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提到杠杆,就想到杠杆原理,相信大家也不会太陌生,初中学过,杠杆原理,是通过杠杆的作用,只用较小的力量便可产生较大的效果。在日常生活中,如:在山区开采石块时,常看到采石工人用一根长木棍撬动石块的情景,采石工人使用的那种长木棍就是杠杆。它可以用较小的力移动较重的物体。杠杆原理广泛应用在许多领域中,在管理领域也被广泛采用。
一、经营杠杆效应实例分析
假设某企业生产白酒的固定成本总额为5000万元,单位变动成本为40元,每瓶白酒在市场的平均售价为110元,请问:当该企业的白酒产销量由100万瓶增至150万瓶时,其产品成本、息税前利润(EBIT)分别是多少? 若减少至50万瓶呢?
当企业的产销量x:100万变成150万时:销量增长率为x/x=50%,利润增长率为85.35%。100万变成150万时:销量降低20%,利润率降低62.5%。
为何会有这种现状呢,这是因为固定成本的特点是不随业务量的变动而变动,当业务上升使利润上升时,固定成本保持不变,单位产品的固定成本降低,单位利润大幅度升高,这样利润的上升速度就快于销量上升的速度。
二、经营杠杆效果与固定成本规模决策
单位产品的息税前利润(EBIT)会随着单位固定成本的摊薄而更大程度地增加。此时,经营杠杆效果的正面放大效应得到体现。高昂的固定成本分摊到小规模产销量的产品上,会造成单位产品的固定成本剧增,并且更大幅度地降低了单位产品的息税前利润。此时,经营杠杆效果的负面放大效应就显露出来。
三、经营杠杆风险的衡量—经营杠杆系数
根据成本性态,在一定产销量范围内,产销量的增加一般不会影响固定成本总额,但会使单位产品固定成本降低,从而提高单位产品利润,并使利润增长率大于产销量增长率;反之,产销量减少,会使单位产品固定成本升高,从而降低单位产品利润,并使利润下降率大于产销量的下降率。所以,产品只有在没有固定成本的条件下,才能使贡献毛益等于经营利润,使利润变动率与产销量变动率同步增减。但这种情况在现实中是不存在的。这样,由于存在固定成本而使利润变动率大于产销量变动率的规律,在管理会计和企业财务管理中就常根据计划期产销量变动率来预测计划期的经营利润。为了对经营杠杆进行量化,企业财务管理和管理会计中把利润变动率相当于产销量(或销售收入)变动率的倍数称之为“经营杠杆系数”、“经营杠杆率”,并用下列公式加以表示:
DOL= (EBIT/ EBIT)÷(S/S) 公式1
DOL=(EBIT+F)/EBIT 或者DOL=Tcm/(Tcm-F)公式2
DOL为经营杠杆系数;EBIT为息税前收益;EBIT为息税前收益变化量;S为销售额;S为销售额变化量;F即固定成本;Tcm为边际贡献。
经营杠杆系数的变动规律是:(1)只要固定成本不等于零,经营杠杆系数恒大于1;(2)产销量的变动与经营杠杆系数的变动方向相反;(3)成本指标的变动与经营杠杆系数的变动方向相同;(4)单价的变动与经营杠杆系数的变动方向相反;(5)在同一产销量水平上,经营杠杆系数越大,利润变动幅度就越大,从而风险也就越大。
因为分母还要减去一个固定成本,分母总是小于分子的,因此同时增加一个数值时,相对于金额较大的分子来说,它增加的幅度相对较小,而相对于金额较小的分母来说,它增加的幅度相对要大,所以分母增加比例越大,则整个式子越小,即经营杠杆系数越小,举例:如边际贡献=100,固定成本=20,则经营杠杆系数=100/(100-20)=1.25,当由于单价上升而使边际贡献增加20时,即边际贡献=120,固定成本不变,则120/(120-20)=1.2
