冲压设备地基基础型式选用研究

冲压设备地基基础型式选用研究　王凯丽　（广州市增城市城市规划设计室，广东广州　５１１３００）　摘要：由于冲压设备基础存在承担荷载大，不均匀沉降要求高等问题，所以对基础型式选用需要进行研究并比较，使基础选型更　合理。针对广州某冲压设备基础设计工程，分别采用预应力管桩、钻孔灌注桩和后压浆钻孔灌注桩三种基础型式进行基础设计，　结果表明：对于重型冲压设备基础工程，在基础布置合理的情况下，通过对不同型式基础布置进行比较，可以获得巨大的经济效　益，并且对该冲压设备基坑项目而言采用后压浆钻孔灌注桩具有较大的经济效益。　关键词：冲压设备；地基基础；预应力管桩；灌注桩　中图分类号：ＴＵ４７６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５７８１（２０１６）０４—０５３０—０３　０　引　言　１工程概况　本工程位于广州市，工艺资料由济南某机床生产　公司提供。　１．１工艺布置　在工业设计中，冲压设备基础设计是不可或缺的　组成部分。冲压设备基础设计就是围绕冲压线，根据　工艺需要为各种设备的基础进行结构设计［１］。由于　冲压设备基础存在承担荷载大，不均匀沉降要求高等　问题，在设计中，采用不同的基础型式将对项目的工　期和成本有极大的影响。为此，本文针对广州某重型　冲压设备基础设计工程，分别采用预应力管桩、钻孔　本设备基础可以简化为一个深基坑，基坑长边两　侧布置多个移动工作台和电缆沟，５台重型冲压设备　的支座（４个／台）对称放置于基坑长边侧壁上，如图ｌ　所示，冲压机四个支座预埋板在同一水平面上，调平　灌注桩和后压浆钻孔灌注桩三种基础型式进行基础　设计，在基础布置合理的情况下，对冲压设备地基基　础型式选用的经济性进行比较研究。　后四个支座不等高允差为２　ｍｍ，每处预埋板的水平　倾斜度允差为０．１５　ｍｍ。设备基坑坑底标高为　７．０００　ｍ，基坑底板厚１　４００　ｍｍ。　一图１冲压设备基坑平面图　１．２荷载分布和场地地质条件　载约４　３００　ｋＮ，静载和动载（已换算为静载）总和为　６　０５０　ｋＮ，即设备单个支座荷载值为１　５１２．５　ｋＮ，本　本工程中冲压设备型号为Ｉ　Ｓ４—１３００Ｅ／２，压机静　收稿日期：２０１６—０７—２９；修改日期：２ｏ１６—０８～１１　作者简介：王凯丽（１９９１一），女，河南周口人，硕士，广州市增城市城市规划设计室助理工程师　５３０《工程与建设》２ｏ１６年第３Ｏ卷第４期　工程采用Ｃ３０混凝土。压机钢梁安装台面承载力为　式进行设计。　２．１预应力管桩布置　由于抗浮要求，设备基础采用ＰＨＣ－ＡＢ４００—９５　预应力管桩。根据建筑桩基规范［２］和岩土工程勘察　报告，以强风化粉砂质泥岩层或中等风化粉砂质泥岩　层为持力层，桩长１８　ｍ，桩顶标高为一８．４００，预应力　９５０　ｋＮ／ｍ２，移动工作台底面承载力为２５０　ｋＮ／ｍ　，　设备基坑周围地坪堆载为３　ｔ／ｍ。，局部地坪堆载为　２０　ｔ／ｍ　。　冲压设备基坑场地地质情况为：①层：人工填土，　厚约１．８　ｍ，主要由粘性土及中细砂组成。②层：粉　质黏土，厚约１．３　ｍ，软塑，含粉细砂。③层：粉细砂，　厚约１．９　ｍ，颗粒较均匀。④层：淤泥质土，厚约　７．０　ｍ，流塑，含粉细砂，承载力低，具有触变、流变特　性。⑤层：中粗砂。⑥层：粉砂质泥岩。　管桩的单桩竖向承载力特征值取１　０００　ｋＮ，单桩竖　向抗拔力特征值取４５０　ｋＮ。　