桩基岩土工程问题分析

2022/10/2715.3桩基岩土工程程问题分析在房屋建筑与与构筑物的基基础设计中，，桩基是常用用形式之一。。桩基具有施工工方便、承载载力高、沉降降量小等优点点。一、桩基类型型及持力层的的选择桩的种类很多多，但在房屋屋建筑与构筑筑物的桩基础础设计中，常常用灌注桩和和预制桩。灌注桩——沉沉管灌注注桩、大直径径桩（钻孔、、人工挖孔孔）、扩孔灌灌注桩等。桩基持力层选选择在稳定的的硬塑—坚硬硬状态的低压压缩性粘性土土和粉土层，，中密以上的的砂土、碎石石层，微、中中风化的基岩岩。第四系土土层作为桩端端持力层其厚厚度宜超过6～10倍桩身2022/10/27直径或桩身宽宽度；扩底墩墩的持力层厚厚度宜超过2倍墩底直径径；如果持力力层下卧软弱弱地层时，应应从持力层的的整体强度及及变形要求考考虑，保证持持力层有足够够厚度。此外外，对于预制制打入桩来说说，还应考虑桩能能顺利穿过持持力层以上各各地层的可能能性。二、单桩承载载力的确定在房屋建筑与与构筑物的桩桩基础中，一一般以受竖向向荷载为主，，故单桩承载载力常指的是是单桩竖向承承载力。单桩桩承载力一方方面取决于制制桩材料的强强度，另一方方面取决于土土对桩的支承承力，大多数数情况下，桩桩的承载力都都是由土的支支承力控制的的。因此，如如何根据地基基的强度与变变形确定单桩桩承载力是设设计桩基础的的关键问题，，根据土对桩桩的支承力确确定单桩承载载力的方法，，主要有静荷载(桩载)试验与静力分分析(半经验公式计计算)两种方法。2022/10/27静力分析法主主要是根据原原位测试资料料或土的物理理性质指标与与承载力参数数之间的关系系来确定单桩桩承载力。对一级建筑桩桩基应采用现现场静载荷试试验，并结合合静力触探、、标准贯入等等原位测试方方法综合确定定。对二级建筑桩桩基应根据静静力触探、标标准贯入、经经验参数等估估算，并参照照地质条件相相同的试桩资资料，综合确确定，当缺乏乏可参照的试试桩资料或地地质条件复杂杂时，应由现现场静载荷试试验确定。对三级建筑桩桩基，如无原位测试试资料时，可可利用承载力力经验参数估估算。2022/10/27桩静载载荷试试验是是先在在准备备施工工的地地方打打试验验桩，，在试试桩顶顶上分分级施施加静静荷载载，直直至桩桩发生生剧烈烈或不不停滞滞的沉沉降(桩已已丧失失稳定定性)为止止，在在同一一条件件下的的试桩桩数量量，不不宜少少于总总桩数数的1%，，并不不应少少于3根，，工程程总桩桩数在在50根以以内时时不应应少于于2根根。然然后根根据试试验结结果，，绘制制荷载载～沉降(Q～S)关系曲曲线，，从而而可确确定单单桩竖竖向极极限承承载力力标准准值。。按静力力分析析法估估算单单桩承承载力力，不不同规规范所所推荐荐的经经验公公式是是有差差别的的，有有的用用以估估算单单桩承承载力力设计计值，，有的的则用用以估估算单单桩承承载力力极限限值。。在房房屋建建筑与与构筑筑物的的桩基基中，，主要要是估估算单单桩承承载力力极限限值，，下面面介绍绍在房房屋建建筑与与构筑筑物的的桩基基中常常用的的静力力触探探法与与按土土的物物理指指标法法确定定单桩桩承载载力极极限值值。2022/10/27(一)静力力触探探法估估算单单桩承承载力力静力触触探试试验中中的探探头与与土的的相互互作用用，相相似于于桩与与土的的相互互作用用，因因此可可以用用静力力触探探试验验测得得的比比贯入入阻力力(单单桥)或双双桥探探头中中的锥锥尖阻阻力与与侧壁壁摩阻阻力估估算单单桩承承载力力。但但不能能直接接以静静力触触探中中端阻阻与摩摩阻作作为实实际单单桩的的端阻阻力和和摩阻阻力，，而必必须经经过修修正，，这是是因为为静力力触探探的工工作性性能与与实际际单桩桩的工工作性性能有有所不不同。。