另一方面:我们可以知道经营杠杆系数越大经营风险则越大,如果单价和销售量增加,那不相当于可以得到更多的利润吗?经营风险就会越小的,经营杠杆系数也会越小,所以其与经营杠杆系数呈反方向变化。
四、控制经营杠杆的方法
首先,当企业的息税前利润大于零时(盈利状态),杠杆系数DOL大于1,经营杠杆效应存在。可以用杠杆系数DOL的实际计算值,分析说明息税前利润变化率大于销售变化率和衡量经营风险大小。基本理论有关杠杆系数DOL影响因素分析正确,符合实际。其次,当企业的息税前利润等于零时(盈亏平衡状态),杠杆系数DOL无穷大,息税前利润变化对于销售变化反应最强烈。如果企业处于亏损状态,则企业面临的扭亏为盈的可能性最大。再次,当企业的息税前利润小于零时(亏损状态),杠杆系数DOL小于零,无法用杠杆系数DOL的实际计算值说明问题。此时应该用杠杆系数DOL的实际计算值的绝对值|DOL|分|DOL|1三种情况来分析说明销售增长与企业减亏的关系,而且|DOL|的大小与 企业面临的经营风险是反向关系。
企业一般可以通过增加销售金额、降低产品单位变动成本、降低固定成本比重等措施使经营杠杆率下降,降低经营风险。
五、结论
一般情况下,可以从两个方面来理解经营杠杆的效应。
一方面是从经营杠杆系数的计算公式可以看出来,单价和销售量增加,边际贡献就会增加,在求得经营杠杆系数以后,假定固定成本不变,即可用下列公式预测计划期的经营利润:
计划期经营利润=基期经营利润×(1+产销量变动率×经营杠杆系数)
在某一固定成本比重的作用下,销售量变动对利润产生的作用,被称为经营杠杆。由于经营杠杆对经营风险的影响最为综合,因此常常被用来衡量经营风险的大小。经营杠杆的大小一般用经营杠杆系数表示,即EBIT变动率与销售量变动率之间的比率。
参考文献:
关键词:负债经营;财务杠杆;债务资本;财务风险
负债经营是企业有效的融资、经营策略,也是财务杠杆存在的基础。实际上,几乎所有的公司都有或多或少的负债,只依靠自有资金生存的企业是没有生命力的,任何企业的负债都不可能为零。在生产经营活动中,企业一方面要权衡负债的方式和策略,另一方面也要注意财务杠杆效应,适度的利于财务杠杆,提高整体效益。
一、负债经营
从会计的角度出发, 负债是指过去的交易、事项形成的现时义务, 履行该义务预期会导致经济利益的流出。从财务管理的角度看, 负债是企业筹集资金的重要方式, 是企业通过向金融机构借款、发行债券、融资租赁等方式筹集资金的行为,到期必须归还本金和利息。
企业负债的主要方式有:向银行借款(包括短期借款和长期借款)、利用商业信用、发行公司债券以及融资租赁。这几种负债方式相比,向银行借款虽然程序简单,但是限制性条件较多,对所筹资金的数量和用途限制严格;商业信用期限较短,但可在一定程度上缓解企业现金流断裂的危机;发行债券的条件较向银行借款更为苛刻;融资租赁租金较高,但可解决资金紧张的问题,使设备陈旧的风险最小化。
企业通过负债的方式,以较低的资金成本获得了生产经营所需资金,增加了企业的资金实力,缓解了企业资金紧张的状况,减小了企业的财务压力,满足了企业正常生产经营活动、到期偿债以及扩大经营规模的需要,增强了企业的竞争力。此外,债务资本的利息费用计入财务费用这一会计科目,这样就起到了抵税的作用,间接的降低了资金成本,提高了自有资金的使用率。对于股东来讲,企业的债务资本不会稀释股权,这样就避免了公司控制权的分散。
然而,负债经营也是一把双刃剑。首先,到期的还本付息会增加企业的财务风险,在一定期间内增加现金流出,带来现金流压力;其次,过高的资本负债率常常意味着公司偿债能力较弱,易引发信任危机。
负债经营的利益和风险并存,企业应结合自身偿债能力和成长性确定合理的负债率。
二、财务杠杆
