软弱地基中桩基础的设计及应用实例胡家平

胡家平

摘要：大多数的高层建筑与多层建筑均采用桩基础，而且对于地质条件不好的软弱土层，部分低层建筑也会采用桩基础作为建筑基础的形式。本文对软弱地基中桩基础的设计及应用实例进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：软弱地基；桩基础；桩基础设计

一、软弱地基处理的意义

地基是指地层中直接承受建筑物等荷载的那一部分，分为天然地基也人工地基。天然地基是指地质条件良好，可直接在其上修建筑建筑物，而不用进行加固处理。但是，在工程施工过程中，不可避免的要遇到地质条件不好的软弱地基，如果对这种情况地基不加以加固，那么它的承载力不能满足设计需要，则不能够在其上进行建筑施工。随着科学技术的不断发展，高层建筑或其它大载荷建筑日益增多，则其对地基的要求也日趋严格，所以，以往在普通情况下被评定为良好的天然地基，在特定的情况下依然也不能满足要求，必须采取必要的手段与技术进行处理。人工地基就是指经过人工加固后形成的地基，对地基进行处理就是指对不能满足设计所规定的的承载力和变形要求的软弱地基进行人工处理，通常也称其为地基的加固。

软弱地基处理的具体意义在于下面几个方面：1、对软弱地基进行改造和加固，改善地基土的剪切特性、压缩特性、渗透特性、动力特性。2、提高软弱地基的强度从而降低其压缩性，同时增强软弱地基的稳定性，减少地基的沉降和不均匀沉降。3、软弱地基经过处理后，防止各类建（构）筑物倒塌、下沉、倾斜等恶性事故的发生，确保上部基础和建（构）筑物的使用安全和耐久性。4、预防发生地震时软弱地基的震动液化并且同时要消除区域性土的湿陷性、膨胀性以及冻涨性对建筑物的影响。

二、桩基的作用及功能

桩是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件或支护构件，与连接桩顶的承台组成深基础，简称桩基。桩的分类，工程上一般按桩的功能或成桩工艺进行分类。如按功能桩可分为：摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩、抗侧压桩(围护桩、抗滑桩、锚桩)、抗拔桩等。还有以地基加固为主的桩型，如：砂桩、碎石桩、树根桩、水泥土搅拌桩等。很多建筑物或构筑物同时承受拉力与压力的作用，或者共同承担竖向荷载与水平荷载。所以按照成桩工艺大至可分为：打入桩、灌注桩(沉管灌注桩、钻孔灌注桩、冲孔灌注桩等)和静压桩。桩的多种类型以及丰富的功能，使得它几乎可以用于各种地质条件和各种类型的工程中。不同的桩基以其不同的工作机理和特点来适应某一特定的工程。因此采用什么桩型和如何充分发挥桩基的潜力是桩基设计中首先要考虑的问题。

三、建筑桩基础工程常用的施工技术

1、钻孔灌注桩施工技术

内部放有钢筋笼、灌注混凝土的桩孔的形成是靠机械设备来完成的，即为钻孔灌注桩技术，它是一种按方法定义的桩类型。与打入桩方式不同，钻孔灌注桩是先成孔后成桩，通过面向桩体方向移动的土体从而对桩产生动态压力，采取适合的桩距以防止坍孔和缩径。成孔的垂直精度是验证灌注桩的顺利实施的主要指标，可利用扩大桩机的支撑面积使桩机稳固、定期核实钻架和钻杆的垂直度等措施以保证其精度，成孔后必须及时拆掉钢筋前作井径、井斜超声波测试等设备。控制护筒中心与桩位中心线偏差不超过50mm，并检查回填土是否严实，以避免漏浆现象的发生。同时为精确把握钻孔深度，可在桩架固定后实时记录底梁和桩具之间的长度，根据钻杆在钻机上的多余长度来确定成孔的实际操作深度。

2、静力压桩施工技术

静力压桩施工技术是利用静力压桩机，以压桩机的自重及桩架上的配重对预制桩作反力，将其压入土中的一种沉桩工艺。由于静压桩是挤土桩，其在压桩的过程中极易破坏土层的结果，产生超空隙水压力。因此，在使用静力压柱施工技术时，不宜中途停顿，应持续进行。该技术不仅具有无振动、工艺简明、无冲击力、质量可靠、造价低廉、无噪音、检测方便等优点，同时还能节约混凝土和钢筋，降低建筑工程成本，因此，非常适用于高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层区建筑。

3、人工挖孔桩施工技术

人工挖孔桩技术是灌注桩的一种，其也是灌注桩中较为特殊的一种桩基础技术，这种技术主要是依靠人完成的，其特点主要有成本低，质量好，并且制作流程简单，并且也不会对周围的施工环境及生态环境造成应影响，因此在土建工程中常常说人工挖孔桩技术是一种环保健康、经济的技术。在施工的过程中（见下图）0，首先应该对已挖桩底进行扩孔，其扩孔的大小根据水流量进行控制，在透水层应该注意适当进行布置环状钢筋圈，然后进行回填混凝土，在混凝土施工后，应按照设计的直径进行开挖穿过透水层。对于桩孔护壁混凝土应该保证每挖一节就应该立即进行建筑混凝土，然后捣实，其中混凝土的强度应该控制在C20，坍塌度应该控制在100mm，以保证其稳定性。

