湿陷性黄土地区桩基础设计和实现土木工程专业

1、湿陷性黄土地区桩基础设计1 研究的意义 桩基础既是一种历史悠久的基础型式，又是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基础型式。城市建设立体化，交通高速化，以及改善综合居住环境已成为现代土木工程的特征。桩基技术广泛应用于土木工程的各个领域，大凡兴建规模大一些的建筑工程，都会用到桩基技术，或者作为支承建筑物重量的桩基础，或者作为基坑开挖支护结构。随着科学技术以及工程建设和工业技术的不断发展，桩的种类和桩基型式、施工工艺和设备以及桩基理论和设计方法，都有了很大的演进。由于桩基具有的承载力高、稳定性好、沉降及差异沉降小、沉降稳定快、抗震性能好以及能适应各种复杂地质条件等特点所以得到广泛的应用。然而，由于

2、土的变异性以及桩基与土相互作用的复杂性，关于桩基的理论研究仍然有许多需要完善的地方。采用桩基础，目的就是要提高地基承载力和控制建筑物或构筑物的沉降。因此桩基础的承载力分析是桩基础工程分析的重要组成部分。而影响桩基础极限承载力的主要因素是桩侧阻力与桩端阻力，所以桩侧阻力与桩端阻力的分析是桩基础工程分析的重要组成部分。2 桩的种类和桩基型式中国建筑科学研究院1主编的建筑桩基技术规范规定了桩的种类和桩基型式，2.1 按承载性状分类： 2.1.1 摩擦型桩：摩擦桩、端承摩擦桩。 2.1.2端承型桩：端承桩、摩擦端承桩。2.2 按成桩方法分类： 2.2.1非挤土桩：干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻

3、（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩； 2.2.2部分挤土桩：长螺旋压灌灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和H型钢桩； 2.2.3挤土桩：沉管灌注桩、沉管夯（挤）扩灌注桩、打入（静压）预制桩、闭口预应力混凝土空心桩和闭口钢管桩。2.3 按桩径（设计直径d）大小分类： 2.3.1小直径桩：d 250mm； 2.3.2中等直径桩： 250mm d 800mm； 2.3.3大直径桩： d 800mm。 HYPERLINK /kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&sfie

4、ld=作者&skey=金红艳&scode=金红艳;HYPERLINK /kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&sfield=作者&skey=王佳珣&scode=王佳珣2撰写的桩基分类探究，把桩基更加细致的分为以下几类：根据承台的地面位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础；按成桩方法对土层的影响可分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩；根据桩的使用功能可分为轴向抗压桩、轴向抗拔桩、横向受荷桩和复合受荷桩；根据桩的竖向荷载传递机理可分为摩擦桩和端承桩；根据桩的材料可分为木桩、混凝土桩、钢桩和复合桩；3 桩基的沉降桩基础在房屋建筑中是一种很常用的基础，在桩基设计中，最主

5、要的是确定竖桩的承载力与沉降，尽管在过去漫长的时间内，从事岩土工程的研究者和工程师们，为了精确计算和预测桩基的沉降，曾进行过大量的研究，提出过一系列的计算桩基沉降的方法，但时至今日，对桩基沉降的预估仍然不熊充分地反映真实的情况。李朝晖3撰写的桩基沉降的研究现状，对单桩和群桩的沉降计算方法进行了分类。3.1单桩的沉降分析计算 3.1.1荷载传递分析法 3.1.2剪切变形传递法 3.1.3弹性理论法 3.1.4单向压缩分层总和法 3.2.群桩的沉降分析计算 3.2.1弹性理论法 黄发安4撰写的桩基沉降分析与计算，在竖向荷载作用下的桩基础,其沉降的变形性是桩、承台、地基土之间相互影响的结果,由于地基