物理学中的杠杆效应是指存在固定支点时,利用杠杆用较小的力量推动较重物体的现象,财务管理也存在类似的杠杆效应——财务杠杆。财务杠杆是指由于债务利息、优先股股息等固定资本成本的存在而导致权益资本报酬变动率大于总资本报酬变动率的现象。财务杠杆反映公司权益资本收益的不确定性,用来评价企业的财务风险。
假设现有一投资项目,所需资金100万元,预计报酬率为30%,即预期收益为30万元。倘若我们全部拿自有资金投资,那么税后自有资金的收益率为21%(假设税率为30%)。如果这项资金中只有60万元的自有资金,另外40万元的债务资本(假设借款年利率为10%),把30万元的收益扣除年利息费用4万元,以及所得税费用7.8万元(26* 30%= 7. 8),得到净利润为18.2万元,自有资金的收益率为30.3%。
由以上的例子可以看出,由于债务资本利息一般相对固定,随着息税前利润的增加,单位利润包括的固定利息就会减少,每一股普通股带来的收益就会增加。
适当的负债可以提高自有资金收益率,这就是负债经营的财务杠杆效应。在一定的范围内,债务资金越多,财务杠杆效应越明显,获利能力越强;但是超过一个临界范围后,债务资本的增加不但不能带来较好的收益,反而会增加公司的财务风险。
三、适度负债, 合理运用财务杠杆,使企业经济效益最大化
负债经营带来的财务杠杆效应对企业的资金运用有一种放大效应,但收益和风险往往是并存的,所以企业应该适度负债,合理运用财务杠杆,使企业经济效益最大化。
(一)确定合理的筹资组合
确定举债额度和负债比率、寻求合理的举债方式与渠道是企业负债要解决的首要问题。随着市场的进一步完善,企业举债的方式与渠道日益增多,企业应综合考虑借款额度、借款期限、借款利息、企业的成长性及宏观经济环境因素,确定最佳筹资组合。所谓筹资组合,是指流动负债和长期负债的比例关系。企业筹资组合策略有三种:一是适中型,即流动资产由短期资金满足,长期资产由长期资金满足;二是冒险型,即长期资产由短期资金满足;三是保守型,即流动资产由长期资金满足。合理确定筹资组合策略,长期短期债务适当搭配,是确保均衡还款的基础。
(二)进行筹资收益分析
举债是有成本的,企业的资金成本包括筹资成本和用资成本。筹资费用是指在资金融通过程中支付的各种交易成本,如向银行支付的借款手续费、发行公司债券支付的发行费等;用资费用是指企业在生产经营和投资过程中因占有使用资金而支付的代价,如向银行等债权人支付的利息等。筹集资金时要付出一定的代价,所以当我们做决策时,要考虑举债是否划算,就要进行筹资收益分析。事实上,我们可以比较资本成本和投资报酬率。如果投资报酬率高于资本成本,则这项投资是会产生经济效益的,我们就可以筹投资;反之,如果投资报酬率低于资金成本时,这个项目不仅不能给企业带来经济效益,反而会增加财务风险。
(三)保证偿债能力
负债经营在一定程度上固然有益于企业发展,但是也会带来一系列的风险,一旦财务杠杆使用不当,不仅不会带来效益,反而会出现财务风险,降低企业的偿债能力。如若企业到期不能还本付息,债权人有权利提出破产申请,这将直接对企业的生存和发展产生重大的负面影响。所以企业考虑借入债务资本时,应该做好到期还本付息的准备和保障,其权衡标准是借款临界点。当债务资本小于借款临界点时,可以充分发挥财务杠杆效应,提高自有资金的收益率,降低资本成本;反之,当债务资本超过借款临界点时,企业将面临一定的财务风险,偿债能力也随之降低。综上,企业在做举债决策的时候,应该综合权衡各种相关因素,适度负债,合理运用财务杠杆,使企业经济效益最大化。(作者单位:西南财经大学)
参考文献:
[1]王临彦.企业适度负债的合理性研究.时代经贸,2007(3)
[2]宋瑞良. 试论企业负债经营. 经济师, 2003(9)