不同之之处主主要是是尺寸寸效应应、应应力场场、材材料性性质等等，存存在这这些差差异所所造成成的影影响至至今还还难以以从理理论上上逐项项严密密地进进行理理论或或从数数学关系上上加以以描述述，因因此用用静力力触探探确定定单桩桩承载载力也也是一一种经经验估估算。。2022/10/27(1)根据据单桥桥探头头静力力触探探资料料确定定混凝凝土预预制单单桩竖竖向极极限承承载力力标准准值时时，如如无当当地经经验可可按下下式计计算：：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsik·li+α·psk·Ap式中：：Quk——单桩竖竖向极极限承承载力力标准准值；；Qsk——单桩总极限限侧阻力标标准值；Qpk——单桩总极限限端阻力标标准值；u——桩身周长；；qsik——用静力触探探比贯入阻阻力值估算算的桩周第第i层土的极限限侧阻力标标准值；li——桩穿越第i层土的厚度度；α——桩端阻力修修正系数；；psk——桩端附近的的静力触探比比贯入阻力力标准值(平均值)；Ap——桩端面积。。2022/10/27(2)根根据双双桥探头头静力触触探资料料确定混混凝土预预制桩单单桩竖向向极限承承载力标标准值时时，对于于粘性土土、粉土土和砂土土、如无无当地经经验时可可按下式式计算：：Quk=u∑liβifsi+αqcAp式中：fsi——第i层土的探探头平均均侧阻力力；qc——桩端平面面上、下下探头阻阻力，取取桩端平平面以上上4d(d为桩的直直径或边边长)范范围内按按土层厚厚度的探探头阻力力加权平平均值，，然后再再和桩端端平面以以下1d范围内的的探头阻阻力进行行平均；；α——桩端阻力力修正系系数，对对粘性土土、粉土土取2/3，饱饱和砂土土取1/2；βi——第i层土桩侧侧阻力综综合修正正系数。。2022/10/27(二)土土的物理理指标法法确定单单桩承载载力根据土的的物理指指标与承承载力参参数之间间的经验验关系确确定单桩桩竖向极极限承载载力标准准值时，，宜按下下式计算算：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp式中：qsik——桩侧第i层土的极极限侧阻阻力标准准值，如如无当地地经验值值时，可可查规范范。qpk——极限端阻阻力标准准值，如如无当地地经验值值时，可可表。三、群桩桩承载力力与群桩桩沉降验验算当桩中心心距小于于或等于于6倍桩桩径且桩桩数超过过9根(含9根根)时，，可将桩桩和土作作为假想想的实体体基础，，此时桩桩台、桩桩和桩间间土形成成一个整整体，在在上部荷荷载作用用下一起起下沉，，这便是是群桩作作用。验验算这类桩桩基的承承载力与与沉降时时，按实实体基础础考虑。。2022/10/27（一）群群桩承载载力验算算群桩承载载力验算算是指验验算实体体基础底底面(桩桩端平面面处)的的地基承承载力是是否满足足。常用用方法之之一是假假定荷载载从最外外一圈的的桩顶，，以φ0/4的倾角向向下扩散散传布(φ0为桩长范范围内各土层层的平均均内摩擦擦角)，，此时应应满足：：中心荷载载时，偏心荷载载时，2022/10/27(二)群群桩沉降降验算群桩沉降降验算时时，同样样将群桩桩作为实实体基础础，所计计算的桩桩基变形形值应满满足建筑筑物桩基基变形允允许值的的规定，，建筑物物桩基变变形允许许值如无无当地经经验时可可查表中中的规定定采用，，对于表表中未包包括的建建筑物桩桩基变形形允许值值，可根根据上部部结构对对桩基变变形的适适应能力力和使用用上的要求确定定。实体基础础的底面面尺寸可可按φ0/4扩散后的的范围取取值，亦亦可按桩桩端处群群桩所占占的范围围取值，，两种取取法的计计算结果果略有差差别。群桩的沉沉降计算算可按浅浅基础的的沉降计计算步骤骤进行，，亦即前前面介绍绍的沉降降计算方方法。也也可按等等效作用用分层总总和法计计算。2022/10/27四、桩的的负摩擦擦力桩的负摩摩擦(阻阻)力是是因为桩桩周围土土层的下下沉(地地面沉降降)对桩桩产生方方向向下下的摩阻阻力。