浅析桩基础设计与施工问题

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　　摘要：随着经济发展,城市中各类高层建筑拔地而起,作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。而高层基础一般采用桩基础,因此,如何选择合理的桩基础形式,对于保证安全,节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。

　　关键词: 桩基础，设计，施工

　　一、桩基础设计概述

　　1.桩基设计中静载荷试验的重要性通过科学试验，取得准确数据，能使设计方案更加合理、可行和经济，远远超过缩短工期所获得的效益。

　　2.桩基设计中桩型、桩长设计的重要性

　　桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择均会对基础设计产生重大的影响，合理的桩型、桩长选择将产生巨大的经济效益。可见选择合理的桩型，将对工程的造价产生巨大影响。同样桩基设计中对桩长的选择也至关重要，。因此，在桩基础设计中一定要采用多方案比较，选择合理的桩型与桩长，这都将对整个基础设计的合理性与经济性产生巨大的影响，当然也应考虑施工可行性等多方面因素。

　　3.关于桩偏差的控制和处理

　　桩基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态。对于桩位偏差我们主要控制两个方面，其一是竖向偏差，根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50—+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济;而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。这就要求在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而在设计过程中对施工误差亦应有所考虑。其二则是桩位的水平偏差。

　　(1)桩支承于坚硬的(基岩、密实的卵砾石层)或较硬的(硬塑粘性土、中密砂等)持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的全部竖向荷载(包括偏心荷载)。

　　(2)桩基具有很大的竖向单桩刚度(端承桩)或群刚度(摩擦桩)，在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。

　　(3)凭借巨大的单桩侧向刚度(大直径桩)或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证高层建筑的抗倾覆稳定性。

　　(4)桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻(冲)孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等，其适用条件和要求在《建筑桩基技术规范》中均有规定。

　　二、桩基础的施工技术

　　(一)一般规定

　　1.在打桩的地区附近设置至少2个水准点，其位置不受打桩的影响，桩基础和板桩的轴线则从基准线引出。

　　2.桩基础和板桩的轴线允许偏差不得超过20mm，单排桩的轴线允许偏差不超过10mm。

　　3.桩基础施工前应做打桩或成孔试验，以检验设备和工艺是否符合要求。

　　4.打桩的控制原则为：当桩尖位于干硬粘土，碎石土，中密以上砂土或岩土等土层时，以贯入度控制为主，桩尖标高或桩尖进入持力层的深度为辅。当桩尖位于其他土层时，以桩尖设计标高为主，贯入度控制为辅。贯入度已经达到而桩尖标高未达到时，应连续捶击三阵，每阵十击的平均贯入度不得大于规定的数值。打桩时如果控制指标已达到要求，而其他指标与要求相差较大时，则会同有关单位研究解决。

　　(二)钢筋混凝土预制桩

　　1.钢筋混凝土预制桩应在设计强度达到70%时方可起吊，设计强度达到100%时方可运输和打桩。钢筋混凝土预制桩如果采用捶击法沉桩时，还需要满足龄期不少于28d的要求。