基本理论经营杠杆效应基本理论适用性分析
一、经营杠杆效应基本理论综述
根据成本性态,在一定产销量范围内,产销量的增加一般不会影响固定成本总额,但会使单位产品固定成本降低,从而提高单位产品利润,并使利润增长率大于产销量增长率;反之,产销量减少,会使单位产品固定成本升高,从而降低单位产品利润,并使利润下降率大于产销量的下降率。所以,产品只有在没有固定成本的条件下,才能使贡献毛益等于经营利润,使利润变动率与产销量变动率同步增减。但这种情况在现实中是不存在的。由于存在固定成本而使利润变动率大于产销量变动率的规律,这一现象称为经营杠杆效应。经营杠杆是指在扩大销售额(营业额)的条件下,由于经营成本中固定成本相对降低,所带来增长程度更快的经营利润。在一定产销规模内,由于固定成本并不随销售量(营业量)的增加而增加;反之,随着销售量(营业量)的增加,单位产品所负担的固定成本会相对减少,从而给企业带来额外的收益。营业风险也称经营风险,是指与企业经营相关的风险,尤其是指利用营业杠杆而导致息税前利润变动的风险。
影响营业风险的因素主要有:产品需求的变动、产品售价的变动、单位产品变动成本的变动、经营杠杆变动等。经营杠杆对营业风险的影响最为综合,企业欲取得经营杠杆利益,就需承担由此引起的营业风险,需要在经营杠杆利益与风险之间作出权衡。
为了对经营杠杆效应进行量化,企业财务管理和管理会计中把利润变动率相当于产销量(或销售收入)变动率的倍数称之为“经营杠杆系数”、“经营杠杆率”,并用公式加以表示。
经营杠杆系数,是指息税前利润变动率相当于产销业务量变动率的倍数。
经营杠杆系数=息税前利润变动率/产销业务量变动率
DOL= (EBIT/ EBIT)÷(S/S) 公式1
报告期经营杠杆系数=基期边际贡献/基期息税前利润
DOL=(EBIT+F)/EBIT 或者DOL=Tcm/(Tcm-F)公式2
DOL为经营杠杆系数;EBIT为息税前收益;EBIT为息税前收益变化量;S为销售额;S为销售额变化量;F即固定成本;Tcm为边际贡献。
由于固定成本的存在,按公式2 经营杠杆系数DOL大于1。
企业经营风险的大小常常使用经营杠杆来衡量,经营杠杆的大小一般用经营杠杆系数表示,它是企业计算利息和所得税之前的盈余变动率与销售额变动率之间的比率。
第一,它体现了利润变动和销量变动之间的变化关系。
第二,经营杠杆系数越大,经营杠杆作用和经营风险越大。
第三,固定成本不变,销售额越大,经营杠杆系数越小,经营风险越小,反之,则相反。
第四,当销售额达到盈亏临界点时,经营杠杆系数趋近于无穷大。
第五,在其他条件不变时,产品售价越高,经营杠杆系数越小,经营风险越小,反之,则相反。
金融衍生品的“滥用”,加强了经济的杠杆化。房地产行业通过购买商业银行和房贷公司流动性差的贷款,通过资产证券化将其转换成债券在市场上发售,吸引投资银行等金融机构来购买,而投资银行则利用金融工程技术,再将其进行分割、打包、组合并出售。在这个过程中,最初一元钱的贷款可以被放大为几元、甚至十几元的金融衍生产品,从而扩大了金融交易的杠杆,最终没有人再去关心这些金融产品真正的基础价值,这就进一步助长了投机行为的发生。
“杠杆化”指的是借债进行投资运营,以较少的本金操纵更多的资本,从而获取高收益。当资本市场价格预期向好时,这种模式带来的高收益使人们忽视了风险的存在,等到资本市场价格预期逆转时,杠杆效应的负作用开始显现。杠杆能放大收益,同时也能够放大风险,对于杠杆使用过度的企业和机构来说,资产价格的上涨可以使它们轻松获得高额收益,而资本价格一旦下跌,亏损则会非常巨大,从而迅速导致破产倒闭。