５台同型号的重型冲压设备搁置在冲压基坑侧　壁上，在布置管桩基础时，可以将设备基坑划分单元　后进行计算，以单台冲压设备为核心划分为５个单　元，再根据桩承载力（抗压、抗拔）来确定管桩间距。　考虑基坑侧壁、底板自重和冲压设备荷载等，根据单　桩竖向承载力特征值，冲压设备下方每侧布置两排　桩，桩间距为２　ｍ。　由于设备基坑周围地坪荷载较大，本工程采用水　泥土搅拌桩进行地坪处理。图１中移动工作台受力　简单，且不用考虑抗浮设计，本文只针对５台冲压设　备下的基坑进行桩基布置。　２三种基础型式设计　本工程地基土层中存在较厚的粉质黏土和淤泥　质土，承载力低，并且设备工艺对基础沉降变形要求　较高，为保证设备的稳定和安全，基础型式采用预应　力管桩、钻孔灌注桩和后压浆钻孑Ｌ灌注桩三种基础型　甲　Ｔ　ｒ　ｒ　ｒ＿　１　甲　本工程地下水位较高，考虑水浮力、底板自重，根　据单桩竖向抗拔力特征值，基坑中心轴线处需增加一　排桩才能满足底板抗浮要求。　冲压设备预应力管桩基础平面布置如图２所示。　预应力管桩的总桩数为９７根。　Ｔ　　’｛　一一一　…一　一　Ｉ　Ｉ　Ｉ　ｌ——　０　』）＿．一　…￥　；　一一一。　』　　Ｉ　　Ｉｌ　ｌ　Ｉ　ＪＩ、　｝　Ｉ　Ｉ　ｌ　』　Ｉ　Ｊ　ｌ　，　，Ｌ』一ＬＬｌ一：一Ｌ一０　Ｉ　１　ｌ桩顶忙高为　—８．４０（￣ｍ　　ＩＩ　ｌ　一争　ｆ—ｆ—ｒ　——　一ｆ一７一ｆ—ｒ一７一　’一７一ｆ—ｆ—ｆ—ｆ一　一ｒ—ｒ　图２预应力管桩基础平面布置图　｝一—母——　——十——十——ＥＢ——∈　　》——牛——审——串——申——申——　》——申——申——串——申——申——申——呻一２　３２５：２　３２５：２０００｛２０００：２　ｏｏｄ２　０ｒｉｏ：２０００　２　０００［２０００１２０００　２　０００　２０００　２　０００　２　０００　２０ｏｏ１２　ｏｏｏ＇，２０００＇，２　０００　２　３２５　２　３２５　２．２钻孔灌注桩布置　钻孔灌注桩布置原则同预应力管桩布置，将设备　基坑划分单元后进行计算，根据单桩竖向承载力特征　值，冲压设备下方每侧仍布置两排桩，由于钻孔灌注　冲压设备基坑第二种基础型式则是采用桩径Ｄ　为６００　ｍｍ的普通钻孔灌注桩，均为抗拔桩，桩端持　力层设在⑥层：粉砂质泥岩，桩长１６　ｍ，桩顶标高为　－桩的单桩竖向抗拔力特征值较大，基坑中心轴线处无　需布桩，经验算，桩布置满足底板抗浮要求。桩位布　８．４００，混凝土保护层为５０　ｍｍ，桩顶纵筋全部锚　入承台内，且纵筋通长设置。根据勘察报告，单桩竖　向承载力特征值取１　５００　ｋＮ，单桩竖向抗拔力特征　置如图３所示，总桩数为６８根。工程桩施工前进行　值取５５０　ｋＮ。　｛　试桩，设计要求桩身混凝土强度等级为Ｃ３０，试桩桩　身混凝土强度等级为Ｃ４０。　｝…　｛　｛　，　‘　，　　、桩顶橱　为　．４００ｍ　｛　，　、　，　～　，　、　，　，　　、，　、　（　日　Ｅ｝　ｊ　ｆ［　ｊ　［　ｊ——ｔ　卜　；ｊ　ｑ　）　２　８００：２　Ｒｎ０：２　５００：２　５００：２　５００　２　５０ｏ『２　５０ｏ　２　５００：２　５００：２　５００：２　５００：２　５００：２　５００：２　５００　２　７５０　２７５０：　图３钻孔灌注桩基础平面布置图　《工程与建设》２０１６年第３０卷第４期　５３１　２．３后压浆钻孔灌注桩布置　对于泥浆护壁钻孔灌注桩，桩侧泥皮和桩端沉渣　试验结果表明桩端压浆效果优于桩侧压浆效　果［１ｌｑ２］，此冲压设备所有后压浆钻孔灌注桩采用桩　端压力后注浆，桩端后注浆导管及注浆阀应沿钢筋笼　圆周对称设置两根，桩端压浆量为１　０００　ｋｇ。