弱桩强用的思路、对策与措施

星梦缘

弱桩强用的思路、对策与措施  
　　 弱桩强用的思路、对策与措施一、 概况 1996年4月25日，笔者在广东省老科技工作者协会土建组、 勘测组联合召开的学术报告会上作“弱桩强用的思路与技术措施”讲学报告，现将其中内容（包括题目）作了部分修改补充，书就本文。 事件的起因是：某单位住宅工程（八层框架结构）设计采用锤击式混凝土灌注桩，由于设计人对钻孔布置数量较少，工程地质资料掌握了解不够深透，加上施工试桩时对桩长控制不严，以致各桩打完成并经检测验算后，发现实现单桩承载力低于设计要求较多（原设计为60吨，现实际为50吨）。此事件出现的时间在接近二十年前，因而处事依据均按旧规范（1974年规范）执行。 按传统习惯对此的解决方案为：一是加桩及相应扩大承台；二是减少兴建楼房层数。但当时打桩机已退场，如加桩则要再次进场，加上增桩与扩大承台等费用，增加不少建设资金；而兴建单位资金匮乏，无法追加；至于减少层数的设想，兴建单位认为这样会减少单元户数；因此对这两种方案都坚决不同意。并且反过来要求我单位在不加桩、不减层的前提下，拿出稳妥可靠的解决方案来。 这项工程设计此前我没有参与，但因我是单位技术主管，面对这一从未看过或听过、也无书本可供参考的本专业难题，只能理所当然由自己责无旁贷地予以接受下来；接着开展相应的工作，分三个阶段进行。现分述于后。 二、调查研究 第一阶段是对该工程设计进行全面调查研究，采取深入细致、点滴不漏的工作态度，深入检查各环节中的有关情况和存在问题。 外业方面：赴施工场地检查已完成的打桩工程现况，并对工期四至周围环境与相邻建筑物的分布、间距与高度，以及对现场施工日志、打桩记录、桩身混凝土试压报告表和钢筋试拉报告表等逐一作了检查。 内业方面：经对原设计图纸、计算书（含电脑分析资料）及工程地质勘察报告书等作了详尽的检查。 随后，按调查所得各资料作综合分析和对比，对该工程现状与存在问题取得基本概念认识 三、思路 桩的使用功能是和作支承由承台（基础）传来的上部荷载，以竖向荷载为主；当桩具备足够安全承载力时，就不致发生下沉现象（或下沉量显著微小），从而保持了力的平衡状态。然而，当前的现实状况是桩的承载力降低，但承台传来的上部荷载却维护不变，使力的平衡状态不能保持，形成失稳。由此出发，广泛开拓思维途径，谋求解决难题的对策；于是开展了第二阶段如下的几种思路： 首先，在现时不允许加桩与不可能提高单桩承载力的前提下去寻求力的平衡，那就只能反过来采取同步减少上部荷载，直到达到取得新的平衡；这是首要的根本思路。其结果可使"弱桩"起到同前不变为原状设计使用功能服务的效果，故可说是"弱桩强用"。 其次，减少上部荷载的类型包括：静荷载、活荷载、风荷载和地震荷载。应从这样荷载与设计内涵有关的各种因素之间的相互关系中多加思考，并着手发掘。 静荷载：可分为建筑荷载与结构荷载两种。对前者，应从设计图纸内的各种建筑构造着手；对后者，应从设计图纸与计算书内的结构构件截面大小方面着手。 活荷载：应从计算书与设计规范相对照，看有无潜力可挖。 风荷载：应从设计图纸的总平面图（含四至关系）、计算书、设计规范与当地周围环境实况相结合作研究考虑，发掘可挖潜力。 地震荷载：它与建筑的质量成正变关系。如能设法减小静、活荷载，则地震荷载也自当相应减小；此外，尚应思考进一步减小的可能性。 其三，归纳上述各种思路，并以此为指引，形成切实、可靠的对策；据此，即可制订各项技术处理措施。 四、对策与措施 第三阶段是由思路形成对策后制订技术处理措施的过程叙述： 1． 从设计图约的首层高3．4米、其余各层高3．2米发现用得略大，有潜力可挖；对策是将层高减矮。为此制订如下措施：将首层高改为3．2米，其余各层高改为3米。从而可使墙体自重减少约6%。 2．从设计图约的内间隔墙使用实心粘土红砖与了解到建筑市场有轻质砖供应这一情况结合起来看，形成了改用轻质砖以减轻墙体自重的对策。在作市场调查后，制订了如下措施：全部内间隔墙改用煤渣多也空心砖。从而可使这部分墙体自重减少31%左右。 3．从设计图纸查得该建筑外周边开窗数较少，且原设各窗洞偏小，对屋内采光、通风不利；由此形成了多开窗与把原窗扩大的对策。从而制订了与上述相同的措施，减少砖砌体用量而达到减载目的；为此可减轻外墙体自重约7%。 4．