桩基础设计与施工

浅谈桩基础设计与施工[摘要]由桩和连接桩顶的桩承台（简称承台）组成的深基础，简称桩基。

桩基具有承载力高、沉降量小而较均匀的特点，几乎可以应用于各种工程地质条件和各种类型的工程，尤其是适用于建筑在软弱地基上的重型建（构）筑物。

因此，在沿海以及软土地区，桩基应用比较广泛。

本文论述并探讨了在桩基础设计与施工过程中值得注意的几个问题。

[关键词]桩基础；设计；施工中图分类号：tu50；u443 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）22-0105-021 引言一般建筑物都应该充分利用地基土层的承载能力，而尽量采用浅基础。

但若浅层土质不良、无法满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时，可以利用下部坚实土层或岩层作为持力层，这就要采取有效的施工方法建造深基础了。

深基础主要有桩基础、墩基础、沉井和地下连续墙等几种类型，其中以桩基最为常用。

桩基是一种历史悠久的基础形式。

早在古代的建筑活动中，就已有采用木桩来解决软土地基上的基础建造问题了。

在我国，如隋朝的郑州超化寺塔基和五代的杭州湾大海堤工程，便是两个著名的例子。

2 桩基础的概念由桩和连接桩顶的桩承台（简称承台）组成的深基础，简称桩基。

当承台底面设于地面以下时，承台称为低桩承台，相应的桩基础称为低台桩基础，常用于陆域工业与民用建筑；当承台面高于地面时，承台称为高桩承台，相应的桩基础称为高台桩基础，常用于海洋与港湾等水域工程结构中。

3 桩基础的适用性桩基础的适用性十分广泛：（1）高层建筑、高耸构筑物及重型厂房等结构的荷载很大，在基础的沉降与不均匀沉降方面有较严格的限制，一般天然地基难以满足要求，需采用桩基础；（2）无论是陆域还是水域，常常受到施工方法、经济条件及工期紧张等因素的限制不适于进行软土地基处理，也不适于沉井、沉箱、地下连续墙等深基础，此时可采用桩基础；（3）当地基存在震陷性、湿陷性、膨胀性、冻胀性或侵蚀性等不良土层时，或上覆土层为强度低、压缩性高的软弱土层，不能满足建筑物对地基要求，而软土层下面为较好或坚硬土层时，应考虑采用桩基础穿越不良土层，将荷载传递到深部相对坚硬和稳定的土层中；（4）在地震区域建造建筑物，持力层范围内有可液化土层，需将建筑物支持于不液化土层上；当结构物考虑可能的爆炸、强风暴等其他随机性强的动荷载时，浅基础不易满足结构的稳定性要求，可采用桩基础；（5）当建筑物承受较大的水平荷载，需减少建筑物的水平位移和倾斜时，或建在斜坡上的建筑物以及基坑与边坡的抗侧移与滑动失稳中，采用桩基础是较常用的设计措施；（6）当途径江河湖海、峡谷、滩涂等交通设施的工程结构跨越范围大、地质条件及荷载情况变化也较大时，可通过灵活调整桩的类型、长短、布置等来适应环境与结构的要求；（7）当流动水域中，由于水流冲刷较深，危及一般基础的稳定时，可考虑采用桩基础；兴建码头、沿岸平台、栈桥及海上采油平台、输油（气）管道支架等水上结构物时，需将桩穿过水体打入深度良好的岩土层中，形成高台桩基。

