关于灵东矿井万吨煤仓桩基础设计

摘要：以灵东矿井的钢筋混凝土万吨煤仓的桩基选型设计为例,介绍了桩基在钢筋混凝土万吨煤仓结构基础设计中的应用，结合理论浅析实际工程中进行桩型选择的方法。

关键词： 基础设计；钻孔灌注桩；人工挖孔灌注桩

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

１ 工程概况

本工程为扎赉诺尔煤业有限责任公司灵东矿井地面生产系统产品煤仓,煤仓直径为4个22m,储量为4x10000t。煤仓总高度为62.20m , 装煤高度为37.40m。结构形式为现浇钢筋混凝土筒仓，仓上为钢筋混凝土框架结构。本地区地震设防烈度为 6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。基本风压 0.65kN/m2, 基本雪压 0.30kN/m2, 地面粗糙类别 B类 ,结构安全等级二级。

2 场地条件

根据《灵东矿工业场地岩土工程勘察报告》，在70m勘探深度内煤仓所在场地土层可分为6层，由上至下分述为：

①层：新近沉积土 黑色，表层为草场植物土，松散欠固结，结构性差。层厚0.50m。

②层：粉砂 黄色，稍湿，稍密，级配良好，层厚1.9～3.8m，承载力特征值fak=120kPa。

③层：细砂 灰色，饱和，稍密，成份以石英、长石为主，级配不良，层厚3.9～5.2m，承载力特征值fak=150kPa。

④层：细砂 灰色，饱和，中密，级配不良，含砾石，成份以石英、长石为主，层厚3.0～5.8m，承载力特征值fak=170kPa。

⑤层：砾砂 灰色，饱和，中密，级配不良，成份以石英、长石为主，层厚7.3～9.7m，承载力特征值fak=350kPa。

⑥层：泥岩 深灰色，巨厚层状，泥质胶结，岩体完整，极软岩，勘察时未见底。承载力特征值fak=370kPa。

3 基础选型

煤仓一般采用扩展基础、环板基础、圆形筏板基础等浅基础形式；当煤仓荷载较大，采

用天然地基满足不了承载力及变形要求时，一般则采用桩基础。本工程根据上部荷载部结构形式和地质条件的特点，在选定基础型式的过程中对如下几种方案进行了比较。

3.1 浅基础方案

由于煤仓荷载较大且自重也很大，因此假定采用筏板基础，基础埋深4.0m。以③层细砂层为持力层，经修正后的承载力特征值fa=339kPa。经计算,基底平均压应力为400kN/m2，所以③层做为为持力层不可行。假定以⑤层砾砂层为持力层，经计算可满足承载力要求，但基础埋深达到9.0m且场地紧临新开河，施工时正值场地内地下水丰水期，水位较高，降水非常困难，无法施工。故浅基础方案不可行。

3.2 桩基础方案

桩基础设计的首要条件是选择桩型。选择正确的桩型，对于节约投资，降低基础工程造价起着重要作用。

3.2.1 地质条件

桩基础设计时首先需要考虑的就是项目所在地的地质条件，根据当地的地质条件选择正确的、可行的桩型；其次根据岩土工程勘察报告所提供的桩基参数估算桩基承载力，使其能够满足上部结构承载力及沉降的要求。

当采用摩擦桩或端承摩擦桩时，要求桩端持力层必须具有足够的厚度且该土层的工程特性良好，这样才可使桩具有很好的支承力以保证上部结构不致产生过大沉降。

3.2.2 结构特点

建筑的结构形式、层高、柱距、以及结构刚度和荷载大小都是桩型选择必须考虑的因素。

3.2.3 施工工期

根据桩型的不同，桩施工完成时间也有所不同。施工期拖的越长工程造价就越高。从整体经济效益考虑，即使桩基预算略高，但施工省时，这种桩型方案也是经济的、可行的。

3.2.4桩型比对

1) 人工挖孔灌注桩。人工挖孔桩适用于持力层较浅的地基条件，人工挖孔桩桩径一般都在800mm～2000mm左右的大直径灌注桩，单桩承载力很高，是一种非挤土桩。这种桩的最大特点是适用于持力层在地下水位以上的各种地层，施工技术易控，成桩质量也较能保证。桩的承载力检测一般采用载荷试验。桩的完整性检测采用低应变法或者取芯法。

