基于沉降控制原则的桩基模式探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com ６６　科技研究　城市道桥与防洪　２００８年５月第５期　’　基于沉降控制原则的桩基模式探讨　谭礼陵　摘～　（广州市市政工程设计研究院，广东广州５１００６０）　要：以沉降控制为原则的桩基设计是现代桩基相互作用理论的主要成果之一，文章着重介绍了复合桩基、疏桩基础、减　沉桩和桩体复合地基等桩基设计方法的特点，提出了各种不同类型桩基相互作用的区别和各自的原理，以明确其不同概念　和适用范围。　关键词：设计方法；复合基础；疏桩基础；减沉桩；桩体复合地基　中图分类号：ＴＵ７５３　文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—７７１６（２００８）０５　－０３　０前言　近年来，为了充分发挥承台底地基土的直接　承载能力，使基础在满足地基承载力要求的条件　规桩基。　下，既能使沉降得到控制，同时又符合经济合理的　原则，许多专家和学者提出了许多新的桩基理论　和观点。这些桩基在受力机理和工作状态上已经　不同于通常意义上的桩基，其称谓有很多，如减少　沉降量桩基、疏桩基础、复合桩基、桩体复合地基、　带褥垫层的减沉桩等；在国外则被称为Ｃｒｅｅｐ　Ｐｉｌｅ　或者Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｐｉｌｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ、Ｐｉｌｅｄ　Ｒａｆｔ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　等等。这些桩基形式各自关联又相区别。在此，本　文试图对它们之间的特点以及它们与常规桩基的　不同进行比较，并将它们大致区分为四种模式：　“纯桩”模式、“复合桩基”模式、“减沉桩”模式和　“桩体复合地基”模式，以明确其不同概念和适用　范围，这样有利于设计人员更好地针对工程条件　选择方案，达到技术经济水平最优。　常规桩基的设计较为简单，单桩竖向承载力　般由强度控制，沉降较小，适用于端承桩基、承　台底面土体软弱或承台底面可能与土体脱开　等情况。对于摩擦型桩基，如按这种模式设计，则　往往过于保守。　一２“复合桩基＂模式　“复合桩基”模式是指由桩和承台底地基土共　同承担上部结构荷载的桩基。在分担荷载的比例　１　“纯桩＂模式　“纯桩”模式是指不考虑承台的分担作用、全　部荷载均由桩来承担的桩基［１】，即本文所指的常　收稿日期：２００８—０２—０９　作者简介：谭礼陵（１９７３一），男，湖南醴陵人，工程师，工学硕　士，从事桥梁设计工作。　上，桩占绝大部分，这类桩基根据其特点可分为三　类：一类是着重对于非端承桩、承台底土为非湿陷　性、非液化、非欠固结土等条件下，考虑承台底地　基土分担一部分荷载的复合桩基［２】，单桩承载力　般由强度控制；第二类是沉降控制复合桩基，单　桩承载力由沉降控制；第三类是疏桩基础，主要特　点是设计时有意识地加大桩距，减少桩数，使承台　底地基土分担荷载的比例增大。　２．１复合桩基　《建筑桩基技术规范》（ＪＧＪ　９４—９４）规定：对于　桩数超过三根的非端承桩复合桩基，宜考虑桩群、　土、承台的相互作用效应。当承台底面以下存在可　液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、　新填土，或可能出现震陷、降水、沉桩过程产生高　孔隙水压和土体隆起时，不考虑承台效应。规范中　一位的钻孔深度，注浆量、注浆压力、路面变形情　况，对于土层含水量、密度、地质状况变化较大的　值均达到设计要求，效果非常明显。　路段应及时取样分析，调整浆液及注浆参数，使病　害得到充分治理。　６．２注浆加固前后的弯沉值　采用测定压浆前后路面弯沉的方法，来检查　加固后路面整体强度是否能够满足设计要求。