产产生负摩摩擦力的的原因主主要有：：（1）欠欠固结软软粘土或或新填土土的自重重固结；；（2）大大面积堆堆载使桩桩周土层层下沉；；（3）正正常固结结软粘土土地区地地下水位位全面下下降，有有效应力力增加引引起土层层下沉；；（4）湿湿陷性黄黄土湿陷引起起沉降。。2022/10/27负摩擦力力的作用用使桩上上的轴向向荷载增增大(附附加荷载载)，在在负摩擦擦力较明明显的地地方，应应引起重重视。负摩擦力力的大小小受着多多种因素素的影响响，诸如如桩周土土与桩端端土的强强度、土土的固结结历史、、地面荷荷载、桩桩的类型型及设置置方法、、地下水水位变化化以及历历时等。。因此计计算负摩摩擦力大大小是一一个较为为复杂的的问题，，大多采采用半经经验公式式或经验验估算，，主要根根据竖向向有效应应力、土土的不排排水抗剪剪强度、、土的力力学性质质指标等等进行估估算。实际中一一般按有有效应力力估算，，即单桩桩负摩擦力标标准值为为：qnsi=ζnσ′i式中：qnsi——第i层土桩侧侧负摩擦擦力标准准值；ζn——桩周土负负摩擦力力系数，，可查表表；σ’i——桩周第i层土平均均竖向有有效应力力。2022/10/27在地层组组合、地地下水情情况、地地面荷载载情况不不同时，，桩的负负摩擦力力计算亦亦不同。。我国沿海海软土地地区过去去并未考考虑负摩摩擦力问问题，也也很少发发现由于于负摩擦擦力引起起的事故故，这是是因为在在桩端可可能继续续沉降的的情况下下，负摩摩擦力可可能减小小甚至消消失。但但当桩穿穿过15m以上较厚厚软土层层，且地地面下沉沉速率超超过每年年2cm时，或桩桩端支承承在岩层层、砂砾砾石等硬硬层上时时，所产产生的负摩擦擦力可能能较大。。2022/10/27第五节深深基坑坑开挖的的岩土工工程问题题兴建房屋屋建筑与与构筑物物基础，，一般都都需要进进行基坑坑开挖，，尤其在在建筑密密集的城城市中兴兴建超高高层建筑筑时，为为了利用用有限的的空间及及降低基基底的净净压力，，往往设设有1～～3层地地下室，，有的甚甚至达6层，基基坑深度度一般都都超过5m，有的达数数十米。。深浅基基坑的划划分界线线在我国国还没有有统一标标准，在在国外有有人建议议把深度度超过6m的基坑定定为深基基坑，小小于6m的则为浅浅基坑。。浅基坑坑(包括括浅基础础的基坑坑开挖)的岩土土工程问问题一般般较少且且不很严严重；深深基坑的的岩土工工程问题题一般较较为复杂且有的较为为严重，因此此对深基坑应应重视岩土工工程问题的分分析与评价。。2022/10/27基础牢固与否否是关系到建建筑物安全稳稳定的首要问问题，而基础础施工大多从从基坑开挖开开始。实践证证明，基坑开开挖工作是否否顺利，不仅仅影响基础施施工质量，而而且影响施工工周期与工程程造价。基坑坑开挖过程中中，常遇到基基坑壁过量位位移或滑移倒倒塌、坑底卸卸荷回弹(或或隆起)、坑坑底渗流(或或突涌)、基基坑流砂等基基坑稳定性问问题。为防止止或抑制这些些问题，使基基坑开挖与基基础施工顺利利进行，需要要采取相应的的防护措施。。2022/10/27一、基坑支护护及其土压力力(一)基坑支护护在房屋建筑与与构筑物的基基坑开挖中，，尤其是城市市中的基坑开开挖，由于场场地的局限性性，大多为有有侧壁支护基基坑的开挖，，即基坑侧壁壁常要求垂直直开挖，如果果不采取支护护措施，一般般基坑侧壁土土体是不稳定定的。基坑支支护工程的作作用主要有：：①节约施工空空间(不放坡坡开挖)；②保护相邻部部位已有构筑筑物与地下设设施的安全；；③减小基底隆隆起；④利用支护结结构进行地下下水控制；⑤利用支护结结构作为永久久性结构的一一部分等。2022/10/27(二)土压力力分析基坑采取支护护措施时，一一般都需要分分析作用在支支护结构上的的土压力性质质、分布与计计算土压力大大小。