关于竖向单桩承载力特征值取值若干问题的探讨__墨水学术,论文发

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:224

副标题#e#       摘  要：桩基础是一种承载性能好，适用范围广的深基础，在多高层建筑、桥梁、港口及近海结构中得到越来越广泛的应用。如何更好更充分地利用这种深基础，充分了解它的各种桩型和特性，是每个结构设计者所面临的一个重要课题。笔者从桩基设计中最基本的单桩承载力设计值取值方面存在的问题进行简要分析，并进行了探讨。
       关键词：竖向单桩承载力特征值；安全度；工艺因素；负摩阻力
       桩基础作为一种工程结构在不断向前发展，尤其在施工技术包括工艺与设备等方面，近年来更有长足的进步，这使人们在地质条件较差的特别是像温州有着深厚淤泥层的软土场地上建设更高更重的建筑物有了可能，与此同时，丰富的工程实践也推动桩基设计和施工提高到一个新水平。但也应看到，桩基由于其传力机理复杂性，目前尚有许多问题有待研究。
与天然地基上的浅基相比，桩基具有以下三个特点：
1.以施工上看，它采用特定的施工机械或手段，把基础结构置入深部的好地层中；
2.以传力特点看，桩基入土深度与基础宽度之比较大，因此决定其承载力时，基础侧面的摩阻力不但不能忽略，有时甚至起主要作用；
3.浅基基础可能有不同的破坏模式，但深基础下却往往只发生剌入剪切破坏。
       单桩竖向承载力计算是桩基设计的最主要内容，而单桩竖向承载力特征值也是桩基设计最主要的参数。单桩竖向承载力是指单桩所具有的承受竖向荷载的能力，一般由桩侧摩阻力和桩端阻力组成，最大承载力称为单桩竖向极限承载力。单桩竖向承载力特征值由单桩竖向极限承载力值除以2后得的数值和按桩身强度计算得到的数值，两者取小值。确定单桩竖向承力特征值的方法除用规范规定的公式或静载试验外，尚应注意以下几个问题：
1.承载力确定方法的对比
一般在确定单桩承载力特征值时，根据地质报告提供的参数，用经验参数法估算单桩竖向承载力特征值，Ra表达为：
Ra=qpaAp+upΣqsiaLi
Ra——单桩竖向承载力特征值
Qpa——桩底土的单位端阻力特征值
qsia——桩周第i层土的单位摩阻力特征值
up、Ap——桩的横断面周长（m）和桩底面积（㎡）
Li——桩周各层土的厚度（m）
       但由于既往规范的经验参数是大范围内统计得出的指标，与具体工程实际情况可能不尽相符；另外，地质报告的经验参数可能反映地区经验，且与静探的设备，报告编写人的主观取舍有较大关系。更何况许多地方的地区经验并不成熟，因而静载荷试验是确定单桩竖向承载力特征值最接近实际的手段。它是在试验时，对桩逐级加载，测定桩在各级荷载作用下不同时刻的桩顶位移，求得桩的荷载—位移一时间关系，用以分析确定单桩极限承载力。静载试验不仅可以测定单桩在荷载作用下的桩顶变形性状曲线，还可以测定桩的轴向力随深度的变化。根据试验结果能进行单桩荷载传递的分析，单桩破坏机理的分析和单桩承载力的分析。一般工程做静载荷试验，都是在工程桩完成后，抽其中若干个桩做静载试验，实际上也就是校核实际单桩承载力是否满足设计要求。做静载荷试验时，一般荷载加到能满足设计值就不继续加载了。这其中就有一问题值得探讨：因为设计采用的单桩竖向承载力特征值是根据规范经验公式估算出来的，有其局限性，它并不能真正反映实际的单桩承载力。有的实际单桩承载力可能远大于计算所得的设计值，那就造成桩基浪费；如果试验结果有的时候由于某种原因，静压值比设计值小，就必须补桩，造成甲方资金更多地投入，也延误了工期，损失不可估量。当然，实际工程中补桩这种情况是极少的，一般造成工程浪费的居多。本人前几年参加设计了#p#副标题#e#一个工程，是一个住宅小区，共有十几幢多层住宅，框架结构，六跃七层，一期先设计了4幢，采用Ф426的沉管灌注桩，桩长L＝39M，我按地质报告计算出的单桩承载力特征值为Ra=390KN。布桩以后，发现桩数很多，布桩系数很大。甲方也觉得基础造价太高。后来，我和总工、甲方相关人员一起讨论后决定先试打三个桩做静载荷试验后，再与原设计承载力比较来确定最后单桩竖向承载力特征值。静压结果单桩极限承载力值分别为1195KN、1200KN、1190KN；相当于单桩竖向承载力特征值Ra=1195/2=597.5KN，后来，为了安全起见，我们实际按Ra=530 KN设计，相当于打了九折，桩数一下就少了近25％。虽然已设计好的基础图需要修改，但取得的经济效益非常明显，也为二期施工图设计取值提供了一个很有价值的参考。基桩按新图完成后再做静载试验，满足设计要求。现一、二期工程已经完工，实际沉降观测结果：最大沉降量为28mm，最大沉降差为12mm，甲方也很满意。所以，我认为如果有条件，先打几个桩做静载荷试验，按静压结果取单桩承载力特征值是最理想的，那样一般来说不会造成基础的浪费，使桩能充分发挥它具有的承载力，也为甲方节约了投资。
