第11节-桩基的常见设计问题

建筑地基基础设计方法及实例分析第七章桩基础第十一节桩基的常见设计问题分析【要点】本节说明桩基设计中的主要问题，主要涉及：桩型的选择、基桩承载力特征值的确定、工程桩的检测、人工挖孔灌注桩的施工、群桩承载力的折减及抗浮桩选用中的相关问题等。对挤土桩应注意采取减少挤土效应的措施。一、应采用试验桩确定单桩竖向抗压承载力特征值的工程，采用估算的承载力特征值设计1．原因分析1）对采用试验桩确定单桩竖向抗压承载力特征值的重要性认识不足，对由于地质情况的差异可能对基桩承载力的影响估计不足，将一般工程经验作为结构设计依据；2）工程工期紧，造成而挤占试桩工期。2．设计建议1）作为结构设计的依据性资料的单桩竖向抗压承载力特征值，应严格按相关规范要求，通过试验桩确定；2）对较大规模的桩基工程，一般应先进行桩的破坏性试验，以便为桩基设计提供依据，同时提供桩基施工的基本参数和关键工序。工程桩施工后应进行工程桩的复核性试桩；3）当工期紧张时，可先期在现场或地质条件相同的附近场区进行试桩；4）确有依据时，也可只进行工程桩施工后的复核性检测，但结构设计时一定要考虑承载力不足时的加桩可能性。二、对试验桩和工程桩采用相同的试验要求1．原因分析1）工程桩施工前一般先应进行试验桩施工，试验桩施工的根本目的在于确定适合工程场地地质情况的最佳施工控制方案可关键工序的控制要点，作为工程桩施工的质量控制标准和依据，同时对工程桩施工中可能出现的问题，提供处理预案；2）和工程桩施工不同，试验桩在于发现问题，带有一定的探索性质，试验桩的施工及试验，可以为工程桩的设计与施工提供准确的第一手资料，作为工程桩设计及施工的依据，可以最大程度上解决工程桩施工过程中可能出现的问题，避免出现因设计依据的改变而影响结构方案，并耽误工期；3）为最大限度的了解基桩的极限承载力，以提高单桩承载力，节约桩基费用，试验桩设计及检测，应能满足上述功能的要求，桩身的极限承载力要求及试验的最终加载要求应高于工程桩，并对可能发生的意外情况应有足够的估计；4）工程桩的施工，是在试验桩基础上的施工，基桩施工中的主要问题在试验桩施工时已暴露并解决；5）和试验桩试验不同，工程桩的试验属于复核性检验，检验的是施工质量是否满足设计要求，基桩的承载力是否满足设计要求；工程桩量大面广，工程桩的设计及检测，以满足建筑地基基础设计方法及实例分析第七章桩基础上其特定的基本功能为目的，桩身的极限承载力要求及试验的最终加载要求应低于试验桩。2．设计建议1）应根据桩的极限承载力确定试验桩的桩身强度要求，并考虑可能出现的意外情况适当留有余地，不能因为试验桩极限承载力的不足而影响桩的承载力的确定，避免造成大面积的浪费；2）试验加载的最大量值应根据试验桩的极限承载力确定，并考虑不小于20%的加载余量；3）试验桩应加载至破坏，并作出完整的Q-s曲线；4）工程桩的桩身强度应以单桩承载力特征值为依据（一般不小于单桩承载力特征值的2倍）；5）工程桩的试验加载应以单桩承载力特征值为依据（一般不小于单桩承载力特征值的2倍），以工程桩满足2倍的单桩承载力特征值为终止检验的依据，当工程桩的承载力不满足设计要求时，应采取钻芯检测、后注浆或补桩等措施解决。6）一般情况下试验桩和工程桩不应采用相同的检测要求。三、高度很高的高层建筑及超高层建筑，仍采用离散性较大的桩型1．原因分析1）影响基桩承载力稳定性的主要原因有：基桩材料的均匀性、地基的稳定性和均匀性；2）很高的高层建筑及超高层建筑一般都有很大的基底压力，对基桩的稳定性提出了较高的要求。2．