高层建筑桩基础施工及沉降技术分析

高层建筑桩基础施工及沉降技术分析

方懈

苏州开普岩土工程有限公司苏州215168

摘要：随着国民经济发展水平的提高，城市中各类高层建筑拔地而起，作为建筑的基础在整个投资中占据了相当大的比例，建筑物的基础经常采用桩基础的形式。文章对桩基结构设计与沉降进行相关分析。

关键词：结构设计;桩基础研究;沉降分析

随着现代建筑业的飞速发展和科学技术的进步，高层建筑的基础部分在整个建筑投资中占据很大的比例，因此如何选择合理的桩基础形式对于保证安全、节约投资、降低造价起着举足轻重的作用，这就要求我们设计人员对每个建筑的勘察报告要进行仔细分析选择一个最优化的基础方案。

1、桩基结构设计

1.1桩基选型与技术措施

桩基设计中，基地质土为淤泥上层土层又较薄时需要采取避免施工中对淤泥和淤泥土扰动的措施。要是杂填土，建筑物垃圾废料，当均匀性和密实度较好时均可利用作为持力层，对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土未经处理不能作为持力层。如果在选择地基处理方法时，应综合工程地质和水文地质条件、建筑物对地基要求，建筑结构类型和基础型式，施工条件等因素经过技术经济指标比较分析后择优采用。

地基处理中须采取有效措施，加强上部结构的刚度和强度以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力，对已造定的地基处理方法要进行必要的测试同时为施工质量提供相关依据。地基处理后，建筑地基变形应满足现行有关规范要求，并在施工期间进行沉降观测。

常用的地基处理方法有：换填基层法、强夯法、沙石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤压桩法和土挤密桩法等。

地基基础处理方案应根据工程地质和水文地质条件，建筑物类型与功能要求，荷载大小和分布情况，相邻建筑基础情况，施工条件和材料供应以及地区抗震裂度等综合考虑，选取合理的基础型式。

1.2桩基设计中桩型、桩长的设计

桩基设计中桩型和桩长的选择对于桩基础设计十分重要，科学合理的选择桩型、桩基能够产生巨大的经济效益。

例如，在一次住宅设计中，由于时间紧迫，甲方要求采用D400的预应力管桩，又根据地质报告资料显示，将桩长定为16m，单桩承载力极限标准值为800kN，预算基础部分造价约为150元/m2，根据经验，预算偏高。因此，经过考察当地情况，了解当地设计经验后，最终决定设计桩长不变，将桩型改为300×300的预制钢筋混凝土小方桩，单桩承载力极限标准值650kN，而当地预制小方桩的施工价位价钱比较低，整个基础造价降低很多且符合本项工程的要求。因此节约了施工成本。

因此，设计桩基础时，要准备多种桩型和桩长的桩以供选择，对方案进行预算成本的比较，选择既能满足工程要求又具有很好的经济效益的方案。

2、减少沉降桩基础之研究

1986年R.W.Cooke总结了他对伦敦硬土地区高层建筑桩基础研究的几十年成果，认为按照目前强度控制的桩基常规设计方法设计的桩基础的实际的安全系数要远大于设计中所取的2或3，并且指出“在桩基础纯粹用来减少基础沉降的地方均质土中模型桩的试验表明，在桩间距为4倍桩径时再加入更多的桩并不能显著地减少沉降。试验结果和分析方法均表明，6倍桩径或8倍桩径的桩间距几乎与小桩径时一样有效”。

因减少沉降桩基础所具有的巨大经济效益在我国得到了更大的重视，所以进行了更多的工程实践。

九十年代初某市建筑设计院某工程师基于充分利用地区浅埋硬土层良好承载力的考虑，提出了疏桩基础的设计思想，提出对由传统桩基设计所确定的桩的数量和间距进行精减与疏布。他认为，在饱和软土地基中，地基土对桩的容量存在一个“最佳桩容量”，对应于这个“最佳桩容量”时的建筑物沉降为最小，但目前由于还处于推广疏桩基础的阶段，他建议疏桩率以控制在30%-45%为宜。但应指出，疏桩的设计目的主要着眼于利用浅层硬土层的承载力，而后者是指完全按照沉降控制的原则确定桩数，从理论上来说不存在可以预先确定的“疏桩率”。

显然，减少沉降桩基础所具有的控制沉降性态是桩土相互作用体系内各桩及土相互作用的结果，因此按沉降控制设计桩基础的理论和方法必须充分考虑桩—筏—土系统内的相互作用问题，使桩数、桩长和基础板的设计与实际土的性态与分布及基础的沉降和稳定等要素直接联系起来。

3、桩的沉降分析

3.1弹性理论法

弹性理论法的群桩沉降分析是以Minidlin解的唯一和应力解为依据形成的位移法和应力法。此外还有一种简化的弹性理论法求位移，以应力法中子桩侧面摩擦力为线性，将单桩分析的理论进行叠加得到桩群的计算方法。

3.2实体深基础法（等代墩基）

现代公路桥梁工程设计中计算群桩沉降的方法常用的一种就是实体深基础法，它是把高承台下的桩群和土层作为一个等效墩基的实体深基础，不超过这个等代墩基的范围，桩群如同实体墩基般工作并且桩间土层不发生压缩，最后利用扩展的计算方式得到群桩的沉降。

根据选用的假定实体基础底面的点不同以及附加应力和地基土性质的不同，可使用计算不同的模式。为了消除这些差别对计算的影响可采取以下措施进行预防：

（1）变动假定实体基础底面的位置，注意桩基础之间土层发生压缩的可能性。

（2）在群桩顶部外面以固定斜率增大假定实体基础底面的面积，注意群桩基础周围剪应力的影响。

（3）根据半无限弹性体内集中力的公式扩展出一系列的计算荷载下附加应力的方法，可以改善地基土层附件应力的计算准确度。

4、等效作用分层总和法

1940年，我国的工程专家黄强、刘金砺两位首先提出了等效作用法，不久，此法被桩基技术规范采用，来进行对均匀土质的土层中群桩沉降的Mindlin解和均匀负荷承载下的矩形基础的Boussinesq解之间的比值进行计算，得出结论修正等代墩基的附加应力。最后依据分层总和法求得群桩的沉降。

5、结束语

桩基工程是一繁重而复杂的过程，我们设计人员一定要考虑到每一个环节，统筹兼顾，从各方面使之合理化。好的设计不仅仅是要保证建筑物安全，更要使设计经济合理。

参考文献：

[1]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].中国建筑工业出版社，2002.

[2]GJ79-2002建筑地基处理技术规范[S].中国建筑工业出版，2002.

[3]催可睿.岩土工程实用手册[M].化学工业出版社，2007，8.