2.关于恰当和协调安全度问题
       由于各种原因，设计中往往对荷载定值偏高而对单桩承载力定值偏低，造成桩基础在承载力方面的安全度过大；另一方面，对桩基础刚度或整体安全度，又由于其复杂，往往没有计算。因此，单桩承载力的取值和桩基的整体安全两者的可靠度往往不一致。桩基是复杂的自然条件下完成的隐蔽工程，即使认真施工，严格检测，也难以确保不存在任何薄弱环节，尤其是沉管桩和冲钻孔桩。另外，对打入桩来说，上述定值偏高的荷载和定值偏低的承载力，必然导致在有限的场地中打入了太多的桩，因挤土原因导致桩基础出现移位、上拨、断桩等问题。因而在桩基设计中应提倡必要的桩身强度，适当的荷载取值和应有的整体刚度相结合的原则。
3.承载力的定值要考虑工艺因素
      《基础规范》中笼统地列了几种计算桩承载力的计算经验参数，但实际已有的桩型已超过20种，而且在实际中还不断涌出新的桩型，且每种桩型有与之对应的工艺，所以引用经验参数时必须考虑现成的参数与拟采用的工艺是否吻合。有的工艺将降低桩的承载能力，如打入式预制桩遇到沉桩困难时，用水冲法辅助沉桩，有资料指出这种方案将使桩侧摩阻力损失近1/3。可以认为预钻孔法辅助沉桩也是降低承载力的。另有资料表明，钻孔灌注桩用反循环排渣与正循环排渣相比，用试桩的沉降量作为衡量标准，在沉降相同时，反循环的承载力比正循环会提高50％左右。上述例子说明桩的承载力显然不是固定不变的经验参数所能推算的准确的，必须根据具体情况调整计算参数。当缺少这方面的经验时，必须通过静载荷试验去取得这些经验。
4.承载力随时间增长的性质和利用
       桩打（压）入饱和粘土中，桩周围土将被推挤。在桩周粘土的强烈扰动区，由于打桩过程中引起的孔隙水压力可以相当快地消散，靠近打入桩的粘性土固结后，与离开桩较大距离处的粘土相比，会有较高强度或较低的含水量。但在非常灵敏的粘土中或者超固结的硬粘土中，最终的抗剪强度或桩上的附着力可能比原状土低些。虽然与土的性质和桩的尺寸等因素有关，但对“打入饱和粘土中的桩承载力将随时间增长”，这一认识却是一致的，至于钻孔灌注桩，荷载试验资料表明，单桩承载力随时间的增长并不明显。
软粘土地基中打（压）入桩的承载力随时间增长的规律意味着桩的后期承载力有很大潜力。这对温州地区有很好借鉴意义，如果在确定单桩承载力考虑一因素，可以取得很好的经济效益。
5.负摩阻力的认识
在一#p#副标题#e#般情况下，桩在荷载作用下产生沉降，土对桩有一个向上的摩阻力。当由于某些原因，土体的沉降量超过桩的沉降量时，土对桩有一个向下的摩阻力，即负摩阻力。负摩阻力发生的条件：
（1）桩穿过已压密的软粘土或新填土，而支承于硬土层。（硬粘性土，中密以上的砂土、卵石层或岩石时）；
（2）在桩周地面有大面积堆载或超填土时；
（3）由于抽取地下水或桩周地下水位下降，使桩周土下沉时；
（4）挤土桩群施工结束后，孔隙水消散，隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时；
（5）自重失陷性黄土浸水下沉或冻融下沉时。
负摩阻力对基础是一种附加荷载，它的影响表现在：当桩持力层为坚硬土层时，它使桩身轴力增大，导致桩身压曲，断裂；这时应计算负摩阻力引起的土下拉荷载并验算桩身承载力；当持力层为可压缩性土时，它将使沉降增大，这时应将负摩阻力引起的下拉荷载计算附加荷载，验算桩的沉降量。否则，有些工程忽略了负摩阻力的影响，可能导致基础的沉降和上部结构的破坏。不少建筑物因负摩阻力产生过大的沉降、倾斜或开裂等工程事故，需要花大量资金进行加固，设计时应充分予以注意。
随着科技日新月异的发展，桩型及施工工艺不断推陈出新，桩基必会有一个更广阔的发展。
参考文献：
[1] 高大钊、赵春风、徐斌，《桩基础的设计方法与施工技术》，机械工业出版社。
[2] 《建筑桩基技术规范》,  JGJ94-2008, 中国建筑工业出版社
[3] 《建筑地基基础规范》,  GB5007-2002 , 中国建筑工业出版社