桂林油库工程1万方罐\2万方罐桩基础设计
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【摘要】：本文简单介绍了桂林油库工程大罐桩基础设计方法和设计中遇到的问题，重点介绍了工程中采用低应变法加钻芯法取代单桩竖向抗压静载试验确定单桩承载力。
【关键词】： 大罐基础 桩基础低应变法钻芯法 单桩竖向抗压静载试验
中图分类号：TU473文献标识码： A
1 工程简介
中国石油广西销售分公司桂林油库新建工程将建设3具2x104m3 、2具1x104m3、2具5000m3、4具2000m3储油罐，形成9.8x104m3的库容规模。场区主要座落在丘陵间谷地中，地形狭长，东西走向，谷地南北山丘较为陡峭，东西两侧均为缓丘。罐区地坪表面持力土层薄厚不均，土层下为高低起伏的石灰岩层。查阅地勘报告， TG-103储罐（2万方）和TD-105储罐（1万方）储罐下土层厚度差异很大，最厚处20多米，最薄处仅5米，基岩面坡度很大，最大坡度达到45°。土层地基承载力不足，土层薄厚不均产生超限不均匀沉降、基岩坡度很大，为解决这三大问题，最终确定罐基础采用冲击成孔嵌岩灌注桩加承台。
2桩径的选择
由于当地基岩为中风化，微风化石灰岩，岩质较硬，故常采用冲击成孔工艺，最小冲孔直径800 mm。考虑到210kPa承载能力即可满足到1万方、2万方储罐基础的要求，800直径桩已能够达到设计要求，故桩径选用800mm。
3 桩基竖向承载力计算
勘察报告提供的桩基参数如下表所示：
注：第三层石灰岩单轴饱和抗压强度40MPa。
设计时单桩竖向承载力特征值可按下式估算：
Quk=ζfrkAp+u∑qsiali
式中
frk― 单桩极限竖向承载力特征值(kN)；
qsia―桩极限侧阻力（kPa）
Ap―桩底端横截面面积(m2)
up―桩身周边长度(m)
li―第i层岩土层的厚度(m)
ζ―桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数
嵌岩桩frk采用单轴饱和抗压强度40MPa，计算得出单桩承载力特征值取4900kN。经与当地设计单位、施工单位结合，基岩存在裂隙，破碎，单轴饱和抗压强度达不到40MPa，一般取特征值为5000kPa,故重新计算得出最终单桩承载力特征值取2500kN。
4 桩基竖向承载力验算
依据现行规范《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中的规定：桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。 计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数ψc，桩身强度应符合下式要求：
桩轴心受压时
Q≤Apfcψc
f c―混凝土轴心抗压强度设计值；
Q―相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值；
Ap―桩身横截面积；
ψc―工作条件系数，灌注桩取0.6-0.7(水下灌注桩或长桩时用低值)。
Apfcψc=0.5026×14.3×1000×0.6=4312kN，Q=2500< 4312kN，所以桩身混凝土强度满足桩的承载力设计要求。
5 确定桩间距
经计算，1万方储罐承台底面应力标准值为195kPa,2万方储罐承台底面应力标准值为210kPa。单桩承载力与承台底面应力标准值的比值即为每颗桩所能承担均布荷载的面积。1万方储罐采用3600x3600mm矩形布桩，2万方储罐采用3500x3500mm矩形布桩。
6 确定承台厚度
承台厚度依照单桩对承台的冲切承载力计算求得。
FL≤0.7βhftumho
FL――作用于冲切破坏锥体上的荷载设计值;
ft――混凝土抗拉强度设计值
um――距桩周边h0/2处的周长
h0――承台截面的有效高度
βh――截面高度影响系数：h≤800mm，取值1.0
计算结果承台厚度不得小于0.7m。
7 承台配筋计算
承台配筋是模拟无梁楼盖，将承台分为柱上板带和跨中板带。按局部弯矩作用计算承矩，后将弯矩分配给柱上板带和跨中板带分别求得柱上板带和跨中板带弯矩，进而求得承台配筋。
8 桩基础试桩及桩基础检测
《建筑桩基技术规范》5.3.1条2项规定，设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定。《建筑基桩检测技术规范》3.3.1条规定：当设计有要求或满足下列条件之一时，施工前应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力特征值。1设计等级为甲级、乙级的桩基；2地质条件复杂、桩施工质量可靠性低；3本地区采用的新桩型或新工艺。本工程符合第一项，设计等级为乙级的桩基。
针对施工后桩基础验收，《建筑基桩检测技术规范》第3.3.7条规定：对于端承型大直径灌注桩，当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时，可采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层。抽检数量不应少于总桩数的10%，且不应少于10根。
由于静载试验成本高，需要较大配重，施工困难，EPC单位建议采用低应变法加钻芯法判定单桩竖向抗压承载力特征值。
低应变法适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置。钻芯法适用于检测混凝土灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，判定或鉴别桩端持力层岩土性状。
采用低应变法加钻芯法判断桩基单桩承载力特征值的实质依然是检测桩端持力层岩土的单轴抗压强度，进而进行理论计算。此种方法与设计人通过勘查报告了解持力层岩土的单轴抗压强度，然后计算单桩承载力没有本质差别。低应变法加钻芯法两者结合起来，是间接判断桩的极限承载能力。而静荷载试验法是通过试验直接判别桩的极限承载力。相比较，静荷载试验法更直接，更可靠。
考虑到做静载试验成本较高，施工困难，综合上述规范规定，最终试桩及检测方法如下：
施工桩基前试桩，试桩采用两种方法，一是采用单桩竖向抗压静载试验，二是采用低应变法加钻芯法试验。试验桩一部分采用单桩竖向抗压静载试验。其余采用低应变法加钻芯法试验。试桩报告中要对比两种试验方法所得出的结论，判断单桩承载力特征值，判断低应变法加钻芯法的准确性。桩基检测采用低应变法加钻芯法。如此既节约了成本，又能保证工程质量。
9 结束语
采用桩基础加承台作为大罐基础，有效解决了罐区持力土层薄厚不均，土层下基岩坡度大等一系列问题。采用低应变法加钻芯法代替单桩静载试验判断单桩承载力特征值，有效减少检测费用，创造效益。
参考文献
[1]建筑地基基础设计规范 GB50007-2002
[2]钢制储罐地基基础设计规范 GB50473-2008
[3]建筑桩基技术规范 JGJ94-2008
[4]建筑地基处理技术规范 JGJ79-2002
[5]建筑基桩检测技术规范 JGJ106-2003