而所谓“去杠杆化”指的就是一个公司或个人减少使用金融杠杆的过程。把原先通过各种方式(或工具)“借”到的钱退还出去。金融危机爆发后,高“杠杆化”的风险开始为更多人所认识,企业和机构纷纷开始考虑“去杠杆化”,逐渐把借债还上。如果大部分机构和投资者都加入“去杠杆化”的行列,这些投资工具就会被解散,而衍生品市场也面临着萎缩,相关行业受创,随着市场流动性的大幅缩减,将会导致经济衰退。
按照去杠杆化的程度与范围不同,可以将去杠杆化分为如下几个阶段。
第一阶段,是从“金融产品的去杠杆化”。金融创新繁荣时期,在众多证券化的资产基础上,产生了大量衍生结构性金融产品,这就是“金融产品的杠杆化”。当美国金融危机爆发时,其首先影响次级按揭房贷基础上的衍生产品的价格。这是由于杠杆化操作,衍生产品能够放大内在资产价值的变化。“金融产品的去杠杆化”就是此类衍生性金融产品市场价值迅速缩水的过程。
第二阶段,是“金融机构的去杠杆化”。一段时间以来,不仅投资银行,连商业银行都购买了大量杠杆化的金融产品。由于投资衍生产品造成的巨大损失,迫使银行等金融机构减记不良资产。这就是“金融机构的去杠杆化”。
第三阶段,是“投资者的去杠杆化”。“金融机构的去杠杆化”大大消弱了金融机构的中介功能。使得信贷成本大幅上升,借贷条件变得苛刻。这使那些长期依赖金融机构,获得部分短期资金来源的各类机构投资者不得不出售其所持资产来保持足够的现金水平,以备不时之需。
第四阶段,是“消费者的去杠杆化”。投资者出售资产,加剧了各类资产(如房地产等)价格的缩水,从而导致消费者实际收入的减少与储蓄的增加,以缓解家庭实际财富的萎缩,而这只能通过减少举债或提高储蓄率来实现。以消费的放缓为代价的储蓄增加,使得对于实体经济的需求不足,反过来进一步加剧了经济衰退的速度和程度。
第五阶段,其最高阶段:“全球经济的去杠杆化”,也称之为“去全球化”。面临实体经济的恶化,各国政府纷纷出台刺激经济的政策方案。政策的效果取决于政府支出政策的规模及“乘数效应”的大小。如果要放大“乘数效应”,则政府的支出,要尽量用于购买本国制造的产品。否则,刺激效应会通过进口而“漏出”到本国经济系统之外,不能使本国经济受益。这就为贸易保护提供了理由,从而形成了世界范围内的“去全球化“。从而使得保护主义的兴起不可避免,它是在全球经济危机的大背景下,各国动用本国财政资源刺激经济,并相互博弈的必然结果。
众所周知,全球性的去杠杆化已经全面影响到了经济的发展,从金融界到实体经济,世界各国都面临着冲击,那么我国经济和企业在去杠杆化的过程中,受到的影响如何,又应该何去何从?
在每一个“去杠杆化”的阶段上,中国经济所受的冲击都是不同的。首先,“金融产品的去杠杆化”对中国影响很小。由于实行资本账户的管制,中国绝大多数的对外金融投资都是以中央银行外汇储备投资的形式进行。这类投资一向稳健保守,基本不会涉足高度杆杆化的金融产品,即使有所损失,也不能与其他类型投资者的损失相提并论。
其次,“金融机构的去杠杆化”和“投资者的去杠杆化”对中国的影响也相对较小。一方面,中国银行业对外开放程度有限,同时外国金融机构在中国市场上的份额和在金融中介中所起得作用都很小;另一方面,由于国际收支长期顺差,中国经济不依赖外部资金。这样,当国际金融机构和投资者去杠杆化时,一般不会对中国产生显著的负面效应。
从中长期看,中国经济面临的最严重的威胁来自“全球性的去杠杆化”。既然中国是全球化的最大受益者之一,“去全球化”也将使中国成为最大的受害者之一。因为,它将从根本上颠覆中国经济的增长方式,迫使中国从依靠投资和出口对经济的拉动转向更加依赖消费内需来拉动经济增长。然而,当一个经济体的增长主要推动力转为来自内在的消费时,这个经济的可持续增长速度,将会出现明显的结构性放缓。但从另一个角度来看,无论是对于宏观经济面还是中小企业发展,全球性的去杠杆化也可能是一次巨大的机遇。在目前经济局面下,对于宏观经济,要在稳定和尽可能减少出口影响的基础上加强对内需的关注。我国已经开始对新兴科学、技术行业给予适当扶持和推动,一方面发展科学技术基础,另一方面从新领域制造出新的消费热点。
