論文導(dǎo)讀：當(dāng)淺層地基土質(zhì)不良,采用淺基礎(chǔ)不能滿足承載力強(qiáng)度和地基變形要求時(shí),則可以采用樁基礎(chǔ)。
在冶金工程中,煙囪屬于土建特種結(jié)構(gòu),一定程度上控制工程的建設(shè)進(jìn)度,在設(shè)計(jì)和施工方面都具有特殊性。而煙囪基礎(chǔ)是整個(gè)煙囪設(shè)計(jì)中主要的組成部分。由于煙囪屬于長(zhǎng)柔懸臂結(jié)構(gòu),在風(fēng)荷載、地震荷載及煙囪筒身的附加彎矩作用下,作用于煙囪底部的彎矩值是相當(dāng)大的,往往數(shù)倍于煙囪底部的豎向力。因此,煙囪基礎(chǔ)力計(jì)算主要由偏心荷載作用控制。高大構(gòu)筑物的基礎(chǔ)若產(chǎn)生很小的轉(zhuǎn)動(dòng),將會(huì)引起嚴(yán)重的后果,為此,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不容忽視,在煙囪的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式有剛性基礎(chǔ)、鋼筋混凝土板式基礎(chǔ)和鋼筋混凝土殼體基礎(chǔ)等。當(dāng)淺層地基土質(zhì)不良,采用淺基礎(chǔ)不能滿足承載力強(qiáng)度和地基變形要求時(shí),則可以采用樁基礎(chǔ)。
1選型
煙囪樁基礎(chǔ)的承臺(tái)平面一般為圓形或環(huán)形，樁的平面布置應(yīng)以承臺(tái)平面中心點(diǎn)為圓心，呈放射狀布置。但承臺(tái)平面究竟選用圓形還是環(huán)形．需根據(jù)具體情況選擇相應(yīng)形式。
2樁基礎(chǔ)的受力分析
在一般情況下，地基應(yīng)包括的計(jì)算內(nèi)容為：① 基礎(chǔ)底面壓力，包括軸心荷載作用下的基礎(chǔ)底面壓力和偏心荷載作用下的基礎(chǔ)底面壓力；②變形驗(yàn)算，包括基礎(chǔ)最終沉降量和基礎(chǔ)傾斜值。由于煙囪的特殊結(jié)構(gòu)形式,煙囪基礎(chǔ)底面壓力計(jì)算主要由偏心荷載作用控制。偏心荷載作用下基樁的豎向力計(jì)算公式如下：
式中—偏心荷載作用下的基樁的最大豎向力設(shè)計(jì)值；
— 作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力設(shè)計(jì)值；
— 樁基承臺(tái)和承臺(tái)上土自重設(shè)計(jì)值；
— 作用于樁基承臺(tái)底面通過(guò)群樁形心軸的彎矩設(shè)計(jì)值；
— 樁基承臺(tái)底面群樁對(duì)形心軸的抵抗矩；
— 樁基中的樁數(shù)。
根據(jù)上式可以發(fā)現(xiàn)，抵抗矩對(duì)于的大小起關(guān)鍵作用。越大，就越小，尤其較大時(shí)更為明顯。論文發(fā)表。因此，在煙囪樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)當(dāng)中，如何合理布置樁位，充分發(fā)揮樁基礎(chǔ)的作用，便成為樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
煙囪樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，樁的平面布置一般是以煙囪中心點(diǎn)為圓心呈m道圓環(huán)狀布置，所以W的計(jì)算公式如下：
式中— 由里往外數(shù)第i道圓環(huán)上樁的個(gè)數(shù)；
—由里往外數(shù)第i道圓環(huán)的半徑；
—圓環(huán)的總道數(shù)。論文發(fā)表。
從上式中可以看出，在m和總樁數(shù)確定的情況下，外側(cè)圓環(huán)半徑越大，其上的樁越多，則越大；相反，越小。并且，對(duì)于的貢獻(xiàn)效率，離圓心近的內(nèi)環(huán)上的樁，要明顯低于離圓心遠(yuǎn)的外環(huán)上的樁，圓心上的樁對(duì)于W的貢獻(xiàn)效率為零。也就是說(shuō)，離圓心較近的樁，主要對(duì)提供豎向承載力方面作出貢獻(xiàn)，而對(duì)抵抗彎矩方面貢獻(xiàn)不大。根據(jù)上述特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)時(shí)，樁要盡量遠(yuǎn)離煙囪的圓心，應(yīng)優(yōu)先考慮將樁基礎(chǔ)布置成環(huán)形。環(huán)形樁基礎(chǔ)不僅經(jīng)濟(jì)合理，而且可減小承臺(tái)本身及其上覆土的自重，同時(shí)由于避開(kāi)了基礎(chǔ)中部的高溫區(qū)，可減小基礎(chǔ)的溫度應(yīng)力。
3樁基礎(chǔ)的布置
