桩型选择及应注意的问题分析

来源：职称驿站所属分类：机械论文发布时间：2012-08-10 08:56:16浏览：次

　　【摘要】合理选择桩型是工程质量优劣的关键。该文从桩型的分类入手，分析桩型选择的重要性及应注意的问题。
　　关键词：桩型选择，问题，承载力
　　随着高层建筑的大量涌现，桩基础运用愈来愈广泛。针对不同地区不同的地基承载力选择合理的桩型是工程质量优劣的关键。我国国土面积辽阔，地质情况十分复杂，各地区的地基承载力不尽相同。桩基础是人们所熟知的基础形式，但鉴于岩土的复杂性，关于负摩擦力的传递机理、群桩效应、桩土共同作用机理，上部结构与桩基共同作用机理以及水平荷载作用下桩的工作性状等问题均未得到很好地解决，再加上建筑结构上部的复杂性，给桩基础的设计带来不少困惑。要把握好桩基础的设计需要慎重对待每一个极其重要的设计环节，合理选择桩型至关重要。
　　一、桩型的分类
　　确定是否应采用桩基和合理选择桩型是设计的前提和工程质量优劣的关键。如必须采用桩基时，则应根据工程地质条件、建(构)筑物特点以及施工工艺水平等因素，选用技术先进、经济合理、安全适用的桩型。
　　按桩的承载性状可分为两大类，即摩擦型桩和端承型桩。当桩顶荷载全部或主要由桩的侧阻力承受时，即为前者；当桩顶荷载全部或主要由桩的端阻力承受时，即为后者。现对工程中常用的各类桩基简述如下。
　　（一）灌注桩
　　灌注桩也称为现浇桩。是当前最广泛采用的桩型，据调查占总桩基工程量的80％以上。因成桩工艺不同，又可分为人工挖孔和机械成孔两种类型。由于成孔机具的迅速发展和改进，成桩效率不断提高，同时也形成了一套完善的质量保证体系。而人工挖孔成桩效率低，且存在发生人身安全的隐患等原因，目前已较少采用，有的地区已禁用或限制使用。工(民)用建筑中普遍使用的机械成孔灌注主要有三种：
　　1)机械钻孔灌注桩
　　机械钻孔灌注桩应用较广，也曾在多个工程中采用，各方对此类桩的使用效果、施工成本等指标均很满意。它属于非挤土桩型，施工中无噪音、振动小、对周围建(构)筑物无影响、对施工机械要求不高，可采用的成桩机械种类繁多，常用的多为螺旋钻。这种桩型能广泛适用于一般工程地质条件及各种建(构)筑物，桩径最小一般为300mm，常用为600～800mm，最大可达1600mm，桩长可达80m。单桩承载力较高。在工业建筑中常采用一桩一柱配置，结构简明，施工方便。
　　2)沉管灌注桩
　　沉管灌注桩属于挤土型桩，成桩时有噪音，对相临基础有影响，除岩石及碎石类土中不宜采用外，可广泛适用于各类土壤。
　　按沉管机械的不同，又可分为振动沉管、锤击沉管及锤击振动沉管。这种桩型的桩径为300～600m，桩长一般在30m以内，但也有桩长超过30m的工程实例。这种桩型成桩效率较高，沉降量小，较广泛的用于多、高层民用建筑中。
　　3)钻孔压浆桩
　　钻孔压浆桩成桩工艺与通常的灌注桩不同，但不属于预制桩型，而是现场成桩。无振动、无噪音、无挤土表现。由于其独特的成桩工艺和较好的结构性能，发展很快，已在新建、改建和加固工程中广泛应用，并表现出显著的经济效益和社会效益。成桩流程大致为：用长螺旋钻机钻孔至设计标高或规定的土层，提出钻杆，向孔内投放钢筋笼，然后投入粗粒料，最后多次重复进行高压注浆，直至孔口冒浆，成桩结束。在成桩过程中，技术关键为两次高压注浆。一次为钻孔时应视工程地质情况进行高压注浆，以加固孔壁，防止塌孔；另一次为最后的多次重复高压注浆。整个成桩过程都有完善的配套机具和对所用材料的质量要求。由于这种特殊的成桩方法，不仅施工速度快，桩长20m以内时，每班可完成10～l5根，其单桩承载力比其它灌注桩高1.5～2.0倍，因此形成单位承载力的造价也较低。
　　（二）预制桩
　　预制桩也称为打人桩。属于挤土和半挤土桩，对周围的建(构)筑物有影响。这是一种极传统而且适用性很强的桩型。一般情况下，成桩时有噪音，由于成桩工艺的改进，如近年来发展起来的大吨位静压力沉桩，既无挤动，也无噪音干扰。当前在大中城市中正在普遍推广采用大吨位静压沉桩，限制在城镇地区采用打入式预制桩。
　　1)打入式预制桩