四、桩基础技术原理与处理方式

常规建筑物以及受水平力影响比较小的高层建筑群桩基础，在计算柱、墙后者是筒群桩当中基桩或者是符合基桩桩顶的作用效应时，可以参考下述公式。在轴心竖向力作用为，在偏心竖向力的作用下为，在水平力作用下的为上述公式当中，Fk为荷载效应的标准组合下，作用在承台上的纵向力。Gk是桩基承台以集承台上自动的标准值。Nk属于集装或者是复合基桩的纵向力平均值。Nik是施工现场第i个基桩或者是复合基桩纵向力。Mxk与Myk分别代表了荷载效应的标准组合下作用在承台底面并且通过桩群的X及Y主轴力矩。上述公式当中，Xi、Xj、Yi、Yj四项值，其中i、j基桩或者是复合基桩到Y及X之间的距离。Hk则代表作用在桩基承台地面的水平力，而Hik代表了作用在i基桩或者是符合基桩上的水平力，而n则统一代表了工程当中桩基的数量。在进行桩基竖向承载力计算的时候，首先可以计算在和效应标准组合下的轴心竖向力。，在偏心竖向力的影响下，首先需要满足，其次还要满足。在地震作用效果以及荷载效应的标准组合效果上，在轴心竖向作用的影响下，，在偏心竖向作用的影响之下，考虑，还必须要满足。上述公式当中，Nk为荷载效应标准组合的轴心竖向作用之下，基桩或者是符合基桩自身的平均竖向力。其中代表了荷载效应标准组合之下联合偏心竖向作用的桩顶竖向力。则代表在地震影响以及何在影响之下，基桩或者是符合基桩二者的竖向力。而R则代表基桩或者是复合机装在竖向承载力上的特征值。如果按照单桥的探头静力触探资料对混凝土预控制标准值进行确定时，如果工作人员没有相关工作经验，可以使用下述方式进行计算。如果，则该公式当中，二者分别代表了总极限侧阻力的标准值以及总极限方向的阻力标准值。公式中，代表了使用静力触探的方式将估算值灌入到i层的土层当中的极限侧阻力，而则代表了庄周中i层图自身厚度。α代表桩端的阻力修正系数，可以按照工程的实际情况进行取值。代表桩端周围精力触探贯入标准值。Ap代表实际桩端面积。如果施工所在地区属于密实砂土层，在进行阻力灌入时，平均值若超出20Mpa，就需要将对应系数进行折减，再对P进行计算。

五、实际应用

勘察报告测试结果如下：地基土分为，砂土层，粉土层，粘土层，粉质粘土层，平面分布上成因、岩性、状态明显不均，按照《建筑工程抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.1.1条，属于抗震不利阶段。本次勘察探井I级土样的湿陷性试验结果，结合场地周边其它的建筑物的勘察报告，第1层湿陷性黄土为构成本工程湿陷的主要土层。场地的稳定性及适宜性：据本次勘察结果及区域地质资料，场地及场地附近无全新活动地断裂，属于稳定地层，场地无崩塌、滑坡、泥石流等危及本工程安全的其它不良地质作用。

利用公式计算桩的单桩竖向承载力，，桩径500mm，计算出单桩竖向承载力特征值为1600KN，与实际试桩报告测出单单桩竖向承载力特征值相符。即实际在应用中桩的利用率达到80%。计算出单桩的水平承载力特征值为200KN，与实际试桩报告相符。

想要保证桩基础的实际使用效果与正确性，首先需要对参数以及内力进行计算。在参数方面，该工程柱下采用四桩承台的承台总长为3300m，承台的总宽为3.300m，承台截面高度为0.900m。在内力计算方面，工程柱下其中每根桩的净反力设计值都可以通过，这两个公式进行计算。

对单根柱下四桩承载力计算出的单桩承载力如下N1=1287KN，N2=1267KN，N3=1280KN，N4=1350KN，单桩最大遂平承载力为15.6KN，经计算桩承载力达到桩身利用率75%左右。可以通过这桩基础对该小区的地基进行加固，保证工程的施工质量以及安全性。

结束语

本文针对当前我国软弱地基中桩基础的设计及其应用进行分析，先提出了进行软弱地基处理的意义以及桩基作用功能，之后从软弱地基处理、桩基础技术原理与处理方式以及实际应用三方面对设计及应用进行分析。

参考文献

[1]黎力.夯扩桩复合地基改善地铁车站地基沉降特性的研究[D].北京交通大学,2014.

[2]李涛.桩端为强风化岩刚性桩复合地基承载特性试验研究[D].中国建筑科学研究院,2014.

[3]郭铭磊.基于Midas-SoilWorks的水平荷载作用下群桩基础的P-Y曲线研究[D].太原理工大学,2014.

[4]杨志武.天津地区钻孔灌注桩后注浆技术与工程应用研究[D].中国地质大学（北京）,2014.