[文章]：110KV悦达工业区变电所桩基设计及基桩极限承载力分析

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110KV悦达工业区变电所桩基设计及基桩极限承载力分析
[提要]本文结合110KV悦达工业区变电所工程，运用PKPM CAD系列JCCAD软件，进行桩基设计。施工中，结合Q—S曲线，估算基桩极限承载力，经计算校核和静载荷试验，桩基满足工程精度要求。
[关键词] 桩基  基桩  极限承载力

一、        前言
桩基一般由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成。桩基础具有承载力高、沉降速率低、沉降量小且均匀等特点，其已成为土质不良地区修建各种建筑物，特别是高层建筑、重型厂房和具有特殊要求的构筑物首选的基础形式。对于桩基础设计，如何合理评价和确定基桩（群桩基础中的单桩）极限承载力，直接关系到整个工程设计的经济与安全。
二、        工程和地质概况
110KV盐城市悦达工业区变电所位于文港南路东侧五星村，拟建变电所由110KV配电楼、35KV配电装置室（一层）、80吨主变压器组成。110KV配电楼为二层现浇混凝土框架结构，层高13米，总面积651.7平方米。按7度抗震设防。
该场地位于苏北平原，为泻湖相沉积土层，场地土类型为软弱场地土，场地类别为Ⅲ类。土层分布如下：
Ⅰ．耕植土  灰～灰黄色，由粉质粘土组成，结构松散，厚0.30～0.50米。
Ⅱ．粉土　灰黄色，饱和，稍密，厚1.20～1.70米。
Ⅲ．淤泥质粉质粘土　灰色，饱和，流塑，具水平层理，局部夹薄层粉土，厚10.40～11.00米。
Ⅳ．粉质粘土　灰绿～灰黄色，饱和，可塑，厚1.80～3.20米。
Ⅴ．粉土夹粉砂　灰黄色，饱和，中密，局部夹粉质粘土，厚14.20～15.40米。
其典型地质剖面图如图1所示，各层土物理力学指标见表1。该场地地下水主要为孔隙潜水和微承压水，稳定水位埋深0.80～0.90米。


           图1   典型地质剖面图


地基土物理力学指标综合值　　　　　　　　　表１
工程地质 层        物理性        压缩性        抗剪强度        地基承载力标准值        沉管桩
层序号        土的名称        含水量        土重度        孔隙比        塑性指数        液性指数        压缩模量        内摩擦角        粘聚力        综合确定值        桩间土极限端阻　力
                ω(%)        γ(Kn/m3)        e        Ip(%)        IL        Es(Mpa)        ψ（度）        C(Kpa)        fk(Kpa)        qpk(Kpa)        qski(Kpa)
Ⅰ        耕植土                                                                                       
Ⅱ        粉土        30.9        19.0        0.894        8.9        1.22        3.95        6.4        3.8        70        1        22
Ⅲ        淤泥质粉质粘土        43.9        17.7        1.206        11.4        1.95        2.96        4.1        3.3        65                18
Ⅳ        粉质粘土        27.2        19.9        0.741        14.5        0.38        7.03        14.8        21.8        170        2500        50
Ⅴ        粉土夹粉砂        24.8        19.3        0.739        5.2        0.57        7.50        23.5        5.1        180               




三、        基础方案及其特点
该变电所１１０ＫＶ配电装置为户内ＧＩＳ（ＳＦ６组合开关），布置在二层，由于荷载较大，②轴线与Ａ轴线交汇处柱轴力达1463ＫＮ，因场地土为Ⅲ类软弱场地土，基础选择桩基。因第三层为软弱层，桩端持力层选在第四层，有的桩端持力层为第五层土。选桩为３７７振动沉管灌注桩，桩径４００mm,桩混凝土强度取Ｃ３０，经计算，单桩设计承载力为３００ＫＮ，桩按构造配筋，纵筋６Φ１２，螺旋箍筋Φ６＠２００，Φ１２＠２０００加强筋。
运用ＪＣＣＡＤ软件，计算后绘出基础平面图如下：

JCCAD程序按轴力大小自动布桩，生成承台，这种桩基础整体性好，沉降量小。桩身成形质量也较好，单壮成本较低。但由于单桩设计承载力的不确定性，设计时取值较小，使得桩基设计偏安全，难免造成材料浪费。

四、        基桩极限承载力计算及试验
⒈ 基桩极限承载力按桩身结构强度考虑，桩竖向极限承载力标准值公式为：
N≤0.33Apfck
Ap——桩身的横截面面积（m2）
fck——混凝土轴心抗压强度标准值（N/mm2）
经计算，桩竖向极限承载力标准值N≤828.96(KN)。
⒉ 规范规定单桩竖向极限承载力标准值可按下式计算：
Quk= Qpk+ Qsk= qpkAp+μΣqskili
qpk——极限端阻力标准值（ＫＰa）
qski——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（ＫＰa）
Ap——桩身的横截面面积（m2）
μ——桩身周长（m）
li——桩穿越第i层土的厚度（m）
经计算，桩竖向极限承载力标准值Quk=719.3(KN)。
⒊ 根据静载荷试验的荷载变形曲线（Q—Ｓ曲线），估计基桩竖向极限承载力，桩静载荷试验采用压重平台反力装置和O—50MM大行程百分表，对23#、37#、51#桩以104KN—156KN—208KN—260KN—312KN—364KN—416KN—468KN—520KN顺序加载，在反向520KN—416KN—312KN—208KN—104KN—0KN卸载。根据试验结果，绘出Q—Ｓ曲线如下：

《建筑地基基础设计规范》（ＧＢＪ７—８９）规定，Ｑ—Ｓ曲线出现陡降时对应的荷载为桩竖向极限承载力。但大量静载荷试验表明，支承在粘性土、粉土、砂砾土层的桩，随着荷载的增加，桩侧与桩端土始终产生竖向变形，不出现隆起，也就是说桩端土不发生整体剪切破坏。因此，桩竖向极限承载力的确定，一般以位移确定。当桩顶总沉降量达到４０mm后，继续增加二级或二级以上荷载Ｑ—Ｓ曲线仍无陡降时，可取沉降量Ｓ＝４０mm时相应的荷载。本工程从Ｑ—Ｓ曲线上看无陡降，又因试验没加载使桩沉降量Ｓ达４０mm,故只能判断桩竖向极限承载力大于５２０ＫＮ。
从三种桩竖向极限承载力求法看，结果间存在着较大误差，目前工程中，要得到桩竖向极限承载力，最准确最直观的方法还是静载荷试验，设计前，在场地打桩，加荷载至桩破坏，从荷载沉降量曲线（Ｑ—Ｓ曲线），可准确地得到桩竖向极限承载力。
五、        结语
运用PKPM CAD系列JCCAD软件，进行的１１０ＫＶ悦达工业区变电所工程桩基设计，施工后桩基满足建筑物要求。在今后桩基础设计中，最好结合静载荷试验数据，得到精确的单桩极限承载力，算出较准确的单桩设计承载力，这样才能保证桩基的质量，确保桩基技术先进、经济合理、安全适用。(2000年11月10日星期五)
参考文献
［１］        建筑地基基础设计规范，ＧＢＪ７—８９，１９９０。
［２］        建筑桩基技术规范，ＪＧＪ９４—９４，１９９５。
［３］        林天健　熊厚金　王利群：桩基础设计指南，中国建筑工业出版社，１９９９年。
［４］        杜蜀宾　田新奎　徐卓：地基与基础，中国矿业大学出版社，１９９９年。
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