　　这种桩型历史悠久，适用性广，多作为群桩采用。桩截面较小，一般为500mmX500mm以下。桩长可达50m，长径比一般不超过80.但长径比较大的桩相对比较经济，长径比超过100者并不少见。各地区根据实际情况都编制了通用设计，工程中采用是很方便的。为了降低噪音干扰和挤土效应，提高成桩速度，可采用预钻孔的方法沉桩。预钻孔的孔径一般为桩径的2／3，深度约为桩长的1／2左右。
　　2)高强预应力混凝土管桩
　　采用离心工艺成型，由于在工厂制作，质量可靠，混凝土等级可达C60～C80。当其外径为500～600m，壁厚为100～130mm，单根桩长不超过15m时,桩身的竖向承载力设计值可达3000～4500kN；还可采用薄壁预应力管桩,外径为300～600mm，壁厚为50～70mm，单根桩长不超过12m，其桩身竖向承载力设计值可达750～2200kN。
　　3)大吨位静压力沉桩
　　这种沉桩方法的突出优点为预制混凝土桩的发展开辟了广阔前景。目前静压力沉桩设备的静压力已达6000kN以上,并可将桩体压入强风化岩石内，使之获得较高的承载力。压桩速度一般可达0.75～3.2m／min，是一种无振动、无噪音污染，效率高、投资较低、质量可靠的成桩工艺，应推广采用。
　　二、桩型选择应注意的问题
　　（一）当天然地基承载力与沉降均不能满足要求时，应采用适量桩补充天然地基承载力不足，同时将沉降减少至沉降限定值以内:或称为（协力疏桩基础）。
　　疏桩基础由于桩往往被设计为承担高于单桩承载力标准值的荷载，有时甚至接近或达到单桩极限承载力，桩的荷载沉降关系已进入明显的非线性阶段，而且桩中心距往往大于7倍桩径，如筏基柱下布桩、条形基础或筏基墙下布桩，这时，将复合桩基视为实体基础是不恰当的。因此不能采用现有规范桩基沉降计算方法。由于桩和土共同承担荷载，疏桩基础的承载力安全系数涉及到桩和天然地基承载力和各自安全系数的确定，因此，疏桩基础的承载力安全系数也不同于常规桩基的安全系数。可参考汉森公式安全系数和魏锡克公式安全系数取值。
　　汉森公式安全系数表
　　土或荷载条件
　　
　　安全系数
　　无粘土性
　　粘土性
　　瞬时荷载（如风、地震和相当活荷载）
　　静荷载或者长期的活荷载
　　 2.0
　　3.0
　　2.02或3（视土样而定）
　　魏锡克公式安全系数表
　　种类典型建筑物所属特征土的勘测
　　完全彻底的有限的
　　A 铁路桥
　　仓库
　　高炉
　　水工建筑
　　土工建筑最大设计荷载极可能经常出现；
　　破坏的结果是灾难性的
　　3.0
　　4.0
　　B 公路桥
　　轻工业和工业建筑最大设计荷载可能偶然出现；
　　破坏的后果是严重的
　　2.5
　　3.5
　　C 房屋和办公室建筑最大设计荷载不可能出现 2.0 3.0
　　（二）桩型的选择对桩中心距的影响。
　　摩擦型桩主要通过桩侧阻力来承担桩顶荷载，当桩距过小时，桩侧阻力得不到充分发挥，此时呈现实体基础性状，群桩承载力降低，沉降加大，所以为了避免侧阻效率的降低，尤其是在深厚软土或饱和度较高的土层中，更应选用较大桩距。
　　（三）单桩竖向承载力特征值与单桩竖向承载力设计值
　　单桩竖向承载力特征值是《地基基础设计规范》所采用的术语，而桩竖向承载力设计值是《建筑桩基技术规范))所采用的术语，两者的涵义不同，所应的荷载组合效应值也不同，在新的《桩基规范》正式版以前，设计时不可混淆。
　　初步设计按土的抗力估算单桩承载力特征值时，一定要注意采取的桩端端阻力、桩侧阻力应为特征值，而不是标准值。目前一些地质勘察报告提供的一般不是特征值，而是极限端阻力标准值和极限侧阻力标准值，设计时两者不要搞错。用静载试验确定承载力特征值时，将极值荷载除以安全系数2为单桩承载力特征值。《地基规范》第3.0.4条规定，按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，相应的抗力应采用单桩承载力特征值。
　　参考文献：
　　【1】土力学地基与基础疑难释义(第二版)。中国建筑工业出版社2004北京。
　　【2】许朝阳组合桩基设计方法的探讨[期刊论文]-扬州大学学报(自然科学版)2004(3)
　　【3】建筑地基基础设计规范理解与应用．中国建筑工业出版社2004北京。