设计建议高度很高的高层建筑，对地基承载力和变形要求比较高，应采用承载力稳定的离散性较小的桩型（避免采用复合载体夯扩桩、挤扩支盘灌注桩等离散性较大的桩型）。四、有很厚砂层的场地采用预制桩1．原因分析采用锤击或静压法施工的预制桩，遇有砂层时，沉桩困难，砂层较厚或遇中密以上砂层时，无法沉桩。2．设计建议1）预制桩施工前应进行预打（对静压桩进行预压），为工程桩施工提供施工控制参数及特殊情况下的处理方法；2）对难以穿越的砂层，必要时应采用“引孔送桩法”施工；3）分布均匀且层厚较大（如厚度≥4m时）的密实砂层，一般情况下不宜穿透，可考虑作为桩基持力层的可行性。五、挤土效应很大的场地，采用锤击桩或静压桩未采取减少挤土效应的措施1．原因分析1）预制桩的沉桩过程中，当桩较密集时，挤土效应明显并伴随大范围的地面隆起，当建筑地基基础设计方法及实例分析第七章桩基础地基为饱和淤泥、淤泥质土及粘性土时，挤土效应更为明显，地面隆起量也大；2）地面隆起在桩顶附近产生的负摩擦力，从而降低基桩的竖向承载力。2．设计建议为避免和减少沉桩的挤土效应和对邻近建筑物及地下管线的影响，应采取相应技术措施：1）预钻孔沉桩，孔径约比桩径（方桩为对角线长度）小50~100mm，深度根据桩距、土的密实度、渗透性而定，深度宜为桩长的1/3~1/2，施工时宜随钻随打；2）设置袋装砂井或塑料排水板，以消除部分地面超孔隙水压，减少挤土现象；3）开挖防震沟以消除部分地面振动；4）控制打桩速率；5）沉桩结束后，宜普遍实施一次复打。6）沉桩过程中应加强对对邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。六、基桩设计时，未考虑试桩对工程桩的试桩要求1．原因分析1）“基桩检测规范”对工程桩试桩的加载要求如下：（1）进行单桩竖向抗压静载试验时，加载量应不小于设计要求的单桩承载力特征值的2倍；（2）进行单桩竖向抗拔静载试验时，加载量应按设计要求确定最大加载量（一般取单桩抗拔承载力特征值的1.3倍）；2）试桩数量应满足表7.8.4的要求。2．设计建议1）桩身强度应满足抗压（或抗拔）静载试验的要求（即桩身强度不应小于单桩竖向抗压承载力特征值的2倍，单桩抗拔承载力特征值的1.3倍）；2）工程桩兼作试桩的锚桩时，应同时满足抗压桩和抗拔桩的桩身强度要求。七、采用梁板式筏基时，满堂布桩1．原因分析在梁板式筏基中，地基梁与筏板的刚度差异比较大，采用满堂布桩时，由于筏板的刚度较小，一般很难实现梁板同时作用的设计构想，在上部荷载作用下，由于基础梁刚度很大，常容易造成板下桩“偷懒”，严重者有可能导致梁下桩的首先破坏，从而造成板下桩的破坏，造成对工程桩的各个击破现象，严重威胁结构安全。2．设计建议1）梁板式基础应尽量在基础梁下布桩；2）必须在板下补桩时，应加大筏板的厚度，使筏板具有合适的刚度，以保证板下桩能与基础梁下桩一样承担上部结构荷重；3）梁板式筏基中当筏板刚度较小时，不应该采用均匀布置的满堂桩方案。建筑地基基础设计方法及实例分析第七章桩基础八、基桩设计时，未考虑群桩承载力的折减要求1．原因分析1）两桩以上（含两桩）的基桩组成的桩基础称为群桩基础；2）在摩擦型群桩基础中，桩顶荷载的一部分由桩周围的摩擦力承担，并扩散到桩端下的土层上，由于群桩间应力的相互重叠使中部基桩下土的应力大很多，压缩层厚度也较单桩的大很多，群桩的承载力（折算成每根单桩的承载力）也较单桩承载力下降较多；3）低桩承台的群桩比无承台群桩的承载力提高约25%左右。2．