阳市杨湾村安置房项目

政信知识：

城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例

    而高层基础往往采用桩基础，因此，如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用

    这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析，选择一个最优化的基础方案

    笔者就以下几方面对桩基础设计中值得注意的问题进行探讨

     　　一.桩基设计中静载荷试验的重要性 　　目前的桩基础设计过程，往往受到时间的约束首先根据地质报告提供的参数确定单桩承载力设计值，根据这个估算的单桩承载力直接进行桩基础设计并施工，等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验

    这个过程具有相当的不科学性，结果符合估算要求，则皆大欢喜，否则因工程已施工完毕补桩也会很困难，且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不便

    这里主要有两个问题，下面举例来说明

    一是根据地质报告提供的桩周土摩擦力标准值及桩端土承载力标准值由规范JGJ94-94计算的场区单桩承载力标准值，这是一个经验数值，不宜直接采用

    近几年来笔者通过各类桩基础中试桩及工程桩的检测，发现绝大多数桩的实际承载力均大于计算值，有些相差幅度较大，因此按试桩获得的实际承载力将会比按勘察报告估算的承载力来布置基础将产生巨大的经济效益

    例如，笔者曾设计过苏州工业园区南都·玲珑湾花园住宅，主体为地下一层、地面十八层的高层住宅，根据地质勘察报告拟采用 D500的预应力管桩，桩长20m，按JGJ94-94公式5.2.8估算单桩承载力设计值约为1400kN，而我要求进行的3根破坏性试桩显示实际单桩承载力可达1850kN，整整比估算值提高了30%左右，实际工程桩设计就采用试验值进行，为甲方大大节省了投资

    其二是当场地不均匀或地质报告数值有偏差的情况下，不进行试桩而直接按地质报告进行工程桩施工将给施工带来巨大的困难且造成不必要的浪费

    例如唯亭某五层商住楼，根据地质报告采用10m 长的预制方桩，桩径400x400，单桩承载力极限标准值约为1350kN，采用静力压桩，实际施工中几乎每根桩都压至2000kN而未达到预定深度，而此时已达到预制桩的桩身强度，故施工过程中每根桩都采用了劈桩，在时间金钱上都造成了巨大的浪费

    经过静载荷试验未达设计标高的工程桩均达到了设计承载力，也就是说设计上如先进行试桩则至少可减短1.5m左右的桩长，桩承载力不减小且不需要劈桩

    由上可见，桩基础设计过程中静载荷试验是一个十分重要的环节

    因为次项工作质量直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度的确定，同时也对施工难易有密切影响

    通过科学试验，取得准确数据，能使设计方案更加合理、可行和经济，远远超过缩短工期所获得的效益

     　　二.桩基设计中桩型、桩长设计的重要性 　　桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择均会对基础设计产生重大的影响，合理的桩型、桩长选择将产生巨大的经济效益

    笔者在“昆山华地”住宅设计中，开始由于考虑时间原因（有现成的D400预应力管桩），甲方要求采用D400的预应力管桩，根据地质报告采用桩长L=16m，单桩承载力极限标准值为850kN，预算基础部分造价约为160元/m2，在整个住宅造价中占了相当大的比例

    在其后的设计中，笔者桩长不变，结合当地的设计经验，将桩型改为250x250的预制钢筋混凝土小方桩，单桩承载力极限标准值约为600kN.预制小方桩在当地的施工价才约50元/m，而预应力管桩的单价约为100元/m.采用小方桩后预算造价约为90元/m2，综合经济价值明显

    可见选择合理的桩型，将对工程的造价产生巨大影响

    同样桩基设计中对桩长的选择也至关重要，在某一高层住宅桩筏基础设计中，根据勘察报告采用D500预应力管桩，可选桩长有：桩长25m ，单桩承载力特征值Ra=900kN；桩长34m，单桩承载力特征值Ra=1300kN.采用25m桩，约需要桩数290根；而采用34m 桩，则需要工程桩200根

    从桩本身而言，两种方案总的工程桩延米数量相当，但我们分析一下由此而相对应的筏板设计，采用25m 桩为满樘布桩，所需筏板厚约为1200mm，而采用34m 桩为墙下布桩，筏板厚可减至900mm，经济效益明显

    因此，我们设计人员在桩基础设计中一定要采用多方案比较，选择合理的桩型与桩长，这都将对整个基础设计的合理性与经济性产生巨大的影响，当然我们也应考虑施工可行性等多方面因素 　三.关于桩偏差的控制和处理 　　桩基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态

    对于桩位偏差我们主要控制两个方面，其一是竖向偏差，根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50~+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失

    当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱

    这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高

    而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，笔者建议针对目前的施工质量，设计中可以考虑2mm左右的偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作

