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)

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)

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。

冲压设备；地基基础；预应力管桩；灌注桩

0 引 言

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 。

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

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1所示，冲压机四个支座预埋板在同一水平面上，调平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。

图1 冲压设备基坑平面图

1.2 荷载分布和场地地质条件

本工程中冲压设备型号为LS4-1300E/2，压机静载约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，本工程采用C30混凝土。压机钢梁安装台面承载力为950 kN/m2，移动工作台底面承载力为250 kN/m2，设备基坑周围地坪堆载为3 t/m2，局部地坪堆载为20 t/m2。

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。

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孔灌注桩三种基础型式进行设计。

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-8.400，预应力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。

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。

图2 预应力管桩基础平面布置图

2.2 钻孔灌注桩布置

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-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值取550 kN。

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。桩位布置如图3所示，总桩数为68根。工程桩施工前进行试桩，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。

图3 钻孔灌注桩基础平面布置图

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[3-6]，对桩的刚度也有明显提高，更有利于控制基础的沉降[7-10]，因此冲压设备基坑第三种基础型式则是采用桩径D为600 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-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，桩顶纵筋全部锚入承台内，且纵筋通长设置。

试验结果表明桩端压浆效果优于桩侧压浆效果[11-12]，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，后压浆钻孔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。

图4 后压浆钻孔灌注桩基础平面布置图

3 结 论

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，预应力管桩施工时需先打桩后开挖基坑，截桩会造成大幅的浪费，而钻孔灌注桩可以避免，但是预应力管桩施工工序较简单，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沉降，从而减少桩数，既节省投资又可节省工期，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。

(3) 对于重型冲压设备基础工程，采用何种基础型式是由场地条件、地质特征、冲压荷载以及工艺要求等决定的，但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。

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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

2016-07-29；修改日期：2016-08-11

王凯丽(1991-)，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．

TU476

A

1673-5781(2016)04-0530-03