桩与深基础浅基础的演进

桩与深基础浅基础的演进一、关于桩的定义桩在我国的词书、教科书或术语标准中似乎至今未见有完备的定义或解释。尽管桩在我国城乡早已是少长咸知妇孺皆晓的事物但我国发行最为普及的《新华字典》（1998年修订版）中对桩的解释是“一头插入地里的木棍或石柱”。这岂不是把老奶奶、小学生们也给搞糊涂了？我国《工程地质手册》（1992年2月第三版,1995年11月第11次印刷），其第821页中云:“一般所谓桩是指用打入或压入地基中并使地基产生挤压作用的细长构件”。那么，这里至少有两个问题一是自上世纪七八十年代以来至现今应用甚广的钻孔灌注桩，不幸被排除在“一般”之外了;二是“使地基产生挤压作用”，似乎不能说是打桩的主要目的。我国行业标准JGJ84--92《建筑岩土工程勘察基本术语标准》把桩定义为“设置在地内的预制或现浇的柱状构件，通常用以提供垂直或横向支承。广义的桩还包括加固地基或岩土体而建造的砂桩、碎石桩、土桩、护桩、抗滑桩等”应当说此条与上文引用的各书中的说法相比，更为完善。但仔细推敲，似乎也还有不少问题,尤其是广义的“桩”把砂桩、碎石桩、土桩等用不同材料制成的桩与护桩、抗滑桩等功能不同的桩混为一谈作为一本标准似乎有失严谨。再查我国国家标准GB/T50279--98《岩土工程基本术语标准》。有趣的是，这本标准中根本没有“桩”的条目旦它却有排桩、抗滑桩、灰土桩、石灰桩、微型桩、树根桩、挤密桩等条目。后来看条文说明,方知其中提到由于地基基础方面的术语已包含在其他标准和规范中,故该标准未予选列。笔者觉得，既称岩土工程国家标准似不宜将致关重要的条目排除在外。质言之“桩”这一术语,在我国至今尚未见于国家标准，令人不无遗憾。我国大多数高校教科书，包括发行量甚大、几次再版的教科书在其桩的专门章节中都仅把桩描述为“最古老的”或'最古老而又年轻的”基础形式之一。这都不错，但这只说及了桩的历史和现状以及桩的主要功能，致于究竟什么是桩没有说明白。当然也有少数例外。例如高大钊教授主编的《土力学与基础工程》（中国建筑工业出版社,1998年9月第一版），在其桩基础一章（作者宰金璋教授）的概述中说;“作为基础结构的桩是将承台荷载竖向的和水平的）全部或部分传递给地基土（或岩层）的具有一定刚度和抗弯能力的杆件。桩可以用各种材料制成，木、钢、混凝土或它们的组合可以在现场或工厂预制,亦可在土中直接浇灌”。这就给人以一个比较清晰的概念。同时宰教授说得颇为严谨而含蓄其言外意是桩尚有其他用途此处只讲作为桩基础中的桩并不是桩的全部。另外，如《中国大百科全书》（1999年第9册第70933页）中说，桩是“沉入、打入或浇注于地基中的柱状支承构件。”这是笔者迄今所见写得最为简单明了的定义，但也不免失之偏颇，因为桩除了柱状外还有管状、筒状、板状、壁状等等。在人类长期应用桩的实践过过程中，桩的材料已发生了重大变化桩的类型和形式愈来愈多，施工工艺日新月异，桩的用途和功能被不断地开发，故桩的本来面目已经大变远非“击木入土”或“柱状构件”等几个字所能说明,亦非套用一句老话所能概括。根据目前的认识笔者认为要给桩下正确的定义，或要回答“什么是桩”这个问题恐至少应考虑以下几点：桩是设置在地面或水面以下一定深度的柱状、管状、筒状、板状、壁状等的受力构件，它一般呈直立设置，必要时倾斜设置前者称为直桩,后者称为斜桩。桩常被用来作为房屋、桥梁、高塔、码头等建构筑物的上部结构向地基深部传递荷载(或力)的下部结构。此时，桩顶常设承台，承台具有承接上部结构并与其下部的桩(或若干根桩)联成一体的作用，这种下部结构通常即称为“桩基础”桩也可被用来支挡土体而成为岸、坡、槽、坑的围护结构。此时，桩被称为“围护桩”或“支护桩”，也称为“挡土桩”。这类桩常需成排设置，或连接成壁板状或墙体。相对于“围护桩”而言,上述承台下的桩，通常称为“基础桩”或“基桩”。桩除了上述两类主要功能外还可作为锚桩、标桩、系船桩等。而发展至今，在建构筑物纠倾加固、增层加载、邻房保护等方面又有隔离桩、控沉桩、限沉桩、托换桩、应力转移桩等等。至于桩可用不同的材料制成.可用不同的施工方法设置，似乎可以写入定义，也可以不写入。那么，桩的定义究竟如何表述才能做到文字简明扼要而其内涵基本概括无遗呢?这个问题，笔者亟盼大家共同研究讨论,以收集思广益之效。为便于研究讨论，这里再酌引国外对桩的一些定义以供参考。美国的《基础工程手册》（FoundationEnginneeringHandbook,byH.F.Winterkorn&H.YFang,VanNostrandReinholdco.,1975）中第19章在桩的定义及分类一节中写道“桩是竖直或微倾斜的基础构件。它的横截面尺寸比长度小得多。桩被设置在土中，把作用于上部结构的荷载和力传递给地基土。桩的长度与设置方法，以及桩的工作方式，都可以有很大变化;因此桩很容易适应于不同情况和要求。”（俞调梅教授译）。美国J.E.Bowles著、我国唐念慈教授等译的《基础工程分析与设计》（FoundationAnalysisandDesign,3rded.1982）（中国建筑工业出版社,1987年10月）第16章中说：“桩是木、混凝土或钢的结构构件用来把地表的荷载传递到土体中的较深处。