    其二则是桩位的水平偏差

    根据JGJ94-94第7.4.11条控制各桩位偏差，施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理

    这里针对4~16根承台的桩基，JGJ94-94规范第7.4.11条中规定允许偏差为1/3桩径或1/3边长，而根据GB50202-2002第5.1.3条则规定允许偏差为1/2桩径或边长

    这显然是矛盾的，在实际过程中很容易与施工验收方产生不同的理解，因此笔者强调在设计过程中可以明确桩位偏差允许值所执行的标准

    另外，对于小直径桩（D≤250）笔者强调必须对其偏位进行严格控制而不应按上述规范标准，笔者建议对承台桩可控制70mm；而对于条形承台则区分垂直于条形承台方向50mm，平行于承台方向为70mm，当然这些要求必须在施工前予于明确

    当然桩位偏差满足规范或设计要求仅仅代表桩基本身验收合格，而对于由此引起的承台整体偏心或基础高度损失，我们必须另行处理

    对于桩偏心我们可以采取增加承台刚度或加大拉梁刚度、配筋来解决，这在实际工程中需针对具体情况相应处理

    四.施工中特殊情况处理 　　桩基施工由于地层的不可知性，经常会遇到很多异常情况，这就要求我们根据具体的情况，仔细分析，采用妥善的方法去解决各类问题

     　　1）桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高

    这里可能存在两种情况，其一是地质报告有误，桩实际承载力大于计算值，必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力

    其二则可能由于土层本身原因，譬如说饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入，这就需要我们从施工措施上去解决

    首先是必须制定合理的施工顺序，譬如说跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械，要避免抬机等现象出现；另外可以采取引孔，设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力

    当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内，且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响

     　　2）桩基施工时压桩力远低于设计承载力

    苏州阊胥公寓小高层住宅采用18m长D400预应力管桩，根据地质勘察报告单桩承载力设计值为650kN，进行工程桩试打时连续4根桩的最大压桩力均仅为300kN，远远小于设计承载力

    我们仔细分析了勘察报告认为报告所提供的各土层特性基本准确，而从周边其他工程的地质报告也证明勘察报告无误，因此我们分析可能由于压桩机械的压桩速度偏快，而土层的粘聚力又偏小，故压桩时桩将土直接剪坏，引起压桩力偏低，随着时间土能恢复固结

    在15天后进行的试桩，证明我们的判断准确，试验承载力满足设计要求

    这一点也从侧面强调了先进行静载荷试桩的重要性

     　　3）桩基静载荷试验不合格

    某工程由于时间限制，甲方要求试桩与工程桩同时进行，待试桩满足JGJ94-94附录c.0.6条时进行静载荷试验，结果三组试桩有一组满足设计要求而另外两组试桩均在小于设计承载力时产生破坏

    这就让我们从设计、施工和试验等各方面去分析这两组试桩，但经过与周边工程比较及现场施工试验记录分析，均未发现特殊情况，即不存在施工，试验中的失误

    笔者对第一组合格试桩的情况进行了比较，终于发现后二组试桩本身的停歇时间已够，但周边的其余工程桩施工在试验前2天才完成，完全有理由认为是因为工程桩施工时将试桩周边的土破坏而没有固结，影响了试桩的承载力

    于是等工程桩停歇时间也满足JGJ94-94附录c.0.6条时再次对2根试桩进行了静载荷试验，结果与我们判断完全一致，试桩均满足设计要求

    这一实例告诉我们影响试桩结果的因素有很多，我们在工程实践中对各种情况一定要仔细分析，找出问题所在，而不要盲目处理，造成不必要的损失和浪费

     　　4）管桩裂缝处理

    预应力管桩以其强度高，制作周期短，比预制桩节省材料等优点在工程设计中受到普遍应用，但其也存在受剪能力差的不足之处

    在工程实践中，由于垂直度偏差或挤土等原因经常会使管壁产生裂缝而影响质量

    在昆山某一工程中由于场地天然地面标高较低，在桩施工前场地回填了约2m左右的土，而施工中又未对上述情况采取合适的措施，使压桩机械在施压进行过程中对桩产生了不均匀的侧压，施工结束后发现局部桩位产生了侧偏，经小应变检测发现这些管桩都不同程度地产生了裂缝，如何处理显得相当关键

    我们对偏差资料经过分析归类后，对于垂直度偏差小于0.5%的管桩，管壁基本无裂缝，我们认为承载力应不受损失，故在增加了一组试桩证明承载力满足设计条件后不再进行处理

    而对垂直度偏差大于0.5%的管桩，可以认为管壁均已产生裂缝，承载力已受影响，我们对此类桩采用了先纠偏再进行灌芯处理，使裂缝部位的传力通过灌芯部分混凝土传递，经最终静载荷试验证明是切实可行的