6、土的复杂多变性以及成桩工艺、桩型及布桩方式的多样性,桩基沉降计算历来是桩基础设计中的一个难题,因此做了以下的工作:首先,简要介绍了单桩沉降性能和沉降计算方法,分析各种单桩沉降计算方法的局限性及其应用与研究进展,对单桩沉降计算方法进行对比。其次,全面分析了群桩基础的沉降计算方法,并对群桩沉降计算方法进行评价。再次,分析了湿陷性黄土地区桩基的负摩擦力和沉降计算方法。依据规范推荐的桩基沉降计算方法编制了桩基础沉降计算软件,并结合工程实例验证软件的可靠性,分析了湿陷性黄土地区负摩擦力对桩基沉降的影响。HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfie

7、ld=au&skey=刘争宏&code=刘争宏，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=郑建国&code=郑建国，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=张继文&code=张继文，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=戚长军&code=戚长军5撰写的湿陷性黄土地区桥梁桩基工后沉降计算方法研究，针对高速铁路工后沉降要求严格,湿陷性黄土地区桩基由于

8、浸水引起的附加沉降计算研究不充分的现状,以现场大型桩基浸水试验结果为基础,分析了桩基浸水附加沉降的产生机理,提炼出湿陷性黄土地区高速铁路桥梁桩基工后沉降计算模型,提出了工后沉降计算方法研究表明,浸水附加下沉是湿陷性黄土地区桥梁桩基需主要考虑的工后沉降,工后沉降可能比工前沉降大得多,桩身压缩沉降是沉降的主体,混凝土蠕变在沉降计算中不可忽略;通过荷载传递理论计算浸水前桩身轴力分布,假定浸水后桩侧阻力和桩端阻力同步发挥获得浸水后的桩身轴力分布,据此可分别计算构成工后沉降的桩身弹性压缩桩身蠕变和桩端沉降。4 桩基负摩擦力的影响桩基础是将上部荷载传递给桩侧和桩底端以下的土(或岩)层，采用挖、钻孔等非挤土

9、方法而成的桩，在成孔过程中将土排除孔外，桩孔周围土的性质并无改善。试验研究资料表明，设置在湿陷性黄土场地上的桩基础，桩周土受水浸湿后，桩侧摩擦力大幅度减小，甚至消失，当桩周土产生自重湿陷时，桩侧的正摩擦力迅速转化为负摩擦力。因此，在湿陷性黄土场地上，不允许采用摩擦型桩，设计桩基础除桩身强度必须满足要求外，还应根据场地工程地质条件，采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩(包括端承桩和摩擦端承桩)，其桩底端以下的持力层：在非自重湿陷性黄土场地，必须是压缩性较低的非湿陷性黄土(岩)层；在自重湿陷性黄土场地，必须是低压缩性的非湿性土黄(岩)层。这样，当桩周的土受水浸湿，桩侧的正摩擦力转化为负摩擦力时，便可由桩

10、底的下部非湿陷黄土(岩)层所承受，同时桩基地基也不致因浸水引起湿陷，以保证建筑物的安全与正常使用。HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=鹿群&code=08903957;08892776;12931923;08920639;鹿群，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=张岳文&code=08903957;08892776;12931923;08920639;张岳文，HYPERLINK /kcms/detail/search.a

11、spx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=郑述海&code=08903957;08892776;12931923;08920639;郑述海，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=张润泰&code=08903957;08892776;12931923;08920639;张润泰6撰写的桩基负摩擦力的成因、机理与危害分析，就桩基负摩擦力的成因,机理与危害进行了深入的分析,并提供4种桩负摩擦力的估算方法和减小桩负摩擦力的方法。并对发生负摩擦力的情况进行了全面的介绍和分析。罗宇生7撰写的湿陷性黄土场

12、地上的桩基础，提出我国在湿陷性黄土地区先后采用悬吊法和在桩体内埋设滑动测微计等方法，对端承型桩的摩擦力和端承力进行了较系统的试验研究，试测结果表明，桩周的湿陷性黄土受水浸湿以前，桩顶上的荷载由桩侧的正摩擦力和桩底端土的反力共同所承受，桩周土受水浸湿以后，在自重湿陷性黄土场地，桩侧的正摩擦力显著降低，甚至消失，桩顶上的大部或全部荷载由桩身传给桩底端的持力层所承受。故单桩的侧摩擦力和端承力均应按饱和状态下的土性指标确定。在自重湿陷性黄土场地，当桩周土层受水浸湿产生自重湿陷时，其相对位移远远大于桩的下沉量，因而沿桩身侧面产生向下作用的负摩擦力，此负摩擦力相当于给桩施加一个向下的附加荷载(简称下拉荷载