关键词:锚杆静压桩、地基、不均匀沉降、加固
一、引言
锚杆静压桩加固法是将锚杆和静力压桩结合起来而形成的一种施工方法。即先在建筑物开凿压桩孔和锚杆孔,用结构胶种植锚杆,然后安装反力架,利用建筑物基础提供的反力,用千斤顶将钢桩或预制桩逐段压入土中。当压桩力、压入深度达到设计要求后,将桩与基础连结在一起,用以承担一部分上部结构荷载,达到提高地基承载力和控制建筑物沉降的目的。
锚杆静压桩多用于粉土、粘土、人工填土、淤泥质土等地基土的新建(采用逆作法施工)或已建多层建筑物、中小型构筑物的地基加固、纠偏工程中。锚杆静压桩与其它基础加固纠偏技术相比又具有施工时无振动、无噪音、设备简单、操作方便、移动灵活、施工所需空间小的特点。成为一种即方便、合理、又经济、有效的加固方法。我们充分利用其特点,将其应用到钢结构仓库的加固中,整个施工过程历时3个月,最终恢复正常使用功能。
二、工程概况
某港口钢结构仓库,由于堆载过大,地基产生较大沉降变形,造成建筑物出现不均匀沉降而产生倾斜。此钢结构仓库为单层,长168m,宽60m,占地面积10080,高8.5m,跨度为30m,采用柱下独立基础,中柱基础尺寸为4m×4m,间距16 m,两排边柱基础尺寸为3.2m×2.5m,间距8m。地基土为软弱地基土,设计采用强夯地基处理。
该仓库于2007年年底建成,2008年初开始投入使用,堆货三个多月后发现仓库东侧南部墙体出现大小两道裂缝,北侧西部墙体出现一道倒“八”字形裂缝,北侧墙体内侧1.0m左右处混凝土地面产生一条从东到西的通长裂缝,裂缝最大宽度达10mm,经测量柱基的最大沉降量为480mm,最小沉降量为120mm,上部结构的最大倾斜值达42mm。基础产生的不均匀沉降造成建筑物整体向南倾斜。沉降不稳定,差异沉降还在继续加大,沉降已远远超过规范规定的地基沉降变形的允许值20mm。
根据工程地质勘察报告分析,该场地浅部分布的31灰色淤泥质粉质粘土(-5.0~-14.0m),具有高含水量、高压缩性、中灵敏度软土的特性,工程地质性质差,属不良地基土层。该场地地基土层及其物理参数描述如下表1:
三、倾斜、变形原因分析
根据现场情况结合沉降、倾斜观测数据、工程勘察资料、基础图、强夯地基检测试验报告等进行分析和研究认为,造成此钢结构仓库产生较大不均匀沉降和倾斜变形的原因为:
1、实际堆载远超设计堆载。 设计地基按4t/m2的堆载进行强夯处理,检测报告显示经强夯处理后的地基满足设计承载力要求。投产使用中由于局部实际堆载达到设计堆载的1倍,造成局部地基承担的实际荷载比设计的荷载增加2倍,加快了具有高压缩性软弱地基土的固结速率,促使地基在短期内产生较大的不均匀沉降。堆积荷载过大,是造成较大不均匀沉降及变形的最主要因素。
2、现场堆载速率过快。仓库内较大的实际堆积荷载是在短期内连续完成加载的。相对于高压缩性土体较长的固结时间而言,实际堆积荷载可近似看作为一次加载;相对于设计荷载而言,局部实际荷载又为设计荷载的2倍,因而加速了局部土体的固结沉降,使地基在短期内产生较大沉降变形,从而引起钢结构的倾斜及变形。
3、基础整体刚度差。该仓库采取钢筋混凝土柱下独立基础,由沉降观测数据显示,中柱基础沉降偏大,因中柱的柱基之间没有相应的条基与地基圈梁连系,加之较大的实际堆载,使基础的整体刚度变差,缺乏调整基础不均匀沉降的能力。
四、加固方案的选择与设计计算
