【摘要】常用的设计桩型为预应力高强度混凝土管桩(简称PHC管桩),常用的直径为400mm~600mm。压桩方法有静压法和锤击法,就设计过程中业主比较关心的经济性进行论述,最终总结设计中针对选桩的经济性采用的方法。
我国预应力管桩,至90年代初开始在全国推广运用,至今全国已有300多家管桩生产企业,目前华东地区主要以预应力高强度混凝土管桩(简称PHC管桩)运用居多,改桩主要特点为:单桩承载力高由于PHC管桩桩身混凝土强度高,可打入密实的砂层和强风化岩层,由于挤压作用,桩端承载力可比原状土质提高70%~80%,桩侧摩阻力提高20%~40%。因此,PHC管桩承载力设计值要比同样直径的沉管灌注桩、钻孔灌注桩和人工挖孔桩高。PHC管桩是由侧阻力和端阻力共同承受上部荷载,可选择强风化岩层,全风化岩层,坚硬的粘土层或密实的砂层(或卵石层)等多种土质作为持力层,且对持力层起伏变化大的地质条件适应性强,因此适应地域广,建筑类型多。
另外因其造价低、质量可靠、静压法施工有点较多的原因,被广泛的采用在现今的基础工程设计中。
一、设计中桩型选择面临的业主提出的经济性需求
我公司以化工设计项目为主,与民用建筑不同,平时接触的工程中运用预应力管桩较多的便是化工储运库中的一些储罐,由于业务特点,我们接触的项目规模大小不一,且以民营企业业主居多。由于化工储运项库的特点,大部分库区的进料均为船进,故其选址通常紧靠长江边,在该类项目中,储罐基础的工程造价通常占据了整个项目投资的30%~50%,从而桩型的选择、施工周期的快慢、采购因素均是业主最关心的因素。以下介绍两种较为典型的选桩方案。
在2009年,我公司的泰兴联成扩建4万方聚氯乙烯球罐项目中,业主仅委托一期2×4000方的聚氯乙烯球罐先行设计,我公司最终的设计方案为:采用PHC-AB500(100)-38a,单桩承载力为特征值为1250KN,单个球罐共12条腿支撑,下设12个桩承台,每个承台下设4根桩,即单个罐下共用桩长为:4×38×12=1820m;
经该项目业主比较其他项目中设计院后提出采用PHC-AB400(90)-38a桩型,单桩承载力为特征值为1000KN,单个球罐共12条腿支撑,下设12个桩承台,每个承台下设5根桩,即单个罐下共用桩长为:5×38×12=2280m;
1820m/2280m=0.8,即采用500直径的桩型比采用400直径的桩型减少桩长约20%;500直径桩型的承载力正好比400直径桩型的承载力高出20%。且考虑桩身长细比,400直径的桩型长细比达到了95(38/0.4),500直径的桩型长细比为76(38/0.5);因此当时我们的设计人员回复是:我公司的设计方案受力性能以及安全性能较好,建议采用本方案;当时单桩的市场综合单价分别为:120元/m(PHC-AB400(90)-38a);
180元/m(PHC-AB500(100)-38a),500直径的桩型价格比400直径的桩型价格高出约10%,看似业主完全可以接受。但我们的设计方案忽略了两点实际情况:一是当时500直径的桩型在当地需要事先预定,预定后需1个月后才能交付,如到外地采购,路途太远,且外地桩基公司由于工程量太小,成本增加较大,且受工期限制,不可行;二是业主另外在附近开展的工程中恰好有400直径管桩的桩型在施工,静压桩机可随时调用至该项目现场,而500直径管桩的桩机需从外地调配,所耗费用及时间较久,也不可行。最终还是改为了采用400直径管桩方案。
无独有偶,我公司在2012年设计的浙江东恒石化有限公司25万方成品油仓储项目中,单罐容积达到了2万方,总设计桩长达到10万米,确定方案时,经过前期的充分调研,我公司同时设计了两种桩型的方案,结合400直径和500直径的不同桩长进入土层的深度,充分利用了桩身的有效承载力,最终业主确定采用400直径和500直径桩型各采用一部分,此举为业主节约投资约400万。获得了业主的肯定。
静压法施工的预应力管桩的设计仅从桩长、承载力的角度进行比选其经济性是不足的,而是还需考虑当地的采购环节、施工器械甚至施工场地条件等多方面去考量,业主要求的经济性,也并非是单纯的费用考虑,尚应结合项目的工期、投产时间的综合经济性来考虑。
二、结论
在工业结构设计中,结构设计人员往往太注重结构的安全性,而且大部分项目的设计进度较紧,结构设计专业往往是等待各专业的设计条件会齐,最后一个开始工作,而却又是第一个交图的专业,往往会忽视结构设计的经济性比较,甚至有结构设计人员理直气壮地对业主讲,我们只管设计,不会做经济性比较,也不知道材料的市场价格。殊不知,要想成为一个合格的结构设计师,仅仅会套规范和使用程序计算出图是远远不够的,惟有理论联系实际,不断的在施工中检验自己作品的合理性、安全性、经济性,不断地总结,和丰富扩充自己的知识面,才有可能成为,本文虽仅粗略的讨论了桩基础的经济性比选,但结构设计的经济合理也是目前大部分设计院年轻工程师们均需要思考的问题,设计无止境!
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