桩基论文

工民建及桩基工程质量控制
论文关键词：桩基础 沉降 单桩 群桩



论文摘要：桩基础是一种古老、传统的基础型式，又是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基础型式。近二十年来，由于工程建设和工业技术的发展，桩的类型和成桩工艺，桩的承载力与桩体结构完整性的检测，桩基的设计水平，都有较大的提高。然而，由于土的变异性及桩基与土相互作用的复杂性，迄今成桩质量的控制与检测，桩基的计算理论与方法，仍然是不够完善而有待研究发展的。本文对单桩和群桩的沉降计算方法进行了综述，并阐述了它们的适用条件。

桩基础在房屋建筑中是一种很常用的基础，在桩基设计中，最主要的是确定竖桩的承载力与沉降，尽管在过去漫长的时间内，从事岩土工程的研究者和工程师们，为了精确计算和预测桩基的沉降，曾进行过大量的研究，提出过一系列的计算桩基沉降的方法，但时至今日，对桩基沉降的预估仍然不熊充分地反映真实的情况。

　一丶1单桩的沉降分析计算

1.1荷载传递分析法
荷载传递分析法是单桩荷载一变形分析最常用的一种方法，这种方法是从规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。其基本的概念是:将桩离散为一系列等长的桩段(弹性单元)，每一桩段与土之间的联系用非线性弹簧来模拟，桩端处土体也用非线性弹簧与桩端联系。
在运用荷载传递曲线中，该法假定任意点的桩位移仅与那一点的摩阻力有关，而与桩其它位置的摩阻力无关，故没有考虑土体的连续性，所以对分析桩群的荷载沉降关系是不合适的。
为了获得现场的荷载传递曲线，需要安装许多的仪器进行桩的荷载试验，且试验成果推广到另外场地并不一定是完全成功的。
1.2剪切变形传递法
Cooke(1974)提出了摩擦桩荷载传递的物理模型，该模型为了简化计算，作了一系列假定并认为:当荷载水平p/pu较小时，桩在轴向荷载尸作用下沉降较小，桩土之间不产生相对位移，亦即桩沉降时周围土体亦随之产生剪切变形，剪应力从桩侧表面沿径向向四周扩散到周围土体中;摩擦桩一般在工作荷载作用时，桩端承担的荷载比例较小，沉降主要是由桩侧传递的荷载所引起。
1.3弹性理论法
弹性理论法是对桩土系统用弹性理论方法来研究单桩在竖向荷载作用下桩土之间的作用力与位移之间的关系，进而得到桩对土，土对桩，桩对桩以及土对土的共同作用模式。以弹性理论法为根据发展出一些计算单桩沉降的方法，这些解法虽略有不同，但一般都

基于桩的位移与临近土位移的协调条件，为此，借助于轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移，又应用荷载作用于半无限体内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。由于弹性理论假定桩土界面普遍满足弹性即界面不发生滑移这一条件，沿界面诸相邻点的桩位移应与土位移相等，由此即可求得桩身摩阻力和桩端阻力的分布，并进而求得桩的位移分布。
1.4单向压缩分层总和法
单向压缩分层总和法就是根据各土层的参数分别计算各层的沉降后总和求得总的沉降量。这种浅基础的最终沉降量的常用计算方法在桩基设计中，主要用于大直径的的单桩(墩)，考虑到其桩侧阻力的荷载分担比相对较小，桩端底面积大且其荷载分担比也较大，因此可仿照扩展基础采用单向压缩分层总和法计算沉降。当用以计算深基沉降的其它条件相同时，用明氏应力分布求得的最终沉降与实侧推算结果较为接近;而用布氏公式算得的值要比实测值大1/2至1/3，并且给出的实用应办计算公式及附加应力系数表格。用分层总和法分析单桩沉降时，要考虑压缩层的计算深度，可参照文献[17][20]的有关规定确定，或按照一些实甩的经验公式确定。
2群桩的沉降分析计算
2.1弹性理论法
弹性理论法群桩沉降分析的塞本假定与单桩相同，其主要依据是Mindlin解的位移与应力解，以此为基础形成位移法和应力法,此外还发展了一种简化弹性理论位移法，以位移解为基本解，但采用应力法中关子桩侧摩阻力为线性的假定，在位移基本解的积分中舍去高阶无穷小量。群桩沉降弹性分析理论为基础的计算体系中，叠加法是比较成熟和应用较广的一种简化方法，详细阐述了其原理和计算过程，该法在忽略桩对土位移的加强效应简单的假定基础上，把单桩的分析扩展到桩群， 2.2实体深基础(等代墩基)法实体深基础法是现在工程界应用最广泛的一种计算群桩沉降的方法该计算模式是将承台下的群桩及桩间土看作一个等效墩基的一个实体深基础，在此等代墩基范围内，桩间土不产生压缩如同实体墩基一样工作，然后按照扩展基础的沉降计算方法来计算群桩的沉降。
由于计算时考虑的前提条件不同，研究者提出和使用着计算的不同模式，其主要差别在于选用的假想实体基础底面的位置不同，以及对地基土中附加应力的考虑和计算不同根据桩距地基土的性质不同，桩间土实际上是会产生不同程度的压缩变形，另一方面假想的实体基础外围存在着侧面剪应力的扩散作用为了消除这些差别对群桩沉降计算的影响人们采取了一些措施，集中表现在所采用的模式上。这