经　对加固后各路段的弯沉测试，弯沉值由加固前的　５４～６４（１／１００　ｍｍ）提高到４１～４７（１／１００　ｍｍ），弯沉　７　结论　在黄土地区的公路路基中注浆加固应用较多　的是渗透注浆和压密注浆。注浆法在路基中加固　的施工工艺对于注浆的效果有着非常重要的作　用，目前尚无成套的设备来进行注浆法的施工，同　时注浆完成之后也缺乏相应的检测手段，需要通　过今后的工作实践进一步地探索和完善。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年５月第５期　城市道桥与防洪　科技研究　６７　给出了复合桩基承载力的计算公式。　复合桩基中单桩承载力的确定方法与“纯桩”　模式类似，一般仍由强度控制。　２．２沉降控制复合桩基　沉降控制复合桩基是指桩与承台底地基土　共同承担外荷载、按沉降要求确定用桩数量的低　承台摩擦桩基【¨】。这类桩的承载力特征值按允　许沉降确定，其数值一般要比按强度控制计算的　要大。因此，对于沉降量要求不甚严格的建筑　物，按沉降控制复合桩基设计可以减少桩数，节　约造价。　采用这种基础形式时，实际的桩一土共同工　作可以简化为两个阶段：第一阶段荷载由桩单独　承载，第二阶段当单桩进人非线性阶段时，承台底　地基土才比较明显地发挥作用。随着沉降的发展，　桩与土受力分担的比例不断变化，并逐渐变为主　要由承台底地基土承载，此时单桩承载水平已接　近极限承载力。沉降控制复合桩基的沉降量要比　常规桩基大一些。　沉降控制复合桩基的设计方法已被写人上海　市地基处理规范之中［５１，在上海按此设计方法建　造的多层建筑物已超过百万平方米，在广东省也　已逐渐在工程实践中采用，但设计人员仍然对其　工作机理比较模糊，担心桩土不能有效共同作用。　应该看到，随着理论分析手段和设计施工技术的　进一步改进，这一设计思想会应用得越来越多，并　由此带来巨大的经济效益。　２．３疏桩基础　在我国，浙江温州市建筑设计院较早提出了　疏桩基础的设计思想，其构思是对常规桩基设　计确定的桩数和间距进行精减和疏布，将其一　部分荷载转移至承台底面的地基上，同时用桩　来改善天然地基，达到桩基与天然地基的互补　作用ｌ６１。　在地表存在“硬壳层”的软土地区，疏桩基础　的设计一般要满足疏布、承台浅埋的特点。至于疏　桩率为多少才合理，则跟地基土的性质有关，通常　认为在饱和软土地基中，地基土对桩的容量存在　一个“最佳地基土桩容量”，对应于该值时建筑物　沉降最小，一般控制在３０％一４５％左右。　在疏桩基础中，由于柱距比较大，因此桩对土　的加强作用并不明显，而另一方面疏桩基础又把　密布群桩情况下的打桩扰动及土体抗剪强度降低　的削弱作用减少到最低限度。一般情况下，采用疏　桩基础会引起较大的沉降，因此要注意将沉降量　控制在规范允许的范围内。　３“减沉桩＂模式　减少沉降量桩基（以下简称为减沉桩）是现代　桩土相互作用理论的研究成果之一ｆ７ｌ。设计浅基础　（例如筏形基础）时，有时会遇到地基承载力满足要　求，但在地基沉降量过大的情况下，这时可在浅基　础下设置减沉桩，桩主要起到减少地基沉降的作　用。减沉桩的设计方法实际上是针对在天然地基承　载力满足设计要求的前提下，当其天然地基“沉降　演算”给出的变形难以满足现行规范的要求时，采　用“加桩”以减少总沉降量及差异沉降的设计［８１。　相对于其它类型桩基，减沉桩的主要优点有：　（１）充分利用和发挥了桩对控制基础沉降的　能力；　（２）单桩承载力特征值可以等于或接近单桩　极限承载力，使桩的承载能力得到充分发挥；　（３）与粉喷桩或水泥土搅拌桩等地基处理形　式相比，由于减沉桩大多采用钢筋混凝土预制桩，　易于保证工程质量；　（４）与浅基共同作用，既能充分发挥浅基的承　载能力，又能通过控制桩的数量和间距对其优化　和补偿，使强度和变形条件都得到满足，最大程度　地发挥了浅基与桩基的各自优点。　与复合桩基减少桩数，加大沉降不同的是，减　沉桩真正含义是以增加桩为代价来减小天然地基　沉降。严格地说，减沉桩不属于桩基设计范畴，而　应属于天然地基设计范畴。　４　“桩体复合地基’’模式　设计减沉桩时，可以采用在浅基础下铺设褥　垫层的做法。