    因此我们在管桩的实际施工中一定要注意垂直度的控制，因为管桩的抗剪能力较差，很容易破坏而引起不必要的经济损失

     　　桩基工程是一繁重而复杂的过程，我们设计人员一定要考虑到每一个环节，统筹兼顾，从各方面使之合理化

    好的设计不仅仅是要保证建筑物安全，更要使设计经济合理

       交通事业持续飞速发展，桥梁建筑日益普遍，桥梁设计中出现的安全性与耐久性问题也成为了人们关注的要点

    为了提高我国桥梁建设的质量，本文结合了我在日常工作中出现的问题，提出简要分析，望能够为各位同行在工作中提供参考

     　　关键词：耐久性,桥梁设计,桥梁施工,创新设计 　　一、分析桥梁设计中结构耐久性的重要意义 　　自九十年代以来，在工程界我国就加大了对桥梁结构耐久性的分析和研究，并取得了一定的成效

    但大部分都是从统计分析和材料等方面进行的，而对桥梁结构设计、施工与设计人员在操作方式方面的改善还尚显不足，而桥梁结构耐久性设计与一般的桥梁结构设计在本质上有着一定的区别，这对桥梁的经济性和安全运营起着决定性的作用

    虽然，我国桥梁设计在桥梁的安全美观、经济适用方面基本符合规定，但对桥梁结构的耐久性方面关注的比较少，导致我国桥梁工程质量事故时有发生，一般都是由于桥梁结构的耐久性不好而导致的，如何把桥梁结构耐久性的分析从定性转向定量分析，是目前桥梁结构耐久性分析的主要方向，因此对我国桥梁设计中结构耐久性进行分析具有重要的意义

     　　二、桥梁结构耐久性、安全性差的主要原因分析 　　2.1环境方面的影响 　　桥梁工程施工中，实际施工环境与设计环境存在一定的差距，因而受环境方面的影响不容忽视

    通常混凝土抗拉强度是其抗压强度的百分之十，由于受到早期水化热的影响，且干缩应变的反映强烈，加上环境湿度、温度、冲击荷载以及日晒雨淋等影响，极易造成混凝土结构出现裂缝，一旦开裂，受到氯离子和水分子的入侵，造成钢筋面层钝化，使得钢筋腐蚀，导致钢筋表面与混凝土之间的化学胶结力遭到破坏，最终造成钢筋与混凝土不能很好的粘结，由于混凝土构件的刚度和强度逐步削弱，从而导致桥梁结构的耐久性受到破坏

     　　2.2施工与管理水平较低 　　从我国多座桥梁出现的耐久性和安全性差的现象来看，大都是由于施工和管理水平低下而造成的，对于短时间内出现的突然破坏或倒塌的桥梁，大都是因为施工质量不达标，设计不符合规范要求

    而主要问题就是材料强度不足、施工工艺水平不达标而造成的，也有极个别的桥梁存在以次充好、偷工减料的现象，这都对桥梁的安全造成严重威胁

     　　2.3设计理论与结构体系的不健全 　　除了施工存在的问题之外，设计更是主要的问题，尤其是桥梁施工及使用期间的安全性都存在很多设计上的问题

    因而桥梁结构的设计不仅要选择经济合理的结构设计方案，还应注重结构的分析和构件的连接设计，并采用规范的安全系数确保桥梁结构的安全性

    很多桥梁设计人员通常只注重于结构强度计算方面的安全设计，对结构的维护、构造、材料、结构体系以及从设计到施工等方面的影响，使用期间出现的人为破坏等考虑的较少，难以保证桥梁结构的安全，有的由于桥梁结构的整体性与延性的不足，到导致冗余性小；有的桥梁工程的计算图式与受力线路不清楚，导致局部受力过大；有些是因为混凝土强度等级低，保护层的厚度太小、钢筋直径太细，以及构件截面太薄，导致桥梁结构耐久性削弱，对桥梁结构域的安全性造成重大威胁

    即使有些桥梁工程设计的强度达标，但使用时间不长就因耐久性差导致结构安全受到影响

    结构耐久性差已成为目前面临重大的安全问题，因而设计时必须从桥梁的构造和原材料等角度加强桥梁结构耐久性的设计

     　　三、桥梁设计中结构耐久性设计的建议 　　3.1混凝土耐久性必须满足桥梁结构设计标准 　　只有混凝土的耐久性达标，才能确保桥梁结构的耐久性

    混凝土耐久性主要取决于混凝土的材料，其中水泥用量、水灰比以及强度等级都与混凝土耐久性有着决定性的关系，因而混凝土耐久性必须满足有关桥梁结构设计标准

     　　3.2加大钢筋混凝土保护层的厚度 　　造成钢筋锈蚀的主要原因就是混凝土碳化，通常情况下，只有保护层的混凝土碳化，钢筋表层的钝化膜遭到破坏，钢筋就会锈蚀

    基于此，在设计时适当加大钢筋的混凝土保护层厚度，才能确保钢筋免于锈蚀，从而确保混凝土的耐久性

     　　3.3注重构造配筋，预防和控制出现混凝土裂缝 　　通常混凝土结构受到破坏都是由于裂缝而开始的，裂缝是混凝土结构出现病害的主要特征，一旦出现裂缝，就会增大混凝土的渗透性，从而导致混凝土因侵蚀而受到破坏，最终导致混凝土耐久性下降