些措施是:
1.变动假想实体基础底面的位置，以考虑桩间土存在压缩变形的可能，这是Peck和Terzaghi等人建议的模式Peck等建议将假想实体基础底面置于桩端平面以上 高度处， 取为桩长的1/3处(桩位于均匀并土中时)或进入持力层深度的1/3(桩穿过软弱土层并进入坚硬土层时〕这种建议涉及的影响因素过于单一，因为假想基底位置上升的因素很多，采用此法不能全面反映这些情况。
2.从群桩桩顶外围按一定斜率(例如 角或1:4斜率)向下扩散增大假想实体基础底面积，以考虑桩群外围总剪应力对沉降分析的影响，这是Tomlinson等人的模式。
3.为了改善地基土附加应力估计的精度，近年来国内外根据半无限弹性体内集中力的Mindlin公式发展了一些估计桩基荷载作用下地基土附加应力的方法，还有一种将Mindlin解与Boussinesq解对比来估计等代墩基的等效基底附加应力。
2.3等效作用分层总和法
等效作用法最早由黄强，刘金砺，(1940)提出，随后被健既桩基技术规范推荐采甩此法系将均质土中群桩沉降的Mindlin解与均布荷载下矩形基础的Boussinesq解之比值用以修正等代墩基的基底附加应力，然后按一般分层总和法计算群桩的沉降。

1、处理障碍物

打桩前，应认真处理高空、地上和地下障碍物，如地下管线、旧有基础、树木杂草等。此外打桩前应对现场周围（一般10米以内）的建筑物作全面检查，如有危房或危险构筑物，必须预以加固，不然由于打桩振动，可造成倒塌。

2、平整场地

在建筑物基线以外4~6m范围内的整个区域或桩机进出场地及移动路线上，应作适当平整压实，并做适当坡度，保证场地排水良好。否则由于地面高低不平，不仅使桩机移动困难，降低沉桩生产率，而且难以保证使就位后的桩机稳定和入土的桩身垂直，以致影响沉桩质量。

3、材料、机具的准备，接通水电源

桩机进场后，按施工顺序铺设轨道，选定位置架设桩机和设备，接通水电源，进行试机，并移机至桩位，力求桩架平稳垂直。

4、进行打桩试验

又叫沉桩试验。

沉桩前应作数量不少于2根桩的打桩工艺试验，用以了解桩的贯入度（什么叫贯入度）、持力层强度、桩的承载力，以及施工过程中遇到的各种问题和反常情况等。没有打过桩的地方先打试桩是必要的，通过实践来校核拟定设计方案，确定打桩方案，保证质量措施和打桩技术要求。因此试桩必须细致地进行，根据地质勘探钻孔资料，选择桩位以能代表工程所处的地质条件，打试桩时，要做好详细的施工记录，画出各土层深度、打入各土层的锤击次数，最后精

