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1、山区挖填整平场地建筑基础设计问题探讨曹军岭（建筑建材装饰 2012 年第 5 期已发表，欢迎引用，剽窃必究）（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司北京分公司，北京 10041）摘要：本文介绍了在山区挖填整平场地上设计基础的一些经验，尤其是填方区采用嵌岩桩时应该注意的问题,例如：承载力计算、桩周负摩阻力计算、单桩竖向承载力检测及自重计算等，为结构设计人员在同类项目上提供参考和借鉴。关键词：挖填整平，基础，嵌岩桩，填土，负摩阻力，自重1 1 前言前言中国广大的山地和丘陵地区蕴藏着丰富的资源，在山地和丘陵矿区建设矿产加工企业以及中高端产品研发企业不断增多。由于耕地的不断减少，使得政府开始
2、在挖填整平的山地和丘陵场地上规划工业园区。于是，挖填整平场地上建筑基础设计问题逐渐突出。2 2 同一结构单元采用不同基础类型时的处理方法同一结构单元采用不同基础类型时的处理方法在工业建筑中，受到工艺布置的原因，建筑尺寸一般较大，主体结构往往部分位于挖方区部分位于填方区。如果基础位于挖方区，出露的地基持力层一般为岩石或岩石风化生成物，这样在天然地基上做独立基础是很经济的方案。当基础位于基岩原斜坡处时，采用何种基础应该综合比较考虑。如果基础位于填方区，当填土较厚时，一般采用嵌岩桩。根据建筑抗震设计规范1(GB50011-2010)第 3.3.4 条第 2 款，同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采
3、用桩基。但是在挖填整平场地上的工业厂房往往无法满足此要求。考虑到此种情况的持力层都是基岩或其风化物，地震时沉降性能接近，这种方案是合理可行的。此时应尽量按照建筑桩基技术规范 （JGJ 94- 2008）第 4.2.6 条的要求，在双向设置承台连系梁2。3 3 嵌岩桩设计的问题嵌岩桩设计的问题如果柱布置在填方区，由于填土尚未完成自重固结，不考虑填土的承载力，所以较厚填土区柱下要布置嵌岩桩。确定嵌岩桩后，设计人员就需要考虑承载力计算、负摩阻力、桩基检测及自重计算等问题。3.13.1 嵌岩桩的承载力计算嵌岩桩的承载力计算按照文献 2 公式 5.3.9-1，且不考虑填土的侧阻力，嵌岩桩的极限竖向承载力
4、标准值为：（公式 3-1）= = -嵌岩段侧阻与端阻综合系数；-岩石饱和单轴抗压强度标准值，对于泥岩为天然湿度单轴抗压强度标准值；-桩底面积。3.23.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算由于该类型场地负摩阻力计算经验较少，地质勘查单位一般不测定填土的负摩阻力，而仅给出负摩阻力系数并建议设计单位按照文献 2 计算。按文献 2 计算的负摩阻力值，当填土较厚时，中小直径桩由负摩阻力产生的下拉荷载占承载力的比值很大。此时采用嵌岩桩时，为控制成本，应尽可能选用布大直径桩，少布桩的方案。例如笔者设计的一个项目，位于福建龙岩地区，填土最大深度（至室内地坪）为23m，下部基岩为中风化泥岩，风化层很薄可以忽略，上
5、部为二层混凝土框架厂房，一层地面荷载按 5KN/m2计算。基础拟采用冲孔灌注桩，负摩阻力系数 n=0.4。= 36.3MPa按照文献 2 公式 5.4.3-2： （公+ 式 3-2）其中：，分别：为桩顶竖向力，负摩阻力产生的下拉荷载，基桩承载力特征值。应按照下式计算2： （公式 1= 1 13-3）（公式 3-4）1= + 1= +1 211-填土的负摩阻力标准值，当按公式 3-3 计算的值大于该层土的正摩阻力时，取正摩阻 1力值。勘查单位给出该土的正摩阻力值为 28 KPa。 -填土的负摩阻力系数，由地质勘1查单位给出，为 0.4。 -由土自重引起的桩周填土平均竖向应力； -填土的重度， 1