4 按施工方法分类桩按施工方法分类可分为预制桩和灌注桩两大类。

预制桩是指在桩体投入地基之前在预制场或现场制作的桩。

预制桩成桩质量比较稳定、可靠。

预制桩除木桩、钢桩外，目前大量应用的是钢筋混凝土桩。

预制桩的长度比较灵活，只受制桩设备能力限制，但可以分段制作然后在设桩过程中接桩；其断面依材料类别也有很大的灵活性，但多用方形及圆形两种。

预制桩根据设桩方法尚可分为打入桩、压入桩、振沉桩及旋入桩等。

灌注桩是指在施工现场桩位处先成桩孔，然后在孔内设置钢筋笼等加劲材、灌注混凝土而形成的桩。

灌注桩无需像预制桩那样的制作、运输及设桩过程，因而比较经济，但施工技术较复杂，成桩质量控制比较困难。

灌注桩按具体成孔方法可分为钻孔、冲孔、控孔、挤孔及爆扩孔等多种类型。

5 按功用分类桩基按其功用可分为承压桩、抗拔桩、横向受荷桩等类型。

其中承压桩又可分为摩擦桩和端承桩两类。

6 桩基础常规设计的内容与步骤桩基础常规设计包括以下几方面内容和步骤：（1）收集设计资料，包括建筑物类型、规模、使用要求、结构体系及荷载情况，建筑场地的岩土工程勘察报告等；（2）选择桩型，并确定桩的断面形状及尺寸、桩端持力层及桩长等基本参数和承台埋深；（3）确定单桩承载力，包括竖向抗压，抗拔及水平承载力等；（4）确定群桩的桩数及布桩，并按布桩及建筑平面及场地条件确定承台类型及尺寸；（5）桩基承载力与变形验算，包括竖向及水平承载力、沉降或水平位移等，对有软弱下卧层的桩基，尚需验算软弱下卧层的承载力；（6）桩基中各桩受力与结构设计，包括各桩桩顶荷载分析、内力分析以及桩身结构构造设计等；（7）承台结构设计，包括承台的抗弯、抗剪、抗冲切及抗裂等强度设计及结构构造等。

桩基础设计需满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，如在设计步骤中出现不满足这些要求，应修改设计参数甚至方案，直至全部满足各项要求方可结束设计工作。

7 桩基设计中静载试验的重要性目前的桩基础设计过程，往往受到时间的约束。

首先根据地质报告提供的参数估算单桩承载力设计值，然后进行桩基础设计并施工，等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验。

这个过程具有相当的不科学性，结果若符合估算要求，则皆大欢喜，否则因工程已施工完毕补桩也会很困难，且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不便。

这里主要有两个问题，下面举例来说明。

一是根据地质报告提供的桩周土摩擦力标准值及桩端土承载力标准值由规范gb50007-2011计算的场区单桩承载力特征值，这是一个经验数值，不宜直接采用。

近几年来通过各类桩基础中试桩及工程桩的检测，发现绝大多数桩的实际承载力均大于计算值，有些相差幅度较大，因此按试桩获得的实际承载力将会比按勘察报告估算的承载力来布置基础将产生巨大的经济效益。

例如，无锡油库油罐基础，根据地质勘察报告拟采用φ500的预应力管桩，桩长20m，按gb50007-2011公式8.5.5估算单桩承载力设计值约为1400kn，而要求进行的3根破坏性试桩显示实际单桩承载力可达1850kn，整整比估算值提高了30%左右，实际工程桩设计就采用试验值进行，为甲方大大节省了投资。

其二是当场地不均匀或地质报告数值有偏差的情况下，不进行试桩而直接按估算值进行工程桩施工将给施工带来巨大的困难且造成不必要的浪费。

例如苏州油库油罐基础，根据资料采用26m 长的预应力管桩，桩径φ500，单桩承载力极限标准值约为1350kn，采用静力压桩，实际施工中几乎每根桩都压至2000kn而未达到预定深度，故施工过程中大部分桩都采用了截桩，在时间金钱上都造成了巨大的浪费。

因此，桩基础设计过程中静载荷试验是一个十分重要的环节。

因为此项工作直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度的确定，同时也对施工难易有密切影响。

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。

8 施工中特殊情况处理桩基施工由于地层的不可知性，经常会遇到很多异常情况，这就要求我们仔细分析，采用妥善的方法去解决各类问题。

1）桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高。

这里可能存在两种情况，其一是地质报告有误，桩实际承载力大于计算值，必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力。