确的测量贯入度。

5、确定打桩顺序

打桩时，由于桩对土体的挤密作用，先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩；而后打入的桩难以达到设计标高或入土深度，造成土体隆起和挤压，截桩过大。所以，群桩施工时，为了保证质量和进度，防止周围建筑物破坏，打桩前根据桩的密集程度、桩的规格、长短以及桩架移动是否方便等因素来选择正确的打桩顺序。
打桩开始时，应先采用小的落距（0.5~0.8m）作轻的锤击，使桩正常沉入土中约1~2m后，经检查桩尖不发生偏移，再逐渐增大落距至规定高度，继续锤击，直至把桩打到设计要求的深度。

打桩有“轻锤高击”和“重锤低击”两种方式。这两种方式，如果所做的功相同，而所得到的效果却不相同。轻锤高击，所得的动量小，而桩锤对桩头的冲击力大，因而回弹也大，桩头容易损坏大部分能量均消耗在桩锤的回弹上，故桩难以入土。相反，重锤低击，所得的动量大，而桩锤对桩头的冲击力小，因而回弹也小，桩头不易被打碎，大部分能量都可以用来克服桩身与土壤的摩阻力和桩尖的阻力，故桩很快入土。此外，又由于重锤低击的落距小，因而可提高锤击频率，打桩效率也高，正因为桩锤频率较高，对于较密实的土层，如砂土或粘性土也能较容易地穿过，所以打桩宜采用“重锤低击”。

1、打桩属隐蔽工程，为确保工程质量，分析处理打桩过程中出现的质量事故和为工程质量验收提供必要的依据。
2、打桩时严禁偏打，因偏打会使桩头某一侧产生应力集中，造成压弯联合作用，易将桩打坏，为此，必须使桩锤、桩帽和桩身轴线重合，衬垫要平整均匀，构造合适。

3、桩顶衬垫弹性应适宜，如果衬垫弹性合适会使桩顶受锤击的作用时间及锤击引起的应力波波长延长，而使锤击应力值降低，从而提高打桩效率并降低桩的损率。故在施打过程中，对每一根桩均应适时更换新衬垫。

4、打桩入土的速度应均匀，连续施打，锤击间歇时间不要过长。否则由于土的固结作用，使继续打桩受阻力增大，不易打入土中。桩时如发现锤的回弹较大且经常发生，则表示桩锤太轻，锤的冲击动能不能使桩下沉，此时应更换重的桩锤。

5、打桩时如发现锤的回弹较大且经常发生，则表示桩锤太轻，锤的冲击动能不能使桩下沉，此时应更换重的桩锤。

6、打桩过程中，如桩锤突然有较大的回弹，则表示桩尖可能遇到阻碍。此时须减小锤的落距，使桩缓慢下沉，待穿过阻碍层后，再加大落距并正常施打。如降低落距后，仍存在这种回弹现象，应

停止锤击，分析原因后再行处理。

7、打桩过程中，如桩的下沉突然增大，则表示可能遇到软土层、洞穴或桩尖、桩身已遭受破坏等。此时也应停止锤击，分析原因后再行处理。

8、若桩顶须打至桩架导杆低端以下或打入土中，均需送桩。送桩时，桩身与送桩的纵轴线应在同一垂直轴线上。

9、若发现桩已打斜，应将桩拔出，探明原因，排除障碍，用砂石填孔后，重新插入施打。若拔桩有困难，应在原桩附近再补打一桩。

10、打桩时应尽量避免使用送桩，因送桩与预制桩的截面有差异时，会使预制桩受到较大的冲击力。此外，还会导致预制桩入土时发生倾斜。

二丶桩基础的分类

工程中的桩基础，往往由数根桩组成，桩顶设置承台，把各桩连成整体，并将上部结构的荷载均匀传递给桩。

1、按承台位置的高低分

①高承台桩基础——承台底面高于地面，它的受力和变形不同于低承台桩基础。一般应用在桥梁、码头工程中。

②低承台桩基础——承台底面低于地面，一般用于房屋建筑工程中。

2、按承载性质不同

①端承桩——是指穿过软弱土层并将建筑物的荷载通过桩传递到桩端坚硬土层或岩层上。桩侧较软弱土对桩身的摩擦作用很小，其摩擦力可忽略不计。

②摩擦桩——是指沉入软弱土层一定深度通过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散于桩周围土中，桩端土也起一定的支承作用，桩尖支承的土不甚密实，桩相对于土有一定的相对位移时，即具有摩擦桩的作用。