荷载传递可以沿桩身竖向分布或通过桩尖使荷载直接作用到下面的土层”英国的《岩土技术辞典》（DictionaryofGeotechnics,byS.H.Somervil1e&M.A.Paul,ButterworthCo.Ltd.,1983）中第131页在“桩”的条目中写道：“桩是用来将荷载由水面或低强度土层传递至高强度持力层的结构构件。桩可以采取打入法（挤土）或钻孔法（非挤土），可以预制（钢管或型钢、木材、预制或预应力混凝土）,或就地灌注。桩可以是端承桩（即其承载力来自支承在好土或岩石中的桩尖）或摩擦桩（即其承载力来自其桩身与周围土体之间的附着力），或兼具两种因素的桩。”由于桩的发展与时俱进，日新月异，从以上引文可以发现,上述国外在二三十年前所下的定义,用于今日也显得有点“捉襟见肘”了。这就更有必要在我们的同行读者、专家中展开一次讨论了。浅基础的基本条件序号定义1D<4或D<5m2D<2B3D<B4D<B5D<B6D<5m7D=3〜5m8明挖基础9D<B或D<5m10D<B或D<5m浅基础和深基础的荷载传递机理和破坏模式不同，其设计计算方法和计算参数必然有所区别。但工程实践证明，若纯以某一相对深度或决定深度来界定审计处或浅基础，有事会造成计算结果与测试结果发生很大差异而使人无所适从。美国基础工程专家J.E.Bowles曾说过，尽管你可以把浅基础的定义略带随意性地定为D<2B或D<B等等，但下部结构的实际形状和位置却常会明确确定基础的类型。更何况就施工技术而言，似乎没有必要在浅基础和深基础之间人为划定一个相对的或绝对的深度界限。如所熟知，通常所谓浅基础一般是指独立基础、条形基础、筏型基础、箱型基础、箱型基础、壳型基础、大块基础及不理式基础等；而桩（墩）基础、沉井沉箱、锚拉基础、板桩墙及地下连续墙一类的支档结构，则常被统称为深基础。这实际上已毋需按照基础埋置深浅，而只按照基础结构的主要特征及其对施工技术的不同要求即可做出比较明确的分类。可以看到，有的文献如［15，16］等，虽然仍将基础工程分为浅基础与深基础两类进行讨论，却并未给出它们的量化的界定或定义。文献［17］虽有浅基础一章，也并未给出它的深度定义。而文献［18］则以“地基主要受力层”的观点代替了浅基础和深基础的提法。随着基础工程的理论研究、设计计算方法和施工技术的急剧发展，如今不同的基础类型还常被联合应用，较典型的例子如，在软土地基的高层建筑中广泛应用了桩筏、桩箱基础；又如近年在我国南北各地应用较多的CFG桩加褥垫、加条基或筏基等等。因此，现今所谓浅基础或深基础似乎只是沿袭传统习惯，对建筑物下部结构的某一部分提供一个概念而已。而将浅基础与深基础合理地联合应用，以充分发挥地基土的作用，乃至发挥地基基础-上部结构的共同作用，应当认为是基础工程设计与施工技术通过20世纪后半叶的大量的科学研究和工程实践所取得的一项历史性的突破或创新19,20］。基于上述观点，今天的深基础工程，或者说，完整意义的深基础工程，可用下图表示。它也表明了深基础工程是一门综合性很强的边缘学科。深基础深部结构体（桩、墩、锚、沉井沉箱等）（围护结构---如地下连续墙、SMW型围护墙等基坑内外土体加固（它本属于低级处理范畴）深基础工程〈撑锚体系完整意义的） 工程降水深基础工程〈） ［土方开挖桩顶承台/筏基/箱基等结构体（后者传统上属于浅基础范畴）——大体积基础混凝土施工工程监测与环境保护技术（应是深基础工程的不可或缺的组成部分，必须应用于桩基等施工、基坑围护结构施工、降水< 施工、土方开挖、大体积混凝土施工等各个阶段）参考文献［I］ 高大钊.岩土工程的回顾与前瞻.北京：人民交通出版社，2011,255〜256.⑵陈梁生，陈仲颐.土力学与基础工程.北京：水利出版社，1957,4；235.［3］ ［美］H.F.温特科恩，方晓阳主编.钱鸿缙，叶书麟等译校.基础工程手册.北京：中国建筑工业出版社，1983.［4］ 高大钊.土力学与基础工程.北京：中国建筑工业出版社，1998,179.［5］ 高大钊等.天然地基上的浅基础.北京：机械工业出版社，1999,150.［6］ ［澳大利亚］I.K.Lee,W.White,O,GIngles著，俞调梅等译校，岩土工程.北京：中国建筑工业出版社，1986,368.［7］ ［美］J.E.波勒斯编著，唐念慈等译，基础工程分析与设计.北京：中国建筑工业出版社，1987.［8］ 天津大学等.地基与基础.北京：中国建筑工业出版社，1978,331.［9］ 顾晓鲁等.地基与基础（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，1993,329.［10］ 华南工学院等.地基与基础.北京：中国建筑工业出版社，1981,200.［II］ 刘成宇.土力学与基础工程（下册）.北京：中国铁道出版社，1981.［12］ 中华人民共和国行业标准.建筑岩土工程勘察基本术语标准（JGJ84—92）.北京：中国筑工业出版社，1992.［13］ 中华人民共和国国家标准.岩土工程基本术语标准（GB/T50279—98）.北京：中国计划出版社，1998.华南理工大