从设计图纸查得各楼层地面使用花阶砖地面，并经了解到建筑市场有较此为轻的马赛克资取代的情况；于是形成了"以轻代重"的对策。由此采取马赛克地面取代花阶砖地面的措施；可减少每层静载为40公斤/米2 5．从设计图纸查得在楼梯扶手及阳台栏河均采用砌砖，较重；由此形成了对这部分建筑构造以较轻材料予以取代的对策。从而制订以镀锌管代替砌砖的措施；因此取得减低静荷载的效果。 6．从设计图纸查得在各住宅单元内的厕所采用足否厕，较重；由此形成"以轻代重"的对策。于是制订以坐厕（抽水马桶）取代的措施；从而使每一卫生间减低静荷载约为500公斤/米2。 7． 从设计图纸悉知原设计承台（基础）底标高定为-2．000米。但承台自重（包括其上的加填土重）与承台埋深（基底标高）成正比关系衡量，衍生了对这埋深的思考；并形成"减小埋深"的对策。从而制订了把承台底标高为-1．500米；由此取得把承台自生减轻25%。 8．从计算书的各项数据中发现对风力按100%计算。但从场地勘得悉现施工建筑物外于密集建筑群范围内，且高度低于或等于四周建筑物的高度；按《工业与民用建筑结构荷载规范》TJ9-74（试行）第五章、第30条与之相对照，可对基本风压乘以调整系数0．8采用；从而形成了降低风力计算的对策。并在措施上把原计算使用的基本风压由50公斤/米2改为40（0．8 X50）公斤/米2；由此使风力折减20%。 9．从计算书发现按100%活荷载计算。按与上（第8点）相同规范第二章、第7条及表1、表2与现建8层的目标相对比，有潜力可挖（活荷载可折减）；以致形成减活荷载的对策。为此采取如下措施：对活荷载乘以折减系数0．6；其中住宅楼面活荷载用90（0．6 X 150）公斤/米2，厨厕用120（0．6 X 200）公斤/米2，挑出阳台用150（0．6 X250）公斤/米2；以上各数值仅用于柱、基础、楼面梁（负荷面积超过10米2）的计算。 10．从设计图纸和计算书发现部分梁、柱（主要是较高层柱）截面偏大者适当调小，并相应加大钢筋用量；从而相对减小静荷载。 11．从设计图纸和计算书中参悟到在结构设计计算中存在着的安全富裕空间（潜力）问题。例如桩的设计使用必为整数，但计算出现承台用3根桩不足、而用4根桩却有余的情况是常有的；但设计上必然向多用的做法倾斜，于是形成这一安全富裕空间。本工程为八层全框架结构，每柱下为独立桩承台；这些承台下的各桩当会或多或少地蕴藏着潜力，弥补了现单桩承载力较弱的缺陷。以上这些不用设想对策，也毋需制订措施。 三、思路 经过采取上述一系列减载对策与措施，把经调整悠修改后的各荷载数据输入电脑进行分析，结果原先"弱桩强用"的设想与要求得到预期的满足。由此交付具体实施。 自此以后未听闻该工程出现质量方面的问题，因此可认定为取得成功的事例。 四、结语 本文所述虽是一宗规模不大的工程解困处理事例，然及今反思，仍感颇值得回味小结之处。现列述如下： 1． 处事全过程的工作程序 第一阶段:调查研究（含外业、内业）第二阶段：思路（从力的平衡原理产生减小荷载的思考）对策（并与外业、内业资料综合考虑研究） 第三阶段：技术处理措施 以上各阶段中，以建立科学、合理的思路为主要关键。从思路与外业、内业资料相结合的过程中，体现了主观与客观因素的联系实质；很难想象到：完美的主观思考，如果没有与之相适应的客观条件作配合，就能达致预期的结果。于此可见本事例进程和作法符合实事求是与理论联系实际原则的。 2．从思路阶段作出思考的几种减小荷载设想，由于客观条件的适应配合下，已经在对策与措施阶段中得到贯彻实施。其中三. 1~6为在建筑构造（含设施）减小静荷载；三. 7为在承台减小静荷载；三. 8为减小风荷载；三. 9为减小楼面活荷载；三. 10为减小结构构件静荷载；至于三. 11因是潜在的有利因素，只在最后分析验算承台以下各桩承载力时才得到反映体现。 3．用足规范。不少结构设计者对风力与楼面活荷载折减的规定没有执行，大多是由于贪图方便所致，是不足取的；今后应在设计中用足设计规范内的全部条款。 4．结构设计中对每一数值的取用值得深入研究和关注，如承台埋置深度对其本身自重影响当不少。 5．从本事例进程中，归结了对专业工作必须树立“点滴不漏”的思维逻辑，“一丝不苟”地对每个工作环节逐一筛选扫描，详尽鉴别，当会收到成效。推而广之，以此对待任何工作，相信亦当取得佳绩。