當(dāng)樁基礎(chǔ)單樁承載力較大時(shí)，進(jìn)行豎向軸心荷載和偏心荷載的樁基計(jì)算時(shí)，較少的樁即可滿足，使得樁基礎(chǔ)布置成環(huán)狀成為可能，此時(shí)，樁基礎(chǔ)應(yīng)優(yōu)先布置成環(huán)狀。因?yàn)榄h(huán)形樁基礎(chǔ)的整體幾何特性與受力特性相一致，能充分發(fā)揮單樁承載力高的優(yōu)勢(shì)；當(dāng)樁基礎(chǔ)單樁承載力不是很高時(shí)，即使軸心受壓計(jì)算也需要相當(dāng)多的樁，按環(huán)狀布置根本擺放不下，樁基礎(chǔ)及基礎(chǔ)承臺(tái)只能按圓形擺放。此時(shí)，由于樁基礎(chǔ)中樁的數(shù)量往往由偏心受壓計(jì)算決定，樁的數(shù)量較多，導(dǎo)致靠近煙囪中心部位的樁無(wú)法充分發(fā)揮全部承載力。同時(shí)，圓形樁基礎(chǔ)承臺(tái)尺寸很大，導(dǎo)致承臺(tái)混凝土量相對(duì)環(huán)形承臺(tái)增加很多。且按圓板模型受力計(jì)算時(shí)，由于圓板半徑很大，導(dǎo)致配筋量很大。綜合而言，樁基礎(chǔ)及基礎(chǔ)承臺(tái)按圓形擺放勢(shì)必要造成經(jīng)濟(jì)上的很大浪費(fèi)。在這種情況下，如無(wú)地質(zhì)條件、技術(shù)條件等限制，建議加大樁的直徑或增加樁的長(zhǎng)度，以提高單樁承載力，按環(huán)狀形式布置樁基礎(chǔ)和樁基承臺(tái)，往往能降低許多成本，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
4結(jié)語(yǔ)
在煙囪樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，常采用的樁的形式為鋼筋混凝土灌注樁和預(yù)制樁。灌注樁主要采用沉管灌注樁和鉆孔灌注樁，預(yù)制樁主要采用混凝土方樁和預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁。在選取煙囪基礎(chǔ)樁的形式時(shí)，應(yīng)與整個(gè)工程項(xiàng)目全盤考慮．并應(yīng)盡量采用統(tǒng)一形式的樁，以便于樁的制作和施工。
煙囪樁基礎(chǔ)的布置和構(gòu)造應(yīng)符合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—94和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007 2002中的相應(yīng)要求。
環(huán)形樁基礎(chǔ)布置樁時(shí)需注意：
1)樁布置的環(huán)數(shù)不宜過(guò)多，否則會(huì)造成基礎(chǔ)承臺(tái)尺寸過(guò)大，增加鋼筋用量。但環(huán)數(shù)也不宜少于兩道，當(dāng)環(huán)數(shù)少于兩道時(shí)，樁群的整體性較差。一般來(lái)說(shuō)，樁的截面尺寸較小時(shí)，布置2～4道環(huán)為宜；樁的截面尺寸較大時(shí)，布置成2～3道環(huán)為宜。由于樁的環(huán)數(shù)主要根據(jù)總樁數(shù)和樁的截面尺寸來(lái)確定，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)調(diào)整單樁承載力和樁的截面尺寸及樁的形式，來(lái)調(diào)整樁的環(huán)數(shù)，以達(dá)到較為合理的布置形式。
2)樁的平面布置應(yīng)以煙囪的形心為圓心，對(duì)稱地分布在煙囪環(huán)狀豎壁的兩側(cè)，并應(yīng)遵守內(nèi)疏外密的原則。論文發(fā)表。
3)樁間距不可過(guò)小，需滿足樁基規(guī)范中樁的最小中心距的要求。樁間距也不可過(guò)大，應(yīng)控制在6倍樁徑的范圍內(nèi)，以便滿足群樁的整體性要求。
4)各道環(huán)上的樁數(shù)宜以4的倍數(shù)或偶數(shù)為佳，這樣樁排布時(shí)易于均布整齊。在進(jìn)行承臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，樁基礎(chǔ)承臺(tái)應(yīng)具有較大的剛度，以保證群樁的協(xié)調(diào)工作。承臺(tái)的平面尺寸及厚度可參照環(huán)板和圓板基礎(chǔ)的尺寸要求。樁頂嵌人承臺(tái)內(nèi)的長(zhǎng)度不應(yīng)小于50mm，樁身主筋伸人承臺(tái)錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于30d(d為主筋直徑)，對(duì)于抗拔樁基不應(yīng)小于40d。煙囪樁基礎(chǔ)承臺(tái)應(yīng)進(jìn)行抗沖切和抗彎計(jì)算，可采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法，按一般的環(huán)形或圓形基礎(chǔ)求出承臺(tái)底平面的地基反力，再參照板式基礎(chǔ)的計(jì)算方法進(jìn)行抗沖切和抗彎計(jì)算。
參考文獻(xiàn)：
[1] JGJ 94—94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[s]．
[2] GB 50007—2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[s]．
[3] 牛春良，主編，煙囪工程手冊(cè)．中國(guó)計(jì)劃出版社.