人工挖孔灌注桩缺点有：持力层在地下水位以下难以施工，必须预先降低地下水位。对劳动力储备要求很高，如果桩数较多则需要有充足的施工人员才能完成，如果劳动力不足就会延缓施工甚至延误工期；但在施工现场，施工人员也不益过多，因为人工挖孔作业时应跳孔施工，以防塌孔，一旦塌孔往往造成严重后果。

人工挖孔灌注桩的优点有：易于掌握持力层的判别和沉渣的清除 ,而且施工比较简单速度快 ,孔底扩头后单桩承载力高 ,工程费用比冲钻孔灌注桩低，是一种很有吸引力的桩型。

2) 钻孔灌注桩。灌注桩在施工过程中无噪音、不挤土且更能适应基岩顶面起伏变化剧烈的地质条件，根据需要决定嵌岩深度。钻孔灌注桩的穿透力强,桩径大,桩端可以直接进人基岩,单桩承载力高。灌注桩的长度一般不受限制，所以灌注桩被广泛应用于工业与民用建筑中。但灌注桩的成桩质量可靠度不高 ,施工中产生的泥浆对周围的环境会产生一定的影响 ,孔底沉渣会影响桩的承载力 ,对施工队伍的水平要求较高。

综上所述，本工程拟建场地持力层较深，且施工时正值场地内地下水丰水期，水位较高，如果采用人工挖孔会给施工带来很多困难，会影响整个工程的施工进度，所以率先被排除。故本工程选用钢筋混凝土钻孔灌注桩

3.3 桩端持力层的选择

根据地质条件在确定桩型后，依据现行的《建筑桩基技术规范》(GJ 94-2008) 5.3.6 条，计算单桩极限承载力标准值,设计表达式如下：

Quk=Qsk+Qpk=usiqsikli + pqpkAp( 5.3.6)

式中qsik— 桩侧第i层土极限侧阻力标准值

Qpk—桩径为800mm的极限端阻力标准值

si、p —大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数

u—桩身周长

根据《灵东矿工业场地岩土工程勘察报告》提供的桩基参数计算单桩极限承载力标准值。

表1桩基础设计参数表

本工程选用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为∅800，当选用⑤层砾砂层为桩端持力层。有效桩长为15.60m，经计算单桩极限承载力标准值为1600KN, 根据上部结构作用于桩基承台顶面的坚向力、桩基承台自重及承台上土自重计算得出单仓桩数为258根。由于承台面积受限，布置258根很困难，无法保证桩间距的要求。当选用⑥层泥岩层为桩端持力层。有效桩长为25.80m，经计算单桩极限承载力标准值为4445.0KN, 根据上部结构作用于桩基承台顶面的坚向力、桩基承台自重及承台上土自重计算得出单仓桩数为107根。根据承台面积及满足桩间距的要求的前提下，能够合理的布置出来。因此最终选定⑥层泥岩层为桩端持力层。

4 结论

综上所述，本工程采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，总桩数共428根,能够满足万吨煤仓承载力及沉降的要求。在本工程中其有以下优点：①很容易穿越各砂层及粘土层而达到设计要求深度。②能够完全满足上部结构承载力和变形要求。③在现场施工条件、经济效果上比较理想。

本工程至今已竣工投入使用，经过初次装煤到整仓装煤运行,均达到了设计储量要求, 取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献:

[1]JGJ 94 -2008,建筑桩基技术规范[S]

[2]本书编委会 建筑地基基础设计数据资料一本全，中国建材工业出版社, 2007.5