设计建议1）对9桩以下的群桩，基桩的承载力特征值取单桩承载力特征值；2）对9桩以上的群桩，除按照单桩承载力特征值确定外还应按假想的实体基础进行验算。九、人工挖孔灌注桩施工前，不进行试孔1．原因分析人工挖孔灌注桩施工前进行试孔的主要目的在于：核对地质资料，并检验成孔设备、施工工艺及技术要求是否适宜等；2．设计建议1）当出现孔径、垂直度、孔壁稳定等检验测试指标不能满足设计要求时，应拟定补救措施或修改施工工艺。2）施工前试孔的数量不少于2个。十、带裙房高层建筑中，当地下水位较高时对超补偿基础的裙房采用抗拔桩抗浮1．原因分析1）高层建筑与裙房之间不设缝时，由于高层建筑基础底面的附加应力很大，常导致高层的沉降量较大，而裙房则多为超补偿基础（基底处土的自重应力大于基底的总压力）或基底附加压力很小的补偿基础，裙房的沉降量值（对超补偿基础为地基的回弹再压缩）很小；2）如果因为抗浮设计需要而将裙房部分设置抗浮桩时，由于抗浮桩的支撑作用，裙房的沉降将受到很大的限制，反而会加大高层与裙房之间的沉降差。2．设计建议1）与高层建筑不分缝的裙房，其抗浮设计应优先考虑采用自重平衡法或浮力消除法，避免采用抗力消除法（见第四章第三节之特别说明）；2）高层与裙房一体时，当主楼采用桩基础且总沉降不大时，裙房也可采用抗拔桩。十一、桩基设计的其他关注点1．嵌岩桩不一定就是端承桩按表7.1.7，端承型桩可分为端承桩和摩擦端承桩，对桩周土质较好的端承桩，可适当考建筑地基基础设计方法及实例分析第七章桩基础虑桩周土体的摩擦力，避免采用按端承桩设计导致嵌岩深度加大，工期延长，桩基费用增加的问题。2．挤土沉管灌注桩不应用于高层建筑由于挤土沉管灌注桩的挤土效应，造成断桩、缩颈、上浮，事故频发且严重，如东北某会展中心全部桩报废，云南某大厦筏板开裂不得不采取加固处理等。3．预制桩的质量稳定性不一定高于灌注桩1）应注意下列三点对预制桩质量稳定性的影响：（1）沉桩的挤土效应；（2）无法穿透较厚的硬夹层，桩长度受地质条件的限制；（3）单桩承载力可调范围小，难以实现变刚度调平设计。2）预制桩的质量稳定性高于沉管灌注桩。4．应关注特殊情况下的人工挖孔灌注桩质量1）地下水位以上的人工挖孔灌注桩可实现彻底清孔、对桩底持力层进行直观检查，无断桩、缩颈等现象的隐患；2）地下水位以下的人工挖孔灌注桩施工应注意：（1）边挖边抽水，桩周土的细颗粒极易流失，造成地面下沉，乃至护壁整体脱落。尤其应注意检查细颗粒流失后造成的局部空隙，并进行局部处理，否则，影响基础施工。深圳某高层住宅工程，由于为及时检查并发现人工挖孔灌注桩施工造成的局部空隙，当基础底板混凝土（一般厚度和自重较大）浇注时，造成局部塌陷；（2）邻近新灌注的混凝土桩抽水，水流带走桩身水泥，造成离析；（3）在流动性淤泥中挖孔，极易引起淤泥的侧向流动，导致土体失稳滑移，将桩体推歪、推断；3）人工挖孔灌注桩施工前不进行试孔，对复杂场地情况缺乏必要的了解，没有制定突发事件的应急处理预案，处理不当，留有后患。5．并非所有的灌注桩都需要扩底1）岩石地基承载力特征值af＞cf（cf为桩身混凝土强度设计值）时，不用扩底；2）桩侧土较好、桩长较大时，扩底即损失扩底端以上部分的侧阻力，又增加扩底费用，可能得失相当或得不偿失；3）将扩底端置于有软弱下卧层的薄硬层上，加大了桩基的沉降。6．当承台范围不变时，加桩不能提高摩擦型群桩基础的总承载力群桩效应对摩擦型群桩基础的总承载力影响很大，通常需考虑群桩基础周边的摩擦力并按整体深基础验算，因此，在承台面积不变时，应考虑通过改变桩长、桩径或采用后注浆技术等措施，提高桩基的承载力，而不能采用简单加桩的办法。