3、按桩身的材料不同

①钢筋混凝土桩

可以预制也可以现浇。根据设计，桩的长度和截面尺寸可任意选择。

②钢桩

常用的有直径250~1200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩。钢桩的承载力较大，起吊、运输、沉桩、接桩都较方便，但消耗钢材多，造价高。我国目前只在少数重点工程中使用。如上海宝山钢铁总厂工程中，重要的和高速运转的设备基础和柱基础使用了大量的直径914.4mm和600mm，长60mm左右的钢管桩。

③木桩

目前已很少使用，只在某些加固工程或能就地取材临时工程中使用。在地下水位以下时，木材有很好的耐久性，而在干湿交替的环境下，极易腐蚀。

④砂石桩

主要用于地基加固，挤密土壤。淮北职业技术学院东校区1#、2#住宅楼就是采用的碎石桩，桩的直径533mm ，平面呈三角形，间距1100 mm 。淮北职业技术学院西校区教学楼也是采用的碎石桩。

⑤灰土桩

主要用于地基加固。

4、按桩的使用功能分

①竖向抗压桩

②竖向抗拔桩

③

水平荷载桩

④复合受力桩

5、按桩直径大小分

①小直径桩 d ≤250mm

②中等直径桩 250mm< d < 800mm

③大直径桩 d ≥ 800mm

6、按成孔方法分

①非挤土桩 泥浆护壁灌筑桩、人工挖孔灌筑桩，应用较广。

②部分挤土桩 先钻孔后打入。

③挤土桩 打入桩。

7、按制作工艺分

①预制桩

钢筋混凝土预制桩是在工厂或施工现场预制，用锤击打入、振动沉入等方法，使桩沉入地下。

②灌筑桩

又叫现浇桩，直接在设计桩位的地基上成孔，在孔内放置钢筋笼或不放钢筋，后在孔内灌筑混凝土而成桩。

与预制桩相比，可节省钢材，在持力层起伏不平时，桩长可根据实际情况设计。

8、按截面形式分

①方形截面桩

制作、运输和堆放比较方便，截面边长一般为250~550mm。

②圆形空心桩

是用离心旋转法在工厂中预制，它具有用料省，自重轻，表面积大等特点。国内铁道部门已有定型产品，其直径有300mm、450mm和550mm，管壁厚80mm，每节长度自2m~12m不等。
结语
本文对目前国内外桩基础的沉降计算理论进行了分析，包括单桩和群桩的沉降分析，并对它们的优缺点和适用范围进行了论述，但应该注意，在实际中，要采用何种理论要看实际的情况而定

桩直径—般为800~2000mm，最大直径可达3 500mm。桩埋置深度一般在20m左右，最大可达40m。底部采取不扩底和扩底两种方式，扩底直径1．3d~3．0d，最大扩底直径可达4 500mm。一般采用一柱一桩，如采用一柱两桩时，两桩中心距不应小于3d，两桩扩大头净距不小于1m（图2-26），上下设置不小于0.5m，桩底宜挖成锅底形，锅底中心比四周低200mm，根据试验，它比平底桩可提高承载力20%以上。桩底应支承在可靠的持力层上。支承桩大多采用构造配筋，配筋率0.4%为宜，配筋长度一般为1/2桩长，且不小于10m；用于作抗滑、锚固，挡土桩的配筋，按全长或2/3桩长配置，由计算确定。箍筋采用螺旋箍筋或封闭箍筋，不小于Φ8＠200mm ，在桩顶1.0m范围内间距加密一倍，以提高桩的抗剪强度。当钢筋笼长度超过4.0m 时，为加强其刚度和整体性，可每隔2.0m设一道Φ16~20mm焊接加强筋。钢筋笼长超过10m需分段拼接，拼接处应用焊接。