6、1取 20 KN/m3； -填土的厚度； -地面均布荷载。1计算得：=235 KPa,=94 KPa28 KPa,按 28 KPa 计算。取桩径 650mm，中性点1 1深度按文献 2 取桩周填土厚度，承台底标高为室内地面下 3.0m，则： =283.140.65（23-3）=1143.0KN。考虑到泥岩易风化的特点，取 30，嵌岩Ma深径比按 0.5 计：，下拉荷载占承载= 0.65 30000 0.785 0.652= 6467 = =2= 3233力的比值达 35.3%。当桩径取为 800mm 和 1000mm 时，该比值分别为 28.7%和 23.0%。由此可见，当在该类场地上采用嵌岩
7、桩时，为使桩更有效率的承担上部结构的荷载，应选用布大直径桩，少布桩的方案。3.33.3 成桩检测的问题成桩检测的问题由于桩周填土是尚未完成自重固结的土，在自重及堆载等作用下会长期地、缓慢的下沉及固结。但是对于单桩抗压静载试验，一般在桩基（或试桩）施工完毕 28 天后，此时填土远未完成固结。试验中嵌岩桩极有可能受到桩周填土的正摩阻力作用，从而试验得出的嵌岩桩极限承载力标准值 Quk偏大，从而影响结构安全。尽管单桩静载试验是检测基桩竖向承载力最准确的方法，但是在桩周土为欠固结土时，应谨慎使用该方法。变通方法是，可以在填土较薄的区域做试验桩，在试验桩上进行单桩抗压静载试验，并结合其它辅助方法综合判定
8、。3.43.4 桩自重的计算桩自重的计算按照文献 2 第 5.2.1 条进行桩基竖向承载力验算时，均未体现桩自重的影响，如轴心竖向力作用下桩基竖向承载力验算： （公式 3-5） 荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩顶或复合基桩顶的平均竖向力；R 基桩或复合基桩竖向承载力特征值。公式两侧均未体现自重的影响，这是因为对于建筑桩基一般为低承台桩，桩身的实际长度即为桩身竖向承载力的有效长度，按经验参数法确定的端阻和侧阻参数都是在不另外考虑桩身自重的影响下得出的3。单桩抗压静载试验时也未将桩自重作为荷载，所以基桩竖向承载力特征值 R 是除去自重后的竖向剩余承载力。所以 也应为不包括桩自重的桩顶内力。但
9、是文献3同时强调：对于高承台桩基应计入桩自重。对于挖填整平场地上的嵌岩桩来说，其竖向承载力仅来自于嵌岩段的端阻力和侧阻力，位于填土内的桩身对于竖向承载力不仅没有贡献，反而还有负摩阻力产生的下拉荷载。其力学模型相当于一个高承台桩基与桩周下拉荷载的叠加。所以，对于此类桩，当单桩静载试验不能准确反映单桩承载力时，不仅要考虑桩周填土的负摩阻力，还应考虑桩自重的影响。此种情况下，公式 3-2 变为：（公式 3-6）+ + 对于第 3.2 节所列举的项目，650mm 的桩自重标准值为 166KN，下拉荷载与桩自重总和占承载力的比值达 40.5%。由于该项目工期较紧，最终业主调整了总图布置，放弃了桩基方案，
10、使项目得以较快进行。4 4 结论及建议结论及建议（1）挖填整平场地上的工程，应把重型厂房及需尽快投入使用的建筑放在挖方区，而把附属的民用建筑和后续的建筑放在填方区。尽量避免同一建筑部分位于挖方区部分位于填方区。当不可避免时，可以采用挖方区做独基，填方区做桩基础的方案。（2） 在挖填整平场地上，应谨慎采用单桩静载试验确定该类场地上嵌岩桩的单桩竖向承载力，或者采取消除填土侧摩阻力的措施。（3）在挖填整平场地上，嵌岩桩基验算时必须要考虑桩周填土的负摩阻力，该类桩基应尽量采用少布桩，布大桩的方案。当填土较厚部位的嵌岩桩静载试验不能消除填土侧摩阻力影响时，桩身自重必须考虑。参考文献1 中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）.北京:中国建筑工业出版社，2010.2 中华人民共和国行业标准. 建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）.北京:中国建筑工业出版社，2008.3 刘金砺，高文生，邱明兵. 建筑桩基技术规范应用手册.北京:中国建筑工业出版社，2010.