其二则可能由于土层本身原因，譬如说饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入，这就需要我们从施工措施上去解决。

首先必须制定合理的施工顺序，譬如说跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械，要避免抬机等现象出现；另外可以采取引孔，设置排水孔等措施尽量减少孔隙水压力。

当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内，且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。

2）桩基施工时压桩力远低于设计承载力。

某住宅采用18m长d400预应力管桩，根据地质勘察报告单桩承载力设计值为650kn，进行工程桩试打时连续4根桩的最大压桩力均仅为300kn，远远小于设计承载力。

我们仔细分析了勘察报告认为报告所提供的各土层特性基本准确，而从周边其他工程的地质报告也证明勘察报告无误，因此我们分析可能由于压桩机械的压桩速度偏快，而土层的粘聚力又偏小，故压桩时桩将土直接剪坏，引起压桩力偏低，随着时间推移土能恢复固结。

在15天后进行的试桩，证明我们的判断准确，试验承载力满足设计要求。

3）桩基静载荷试验不合格。

某工程由于时间限制，甲方要求试桩与工程桩同时进行，待试桩满足jgj94-2008中要求时进行静载荷试验，结果三组试桩有一组满足设计要求而另外两组试桩均在小于设计承载力时产生破坏。

这就让我们从设计、施工和试验等各方面去分析这两组试桩，但经过与周边工程比较及现场施工试验记录分析，均未发现特殊情况，即不存在施工，试验中的失误。

对第一组合格试桩的情况进行了比较，终于发现后二组试桩本身的停歇时间已够，但周边的其余工程桩施工在试验前2天才完成，完全有理由认为是因为工程桩施工时将试桩周边的土破坏而没有固结，影响了试桩的承载力。

于是等工程桩停歇时间也满足jgj94-2008要求时再次对2根试桩进行了静载荷试验，结果与我们判断完全一致，试桩均满足设计要求。

这一实例告诉我们影响试桩结果的因素有很多，我们在工程实践中对各种情况一定要仔细分析，找出问题所在，而不要盲目处理，造成不必要的损失和浪费。

4）管桩裂缝处理。

预应力管桩以其强度高，制作周期短，比预制桩节省材料等优点在工程设计中受到普遍应用，但其也存在受剪能力差的不足之处。

在工程实践中，由于垂直度偏差或挤土等原因经常会使管壁产生裂缝而影响质量。

在某一工程中由于场地天然地面标高较低，在桩施工前场地回填了约2m左右的土，而施工中又未对上述情况采取合适的措施，使压桩机械在施压进行过程中对桩产生了不均匀的侧压，施工结束后发现局部桩位产生了侧偏。

经小应变检测发现这些管桩都不同程度地产生了裂缝。

我们对偏差资料经过分析归类后，对于垂直度偏差小于0.5%的管桩，管壁基本无裂缝，我们认为承载力应不受损失，故在增加了一组试桩证明承载力满足设计条件后不再进行处理。

而对垂直度偏差大于0.5%的管桩，可以认为管壁均已产生裂缝，承载力已受影响，我们对此类桩采用了先纠偏再灌芯，使裂缝部位的力通过灌芯部分混凝土传递，经最终静载荷试验证明是切实可行的。

因此施工中一定要注意垂直度的控制，因为管桩的抗剪能力较差，很容易破坏。

桩基工程是繁重而复杂的，设计人一定要考虑每一个环节，统筹兼顾。

好的设计不仅是要保证建筑物安全，更要使设计经济合理。

参考文献[1] 建筑桩基技术规范jgj 94-2008.[2] 建筑地基基础设计规范gb 50007-2011.[3] 王成华等.基础工程学.天津：天津大学出版社，2002.[4] 地基与基础.北京：中国建筑工业出版社，1980.[5] 王成华.单桩竖向静载试验存在的若干理论与实践问题.岩土工程学报，v20.6，1998.。