土压力力应根据土体体经受的侧向向变形条件来来确定，土压压力性质包括括静止土压力力、主动土压压力、被动土土压力或与侧侧向变形条件件相应的可能能出现的土压压力。分析土土压力时应考考虑场地的工工程地质条件件、支护结构构相对于土体体的位移、地地面坡度、地地面超载、邻邻近建筑及设设施的影响、、地下水位及及其变化、支支护结构体系系的刚度、基基坑工程的施施工方法等。。2022/10/27二、基坑稳定定性分析(一)基坑底卸卸荷回弹(隆隆起)基坑开挖是一一种卸荷过程程，开挖愈深深，初始应力力状态的改变变就愈大，这这就不可避免免地引起坑底底土体的隆起起变形，有的的甚至可能由由于受到过大大的剪应力而而导致基底隆隆起失效。基基坑回弹(隆隆起)不只限限于基坑的自自身范围，而而且要波及四四邻地面，引引起地面挠曲曲，对邻近建建筑物或设施施均产生影响响，应引起注注意。必要时时要组织施工工开挖过程中中坑内外地面面的变形监测测，供及时分分析趋势和采采取措施之需需。2022/10/27(二)基坑底底渗透稳定性性如果基坑在粘粘性土中开挖挖，且坑底下下有承压水存存在时，当上上覆土层减到到一定程度时时，承压水水水头压力便冲冲破基坑底板板造成渗流(或突涌)现现象。基坑坑底底抗抗渗渗流流稳稳定定性性可可按按下下式式验验算算：：rw=mH/wh式中中：：m———透水水层层(砂砂层层)以以上上粘粘性性土土的的饱饱和和重重度度(kN/m3)；；H———透水水层层顶顶面面至至基基坑坑底底面面的的垂垂直直距距离离(m)；；w———水的的重重度度(kN/m3)；；h———承压压水水头头高高于于透透水水层层顶顶面面的的高高度度(m)；；rw———基坑坑底底土土层层渗渗透透稳稳定定抗抗力力分分项项系系数数。。为使使基基坑坑底底不不因因渗渗流流而而丧丧失失稳稳定定性性，，一一般般要要求求rw≥1.2，，如果果验验算算的的rw＜1.2，，应采采取取必必要要的的措措施施，，如如降降水水等等。。2022/10/27(三三)基基坑坑流流砂砂问问题题当基基坑坑底底以以上上粘粘性性土土中中夹夹有有砂砂或或粉粉土土，，且且地地下下水水位位较较高高，，基基坑坑开开挖挖揭揭露露这这些些夹夹层层时时；；或或者者当当基基坑坑底底部部为为砂砂土土或或粉粉土土、、随随着着基基坑坑开开挖挖加加深深，，水水力力坡坡度度加加大大，，当当动动水水压压力力超超过过砂砂土土或或粉粉土土颗颗粒粒自自重重使使土土颗颗粒粒悬悬浮浮时时，，砂砂或或粉粉土土与与水水一一起起涌涌于于基基坑坑中中，，便便产产生生流流砂砂现现象象。。是否否产产生生流流砂砂现现象象可可按按下下式式验验算算：：Icr=(s-1)(1-n)式中中：：Icr———临界界水水力力坡坡度度；；s———土的的颗颗粒粒密密度度；；n———土的的孔孔隙隙度度，，以以小小数数计计。。2022/10/27(四四)基基坑坑边边坡坡整整体体稳稳定定性性在房房屋屋建建筑筑与与构构筑筑物物的的基基坑坑开开挖挖中中，，在在没没有有采采用用支支护护结结构构之之前前，，基基坑坑边边坡坡(一一般般为为粘粘性性土土)整整体体稳稳定定性性一一般般采采用用极极限限平平衡衡理理论论中中的的条条分分法法(多多采采用用瑞瑞典典条条分分法法)进进行行估估算算，，从从而而可可确确定定最最危危险险的的滑滑动动面面。。对对于于采采用用支支护护结结构构的的基基坑坑，，稳稳定定性性验验算算仍仍采采用用条条分分法法，，验验算算时时应应将将支支护护结结构构所所产生生的的抗抗滑滑力力矩矩计计入入总总的的抗抗滑滑力力矩矩之之中中。。2022/10/27三、、地地下下水水控控制制当基基坑坑开开挖挖至至地地下下水水位位以以下下时时，，为为了了防防止止因因地地下下水水作作用用而而引引起起的的渗渗流流、、流流砂砂、、管管涌涌、、坑坑底底隆隆起起、、边边坡坡滑滑塌塌以以及及坑坑外外地地层层过过度