研究表明１９１：褥垫层的存在对桩土共　同作用承担上部荷载起着重要的作用，能显著降　低在桩顶处的应力集中现象，使桩间土的承载力　得到有效发挥，是保证减沉桩桩体与桩间土形成　复合地基的一项重要措施。　４．１桩体复合地基中褥垫层的作用　在浅基础下设置褥垫层主要有以下几个作　用：　（１）通过褥垫层可以为桩顶提供一定的刺人　量，确保共同承担荷载；　（２）褥垫层起到一种缓冲作用，以缓解基础底　面的应力集中；　（３）通过改变褥垫层的模量和厚度，可以调节　桩土之间分担荷载的应力比，以充分发挥桩间土　的承载能力；　（４）褥垫层使各桩体顶部荷载得以均匀分配，　维普资讯 http://www.cqvip.com ６８　科技研究　城市道桥与防洪　２００８年５月第５期　这可以避免桩体在边角处局部破坏；　（５）褥垫层同时对其下地基土体起预压排水的　作用，加速地基土的固结。　４．２“桩体复合地基”模式与“减沉桩”模式的区别　两种模式中的桩虽然都起着减小地基沉降量　的作用，但其区别是明显的：　已经不能满足经济、合理地选择方案的原则，各种　针对不同工程条件基于沉降控制的设计思想层出　不穷。惟有明确各种不同桩基形式的特点和适用　范围，才能将它们应用于工程实践，并取得更好的　经济效果。　（１）与基础的连接方式不同。桩体复合地基中　的桩与浅基础不直接相连，中间隔着褥垫层。　（２）在荷载传递方式上不同。在“减沉桩”模式　中，桩所受荷载全部由浅基础传递给桩顶，而在　“桩体复合地基”模式中，相当一部分荷载是由褥　垫层通过桩侧摩阻力传递给桩体的。　（３）浅基础地基承载力的发挥程度不同。在　“减沉桩”模式中，桩间土承载力的发挥程度受桩　的沉降影响很大；而在“桩体复合地基”模式中，　桩与桩间土形成复合地基，这样能显著降低在桩　顶处的应力集中现象，使桩间土的承载力得到有　效发挥。　参考文献　【１］ＧＢ　５０００７—２００２，建筑地基基础设计规范【Ｓ］．　【２］ＪＧＪ　９４—９４，建筑桩基技术规范【Ｓ］．　【３】杨敏，艾智勇．以沉降控制为基础的桩基础设计理论与实践　【Ａ］．中国土木工程学会第八届年会论文集【ｃ］．北京ｉ清华大学　出版社，１９９８．　【４］刘金砺．桩基研究与应用若干进展浅析【Ｊ１＿世纪论坛，２０００，（２）：　１Ｏ一１４．　【５］ＤＢＪ　０８—４ｏ＿９．地基处理技术规范【Ｓ］．　【６］管自立．疏桩基础设计实例分析与探讨【Ｊ］．建筑结构，１９９３，　（１Ｏ）：２６—３１．　【７］杨敏．减少沉降桩基础的设计理论和工程应用【Ａ］．岩土工程青　年专家学术论坛文集【Ｃ】．北京：中国建筑工业出版社，１９９８．　【８］钱力航．高层建筑箱形与筏形基础的设计计算【Ｍ］．北京：中国　建筑工业出版社，２００３．　【９】郑刚，刘润．减沉桩与土相互作用机理的工程实例与有限元分　析【Ｊ］．天津大学学报，２００１，３４（２）．　５　结语　综上所述，单纯按强度控制的传统设计模式　吉林省计划投资３３０亿构筑交通大通道　吉林省今年交通发展全口径计划投资３３０亿元，比上年增加２９．２亿元，同比增长　１０％，全力构筑省内交通大通道。　吉林省将首先推进高速公路建设，计划投资９０亿元，建设项目１１个，在建里程１　５６４　ｋｍ。　突出抓好吉林至延吉、通化至沈阳、肇源至松原三个通车项目，确保９月底前建成通车。　同时，完善路网结构，继续推进国省干线和农村公路建设。国省干线计划投资３０亿　元，建设规模９４８　ｋｍ，重点建设环长白山二级旅游公路、长春至德惠一级公路等１６个项　目，做好前期准备，加强工程监管；农村公路计划投资４８亿元，建设农村公路９　２８８　ｋｍ，重　点建设通乡（镇）、行政村以及省级社会主义新农村试点村镇的农村公路，乡（镇）通水泥　（沥青）路率达到９９．１％，行政村通水泥（沥青）路率达到７９．１％。加快渡口、渡船和渡改桥　改造工程，逐步完善农村公路标志标线工程，确保通行安全。　此外，吉林省还立足建养并重，突出抓好公路养护管理，加大养护资金投入，投资１５　亿元，其中高速公路投资２亿元，完成养护工程１７４　ｋｍ，养护质量指数提高１．２个基值；普　通公路投资１３亿元，完成养护工程５９０　ｋｍ，干线好路率提高１个百分点。