　　2.桩的起吊和搬运时吊点要符合设计要求，堆放时垫木位置与吊点位置相同且在同一平面上，重叠层数一般不超过4层。

　　3.打桩前在桩的侧面或桩架上设置标尺，以确定打桩的深度。

　　4.打桩时桩帽或送桩帽与桩的间隙为5—10mm，桩捶和桩帽和桩身在同一中心线上，桩或桩管插入时的垂直偏差不得超过0.5%。

　　5.打桩顺序：先深后浅，先大后小，先长后短。打桩方向宜由中间向两个方向对称进行或由中间向四周进行或由一侧向单一方向进行。打桩施工程序为：定坐标→开轴线→定桩位→复线→桩机就位→焊接桩尖→吊桩→桩头对正→桩身垂直度调正→打桩→接桩→再打桩→打至设计要求→锯桩(露出地面部分)。布好桩位点：施工技术员用经纬仪根据市测绘大队提供的本工程建筑坐标为依据，把各纵横向主轴线测出定位。然后用接通线的办法分轴线放桩位点，误差小于10mm,桩位点用长约200mm的Ф8mm钢筋定位，经有关人员复核无误后方可进入打桩施工。施工过程中要对准桩位：对点前，以桩位点为中心，在地面上画两条平行于轴线的十字线，以便观察打桩过程桩的偏位情况，对点误差应小于20mm，如打桩时遇地不障碍物等特殊原因，应通知甲方代表及时处理，并做好记录。打桩过程中，对已打完的桩应及时观察其平面偏差及偏差值的变化，看是否因为挤土效应存在整体移动的情况，应根据实际情况及时采取措施。

　　6.当在冻土地区打桩有困难时，应先将冻土挖除或解冻。

　　7.桩的最后贯入度应在下列条件下测量：

　　①锤落距符合规定;

　　②桩帽和弹性垫层等正常;

　　③锤击没有偏心;

　　④桩顶没有破坏或破坏处已经凿平。

　　(三)采用接桩则焊接接桩和法兰接桩适用于各类土层，硫磺胶泥铆接桩适用于软弱土层。在桩长不够的情况下，采用焊接接桩，其预制桩表面上的预埋件应清洁，上下节之间的间隙应用铁片垫实焊牢;焊接时，应采取措施，减少焊缝变形;焊缝应连续焊满。接桩时，一般在距地面lm左右时进行。节点折曲矢高不得大于l‰桩长。接桩处入土前，应对外露铁件，再次补刷防腐漆。当桩贯穿的土层中有较厚的砂土时，在确定单桩的分节长度时宜避免在沉桩过程中桩端停留在砂土层中进行接桩。焊接接桩时，钢板宜用低碳桩。每根桩施工完毕后桩孔要及时填实或覆盖，以保证安全。

　　三、复合地基理论

　　浅基础：上部结构荷载通过基础板直接传递给地基土体的。

　　端承桩：上部结构荷载通过基础板传递给桩体，再依靠桩的端承力直接传递给桩端持力层。不仅基础板地基土不传递荷载，而且桩侧地基土上不传递荷载。

　　摩擦桩：上部结构荷载通过基础板传递给桩体，再依靠桩侧摩阻力和桩端端承力传递给地基土体。而以桩侧摩阻力为主。

　　复合地基：在无垫层条件下，上部结构荷载通过基础板直接同时将荷载传递给桩体和基础板下地基土体，荷载一部分通过桩体传递给地基土体，一部分直接传递给地基土体。复合地基的本质是桩和桩间土共同直接承担荷载，可以认为复合桩基是复合地基的一种，是刚性基础下不带垫层的刚性桩复合地基。

　　对承载力较小的深层软弱地基，采用长短桩复合地基不失为一种行之有效的方法。用柔性桩补充桩间土承载力的不足，而刚性桩又对柔性桩起到“护桩”的作用。刚性桩和柔性桩交叉布置，共同承受上部荷载压力，达到了较为理想的状态。

　　短桩的参与除了能提高地基承载力外，还能增加地基土的竖向刚度，减少复合地基加固区的变形。同时，刚性长桩对柔性短桩而言，还起到护桩的作用，而且刚性长桩的参与还会抑制复合地基周围土体的隆起。符合荷载作用下附加应力场的分布特征，桩体受力合理，对提高复合地基承载力和减少沉降都有好处。长短桩复合地基设计中应重视长短桩的协同作用，重视长短桩在复合地基的形成条件。不仅要在施工阶段，工后阶段而且还有在地基产生大面积沉降的情况下都要保证长短桩的协同作用。