1、加固方案的选择
基础加固是一种被动的工程补救措施,目标往往正在运行中,受场地及客观条件的限制,可供选择的方案很少,而对此钢结构仓库而言,仓库内80%地方已堆上荷载,并且仓库每天都处于施工使用中,因而方案的选择应注意以下两点:一是应尽量减少对地基土体的扰动;二是应严格控制施工产生的附加沉降,使对上部结构的影响降到最低程度。经过几个方案对比,最终采用锚杆静压桩技术对此钢结构仓库进行加固。
采用锚杆静压桩技术:一是能明显减小软土的施工附加沉降;二是施工过程中无振动、无噪音,可在场地和空间狭窄的条件下操作,对基础周围的堆货和仓库在施工过程中的使用影响不大;三是传递过程和受力性能明确,能得到每根桩的实际承载力,施工质量可靠;四是桩压入后与土体形成复合地基,使桩-同作用,能够有效地改善软土地基承载力,从而达到控制沉降变形的目的。
2、锚杆静压桩的设计计算
锚杆静压桩是挤土型桩,截面过大势必导致排土挤土效应过大,对周边桩、建筑物和管线造成挤压位移;考虑到施工空间和操作方便的要求,桩截面不宜过大、桩段不宜过长,压桩数量及长度根据此钢结构仓库基础类型,上部结构刚度,荷载特性,地基土的物理、力学性能等确定。鉴于上述因素,并根据工程地质勘察报告,本工程锚杆桩设计为摩擦型桩,采用截面为250mm×250mm的钢筋混凝土预制方桩,桩段长为2m,主筋为4¢12,箍筋为¢6.5,混凝土强度等级为C30,设计桩长为15m,桩压入持力层(32灰色砂质粉土)约1.0m,锚杆采用M24光面直杆墩粗螺栓,锚杆的锚固深度一般取10~12倍螺栓直径,采用硫磺胶泥作为粘结剂。
单桩竖向承载力特征值计算公式:Ra = qpa Ap + up ∑ qsia li
qpa, qsia--桩端端阻力、桩侧阻力特征值;Ap--桩底端横截面面积;
up--桩身周边长度; li--第i层岩土的厚度
锚杆静压桩设计最终压桩力按下式计算:
Pp(L)=Kp•Pa
式中:Kp压桩力系数.在触变性粘土中,当桩长小于20m时,Kp一般取1.5;非触变性粘土(如填土),Kp取2.0;
L--桩最终入土深度(m); Pa--设计单桩竖向承载力;
根据工程地质勘察报告提供的数据资料和已有的工程经验,经上述公式计算后,取最终设计压桩力为420KN。由于边柱荷载较小,中柱荷载较大,又因加固桩一般采用对称布置,故本工程采取中柱独立基础下布6根桩,边柱独立基础下布4根桩的平面布置方案(见图1)。设计压桩数共计248根。中柱基础平面布置图与剖面见图2。
五、加固方案的实施与注意事项
1、锚杆静压桩的施工工艺流程:
清除基础混凝土桩孔定位放线桩孔取芯、修孔钻取锚固孔硫磺胶泥埋设锚杆锚杆养护固定压桩架和千斤顶运桩、压桩硫磺胶泥接桩压桩至压桩力及设计深度为止灌浆料封桩。施工过程中需记录每节桩的压桩时间、压桩力及最终压桩深度。
2、主要施工工艺要求及施工注意事项:
①本工程采用两套锚杆压桩设备同时工作的方法,严格按照施工图的桩位平面布置,采取先中柱,后边柱;中柱承台中先中间桩,后两侧桩;同一轴线上两套设备同时从中间向两侧的施工顺序施工。采用以最终压桩力控制为主、以桩长控制为辅的双控原则。
②桩位孔和锚杆孔的开凿,采用混凝土钻孔取芯机开孔,用凿岩机修孔,开凿空洞不宜过大,压桩孔逐个凿完后逐个压桩。凿成的压桩孔应上大下小,以利于基础承台受冲剪。
③压桩应连续作业,中途不宜停歇。锚杆静压桩利用压桩时的挤土效应,在桩周一定范围内出现重塑区,土的粘结力被破坏,土中超孔隙水压力增大,土的抗剪强度降低,使桩侧摩阻力大幅度下降,从而可以利用较小的压力完成压桩作业。否则因中途停歇时间过长(超过24小时),土中超孔隙水压力逐渐消散,土的结构强度得到恢复,抗剪强度随之提高,桩侧摩阻力随之增大,将会造成压桩阻力增大,难以继续施工。