13、)，并与桩顶上的荷载全部由桩身传给桩底端的持力层所承受。确定单桩承载力时，除不计算湿陷性土层范围内桩侧的正摩擦力外，并应扣除桩侧的负摩擦力。HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=陈志辉&code=20024242;陈志辉，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=陆永强&code=20024242;陆永强，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=

14、朱伟强&code=20024242;朱伟强8撰写了桩基负摩擦力浅析，分析了负摩擦力产生的原因,总结了桩侧负摩擦强度和中性点位置的确定办法。对比分析了竖向受压桩和堆载作用下桩基负摩擦力的性状,并通过有限单元法建立简单模型,定量地比较了竖向受压桩桩侧极限摩阻力与堆载作用下桩侧负摩擦力的大小。5 承台设计中国建筑科学研究院9撰写的混凝土结构设计规范，采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量承台的可靠度采用以分项系数表达的极限状态设计表达式对承台进行设计。 HYPERLINK /kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&sfield=作者&skey=袁伦一

15、&scode=袁伦一10撰写的桩基承台设计方法浅谈，介绍了目前国内桩基承台的计算方法可以概括为两种体系：梁式体系和撑杆加系杆体系。罗君东11撰写的关于桩基承台设计方法的商榷，提出桩基承台的受力分析不宜采用弯曲理论,而应建立以剪切破坏为主的力学模型,运用桁架理论来加以分析。在此基础上建立的计算方法,预计可比现行规范建议的方法节省材料达3040。HYPERLINK /kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&sfield=作者&skey=岑国基&scode=岑国基，HYPERLINK /kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&s

16、field=作者&skey=邱岳&scode=邱岳12撰写的桥梁桩基承台设计，提出几个目前桥梁桩基设计的问题，如：承台剪力及弯矩计算的截面控制；剪应力的提高系数；钢筋布置及其锚固型式要求等等。并对部分桩基设计问题给出合适的解决办法。6 总结分析综合分析目前的研究资料，在湿陷性黄土地区，不允许采用摩擦型桩。在自重湿陷性黄土场地，当桩周土层受水浸湿产生自重湿陷时，桩顶上的荷载全部由负摩擦力和桩身传给桩底端的持力层所承受。而桩基础的沉降计算由于地基土的复杂多变性以及成桩工艺、桩型及布桩方式的多样性,桩基沉降计算历来是桩基础设计中的一个难题，时至今日，对桩基沉降的预估仍然不熊充分地反映真实的情况。但是

17、，严格按照规定设计，精心的计算，高度重视关键步骤，细致分析实验数据，就能完成设计计划。 参考文献1中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范S.中国建筑工业出版社.2008.2HYPERLINK /kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&sfield=作者&skey=金红艳&scode=金红艳;HYPERLINK /kns/popup/knetsearchNew.aspx?sdb=CJFQ&sfield=作者&skey=王佳珣&scode=王佳珣.桩基分类探究J.硅谷.2009.3李朝晖.桩基沉降的研究现状J.岩土工程.2006.4黄发安.桩基沉降分析与计算J.岩

18、土工程.2006.5HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=刘争宏&code=刘争宏，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=郑建国&code=郑建国，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=张继文&code=张继文，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=戚长军

19、&code=戚长军.湿陷性黄土地区桥梁桩基工后沉降计算方法研究J. 岩土工程学报.2013.6HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=鹿群&code=08903957;08892776;12931923;08920639;鹿群，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=张岳文&code=08903957;08892776;12931923;08920639;张岳文，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=郑述海&code=08903957;08892776;12931923;08920639;郑述海，HYPERLINK /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=张润泰&code=08903957;08892776;12931923;08920639;张润泰.桩基负摩擦力的成因、机理与危害分析 J.河北建筑科技学