　　在工程中用的最多的是低强度混凝土桩复合地基。各类低强度桩复合地基的基本思路是让桩身材料强度决定桩承载力和由桩侧摩阻力提供的桩承载力两者靠近，以达到充分利用材料本身承载潜能的目的，或者说应用等强度设计概念。低强度桩常用水泥，石子及其他拌合料加水拌合。用各种成桩机械在地基中制成的强度等级为C5-C25的桩。低强度混凝土桩可以较好的发挥桩的侧摩阻力，而且得桩端落在较好的土层上时，还可以较好地发挥桩端阻力作用，桩体可将荷载传给较深的土层。因为桩长，桩径以及桩身强度较易控制，施工速度快，工期短，有较好的经济效益和社会效益。CFG(水泥粉煤灰碎石桩)与二灰混凝土桩复合地基均属于这个技术。CFG桩是在碎石桩基础上加进一些石屑，粉煤灰和少量水泥，加水拌合制成的一种具有一定粘结强度的桩，也是进年来新开发的一种地基处理技术。这种方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。第一：施工工艺与普通振动沉管贯注桩一样，工艺简单;与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小。第二：所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部工程争“三材”，这也是比水泥搅拌桩的优越之处。第三：受力特性与水泥搅拌桩类似。

　　与CFG桩一样，挤扩支盘桩也是较常用的一种复合地基桩。

　　桩基设计需满足要求：

　　①桩基安全稳定性

　　②桩基的设计合理性

　　③桩基的设计经济可行性

　　从桩基设计的基本要求上看，要使桩基设计达到完美的程度是非常不易的，众多的影响因素使桩基设计难以面面俱到，而最为重要的关键问题是地基承载力的问题，可以说地基承载力完全控制桩基设计的合理性和经济性。承载力不同，桩形，桩的几何尺寸，布桩，桩数，桩身材料强度的选择也不同，因而直接控制着桩的造价。桩基承载力又完全依赖于地基土的力学性质。由于地基土体的成分相当复杂，且在空间分布上极度不均匀，场地地层的物理性质指标具有较大的随机性，离散性和变异性，因而造成桩基承载力的确定具有较大的随机性。

　　由于高层建筑的兴起和工程地质的条件的日趋复杂，桩基技术又面临着新的挑战。在市场经济的体制下，工程质量高，速度快，造价低的苛刻要求，迫使桩基技术人员向更高的桩基技术迈进，先后设计出各种异形桩，而挤扩支盘桩就是其中的一种新技术。

　　在桩形构造上，基于单桩承载力是由桩侧摩阻力和桩端阻力构成的原理，为了提高端阻力又不增加桩身截面面积，且能够充分利用地表以下中下部较好的土层，设计时在桩身不同位置处将直径扩大以增加桩—土接触面积，而成为多支点摩擦端承桩，以此来提高桩承载力。

　　特点：

　　(1)无环境效应。在普通钻孔贯注桩的基础上利用专门的挤扩设备成桩的，因此，在施工过程中仍具有钻孔贯注桩的无噪声和振动的优点。

　　(2)竖向承载力成倍的提高。通过静载试验，支盘桩与直杆桩相比，其竖向承载力提高一倍以上，显示出极大的承载潜力

　　①桩径多极扩大，使得桩体与土体的接触面积增大，从而提高了单桩的承载力。

　　②挤扩设备在挤扩过程中压密土体，试土体强度提高，在承受荷载时，支盘就显示出了很大的端阻力，因此充分调动了地基土储备力量。

　　③根据土层的性质，在不同深度的土层上多处分支挤压，即增大了接触面积又挤密了土体。在承力时，单桩将轴向荷载多级分配给扩径支盘端得好土层，这样来，就充分利用了中下部好的土层，而不至于将轴线和在较多的传递到桩端，使桩端持力层承受较大的荷载。

　　(3)工期短，经济效益明显。

　　①桩数和桩长的减少，使混凝土用量减少，原材料节约30%以上。

　　②施工工期缩短。

　　(4)承载力的可调性