④压桩过程中必须是千斤顶与桩段的轴线保持垂直,将桩压入土中1m左右时停止压桩,调整两个方向垂直度,第一节桩的垂直是桩身质量的关键。千斤顶与桩顶间应设置硬木垫块。
⑤同一承台下的桩应连续压入,压桩速率应保持一致,压力差不宜超过10KN。
⑥接桩一般用硫磺胶泥接桩,当下节桩压到漏出地面0.2m~0.4m时,应接上节桩。上下桩相接时必须使锚固筋与锚固孔重合,套上硫磺胶泥夹箍后,保证夹箍与桩面结合,接桩要上下桩面充分粘结对齐,防止桩面错位,浇筑时间应控制在2min以内;新浇筑的硫磺胶泥接头,应有一定时间进行冷却,一般应大于7min。
⑦采取有效的措施控制附加沉降。在中柱施工过程中,利用水准仪对沉降较大的柱基进行沉降观测。根据观测数据,本工程采取控制压桩速率控制沉降变形,防止桩周超孔隙水压力和桩端阻力过大,避免桩周土体强度下降过多以及桩端以下土层产生较大的变形。
⑧若桩顶接近地面,而桩压力值未达到规定时,可用送桩器将桩压入基础下面。
⑨桩与基础的锚固即封桩。桩和承台及混凝土底板能否连接牢固,承载力是否达到要求,联结节点形式是否合理,都是封桩后桩能否发挥作用的关键。 为保证封桩的质量,将桩头孔壁及桩面凿毛处理,并将孔内杂物清理干净。本工程采用无收缩自密实灌浆料封孔,灌浆料的强度等级为C40。在浇注灌浆料时,桩孔表面应潮湿,无积水,以确保孔壁与封桩灌浆料有良好的结合。
六、加固效果分析
为了检验锚杆静压桩对地基的加固效果,在仓库东西方向的三条轴线上设置15个固定沉降观测点,其分别位于钢柱根部。观测点布置如图3。之后平均每周观测一次,连续观测三个月后发现沉降已基本趋于稳定,现将工程竣工验收后及竣工验收三个月后的沉降观测数据整理如下表。
由以上观测数据分析,经过锚杆静压桩技术加固处理后的仓库基础,其沉降变形已有效的控制在规范规定的允许范围之内。表2中,沉降较大的中柱承台加固施工后,其沉降量为10~20 mm,加固三个月后,其沉降量为12~21 mm,沉降已基本趋于稳定。由相邻两测点间的差异沉降形成的相对倾斜值也满足规范规定的允许值要求,该处理方案达到了预期效果。取得了较好的经济效率与社会效率,在已有建筑基础加固中能够广泛应用。
七、结语
(1)本工程实践表明,由于锚杆静压桩采用了静压方式,避免了冲击应力,对桩周土体的隆起及水平挤压较小,从而降低了对建筑物结构和周围环境的不良影响,又可以在短期内达到控制沉降变形的目的。
(2)该工艺采用的施工机具简单,对施工现场条件要求不高,对于一些地基是经过强夯处理后的地基层,且建筑又处于投产使用中,其设计压桩力相对较小,为了保证压桩的完整率,可先引孔,后压桩。
(3)锚杆静压桩压完后便实施封桩,立即分担原基础部分荷载,并把它传递到深层较好的持力层中,起到压力扩散作用,从而有效地避免沉降较大部位产生附加沉降。在压桩施工中由于挤土作用,在桩周一定范围内出现重塑区,土的粘聚力被破坏,土中超孔隙水压力增大,土的抗剪强度降低,因此,桩侧摩阻力明显减少。锚杆静压桩即利用此特性,用较小的压桩力将桩压至较深的土层中,随着时间的推移,超孔隙水压力也逐渐消散,土的结构强度得到恢复,抗剪强度也随之逐渐提高。
(4)又好又快的封桩,可促使桩周和桩端下一定范围内的土体建立起预加压力。预加压力的作用是:一是预加压力能与上部荷载平衡;二是建立预加压力后,可使基础有微量回弹,从而减少上部土层基底压力,将上部荷载通过桩传递至下部较好的持力层;三是对仓库产生的不均匀沉降进行调整。
(5)建筑物的加固过程是建筑物上部结构,基础和地基中应力和位移的调整过程,不能急于求成,应加强现场监测,以便随时根据监测结果修改或调整指导加固的设计与方案。