    另外由于锈蚀，钢筋的有效断面面积减小，会使得混凝土对钢筋的握裹力大大削弱，结构承载力下降，很可能会诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏

    为预防和控制混凝土出现裂缝，不仅要按照相关要求去控制正常工作中出现的裂缝，还应采取构造配筋的方法，才能预防出现大量的非工作裂缝

     　　3.4不断提升后张法预应力钢筋管道压浆质量 　　后张法预应力钢筋管道压浆质量对预应力混凝土梁耐久性有着决定性的关系

    通常情况下，预应力钢筋管道压浆用水泥浆的抗压强度不得少于三十兆帕，水灰比0.4到0.5之间，为减少收缩，应经过试验加入适量的膨胀剂

    又由于预应力钢筋锈蚀会使结构遭到破坏，且事前不容易发现，因而必须重视桥梁结构耐久性的设计，并采用多种防护手段

    对于容易受到氯盐腐蚀的预应力锚具、锚筋、连接器以及预应力混凝土结构等应涂上防护层，并确保后张预应力体系的管道的密闭性，不能采用金属螺旋管，应采用密闭性能良好的塑料波形管

    与此同时，管道灌浆材料和方法应事先试验，尽可能地降低浆体硬化后出现的气孔，采用真空灌的方式，并在必要时将适量阻锈剂掺入灌浆材料

     　　3.5不断完善桥梁设计规范，有效指导桥梁施工过程 　　只有严格按照建筑工程程序办事，才能保证工程质量

    提高桥梁结构的耐久性，要有比较完善健全的规范、规程、指南等管理体系，尤其是职责与权限的制定，这些是避免人为错误的重要保证

    只有完善了桥梁设计规范，才能有效地指导桥梁施工过程

    此外，还要严格监控建材、建筑构件和设备的质量

    凡不符合要求的设备和建材，坚决不用，一旦发现质量问题应坚持一查到底

     　　3.6创新设计方法，提高设计质量 　　上世纪七十年代，针对目前桥梁设计工程中重视强度而忽视耐久性、重视结构建造而不重视结构维护的倾向，国内外专家在分析研究经验教训的基础上，除强调结构设计和建造时期的安全性、耐久性的要求外，逐步探讨了结构在使用期间的检测、维护和加固的新技术，对不同工程结构物的灾害和可接受的危险水平和评估进行了深入地研究，并提出了耐久性设计的概念

    结构耐久性设计实际上所要解决的是结构寿命期的问题

    因此，在结构设计时，设计工程师应更新设计理念，使结构具有可检性、可修性、可换性、可强性、可控性、可持续性等六大特性

    在设计施工阶段，耐久性设计既要兼顾桥梁的寿命期成本，又要符合结构特性的要求

    在桥梁运营阶段，对桥梁定期要进行检测与评估、加固与维修，进一步保证桥梁的耐久性

     　　四、结语 　　总而言之，桥梁设计中结构耐久性问题产生的原因是方方面面的，首先必须确保混凝土的耐久性，加大钢筋混凝土保护层的厚度，注重构造配筋，预防和控制出现混凝土裂缝，不断提升后张法预应力钢筋管道压浆质量，完善桥梁设计规范，创新设计方法，提高设计质量，不断提高桥梁结构的耐久性

    为了满足人们日益增高的交通要求，现阶段我国在桥梁设计上提出了桥梁建设不仅要做适应到人们的安全出行，还要做到经济、美观

     　　参考文献： 　　【1】李清富、王亚峰、马磊对混凝土结构耐久寿命的探讨【J】;河南建材;2009年01期 　　【2】王凯、谢翰鹏小议我国桥梁设计存在的问题【J】.黑龙江科技信息，2007,(04) 　　【3】李洋我国桥梁设计中结构耐久性问题研究【J】.商业文化(上半月)2011，(06)【4】陈宝辉论桥梁耐久性差的原因及其改进措施【J】.中小企业管理与科技(上旬刊),2008,(07) 　　【5】徐海静我国桥梁设计中的安全耐久性问题研究【J】.知识经济,2011,(08)