基于建　筑桩基规范［２］后注浆单桩极限承载力公式，后压浆钻　孔灌注桩单桩竖向承载力特征值取２　０００　ｋＮ，单桩　竖向抗拔力特征值仍取５５０　ｋＮ。同普通钻孔灌注桩　布置原则，后压浆钻孑Ｌ灌注桩的桩位布置如图４所　示，总桩数为５６根，经验算，桩布置比较保守，并满足　基坑抗浮要求。　使钻孔灌注桩的承载力显著降低，而桩端后压浆则有　效地减小这些不利影响，不仅提高灌注桩的承载　力［３书］，对桩的刚度也有明显提高，更有利于控制基础　的沉降Ｅ　＇１ｏ］，因此冲压设备基坑第三种基础型式则是　采用桩径Ｄ为６ＯＯ　ｍｍ的后压浆钻孔灌注桩，均为　抗拔桩，桩端持力层设在⑥层：粉砂质泥岩，桩长也为　１６　ｍ，桩顶标高为一８．４００，混凝土保护层为５０　ｍｍ，　桩身混凝土强度等级同普通钻孔灌注桩，桩顶纵筋全　部锚人承台内，且纵筋通长设置。　，　‘　，　　、桩　匝标高：　－８．４ｏｏ　、　、　，　、　，　～　、　，　　’，　，　、　，　、　，　　』　’、　，　～　，　，　１　，　、　，、　‘　｛　（　　，’、　，’　　　，　）Ｌ　（　，、　　Ｊ、　，、　ｊ　　Ｒ５ｎ　２００　３　０｛　ｎｎｎ　３　００ｎ　ｎｆｌｆｌ　ｎｆｍ　ｎｎｎ　ｎｎｎ　０ｎｎ　ｎ０ｎ　’ｎ０　１　Ｒ　ｎ　３结论　Ⅲ一　枞洁　２００９，３９（７）：４６￣４９．　ｎ建筑　通过对冲压设备基础分别采用预应力管桩、钻孔　灌注桩和后压浆钻孔灌注桩三种基础型式进行设计，　在桩基础布置合理的情况下，对三种基础型式进行比　［２３　ｊｏｊ　９４—２００８，建筑桩基技术规范［ｓ］・　［３］　’　直径桩侧阻力的影响研究Ⅲ・　较得出以下结论：　（１）本工程采用普通钻孔灌注桩与预应力管桩　相比，可以减少桩数、桩长，并且由于场地问题，预应　［　］霉妻　：　学报，２００５，１３（２）：１１￣１５．　响的分析［Ｊ］．山东交通学院　［５］朱向荣，张寒，孔清华．钻孔灌注桩桩端后注浆单桩极限承载　……～…的浪费要篓　塑　毫，　兰　查　嘲　而钻孔灌注桩可以避免，但是预应力管桩施　一　，，注浆桩竖向抗压承　…～…～　２Ｏ０ｌ，３　１（１０）：６　２￣６５．／１２３２Ｊ芋较简单，工期相对较短。　（２）后压浆钻孔灌注桩与普通钻孔灌注桩相比，　由于后压浆能有效地提高灌注桩的承载力并可减小　冲压设备基坑项目而言采用后压浆钻孔灌注桩具有　［７］程晔，龚维明，张喜刚，等．超长大直径钻孔灌注桩桩端后压浆　试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１０（２９）：３８８５￣３８９２．　［　］邓祥辉，张永杰，房海勃．后压浆钻孔灌注桩承载力分析与试验　郸．河北工程大学，２０１４．　沉降，从而减少桩数，既节省投资又可节省工期，对该　［９］　吴　较大的经济效益。　（３）对于重型冲压设备基础工程，采用何种基础　究［。］．邯　灌注桩承载力的试验　［１０－］郑楷．北京市某超高层建筑基础灌注桩后压浆技术的研究与　应用［Ｄ］・长春：吉林大学，２０１３・　型式是由场地条件、地质特征、冲压荷载以及工艺要求　口　霎　等决定的，但在基础布置合理的情况下，通过对不同型　．［１２］刘建梅桥梁钻孔灌注桩后压浆技术应用研究［Ｄ］．西安：长安　大学，２０１４．　委　式基础布置进行比较，可以获得巨大的经济效益。　遗失声明　宣城市房地产管理局王龙江同志的二级建造师证书遗失。编号：００５４９４５。特此声明作废。　２０１６年７月７日　５３２《工程与建设》２０１６年第３０卷第４期