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1、桩基疑难问题汇总一、关于大直径桩（d800mm）极限侧阻力和极限端阻力的尺寸效应近日，有同行提出一个问题：“桩基规范在计算大直径桩承载力时需考虑桩侧阻力尺寸效应系数(1的系数)，但计算嵌岩桩时没有区分大直径桩，没有考虑桩侧阻力尺寸效应系数，是否有点儿前后不对应呢”为了解释这个问题，我们先了解下规范是如何规定的，建筑桩基技术规范JGJ94-202X对于大直径桩单桩极限承载力标准值是这样规定的：5.3.6根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：式中qsik桩侧第i层土极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按本规范表5.3.5-1取值，对于扩底桩
2、变截面以上2d长度范围不计侧阻力；qpk桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔（清底干净）可采用深层载荷板试验确定；当不能进行深层载荷板试验时，可按表5.3.6-1取值；大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按表5.3.6-2取值。而对于嵌岩桩却没有尺寸效应系数：5.3.9桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成。当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算：式中Qsk、Qrk分别为土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限阻力；qsik桩周第i层土的极限侧阻力，无当地经验时，可根据成桩工艺按本规范表5.3.5-1取值；
3、frk岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；嵌岩段侧阻和端阻综合系数，与嵌岩深径比hr/d、岩石软硬程度和成桩工艺有关，可按表5.3.9采用；表中数值适用于泥浆护壁成桩，对于干作业成桩（清底干净）和泥浆护壁成桩后注浆，应取表列数值的1.2倍。注：极软岩、软岩指frk15MPa，较硬岩、坚硬岩指frk30MPa，介于二者之间可内插取值。hr为桩身嵌岩深度，当岩面倾斜时，以坡下方嵌岩深度为准；当hr/d为非表列值时，可内差取值。大直径桩，为何要考虑侧阻、端阻尺寸效应系数呢由于桩的承载性状随桩径而有所变化，工程界通常将桩划分为小直径桩或微型桩(d250mm)、中等直径桩(2
4、50mmlt;dlt;800mm)、大直径桩(d800mm)。大量试验证实，灌注桩的桩侧阻力与桩端阻力不仅与土层性质和成桩工艺有关，而且与桩径有明显关系，称其为尺寸效应。建筑桩基技术规范JGJ94-202X表5.3.5-1中桩的极限侧阻力标准值是由中、小直径桩的试验参数统计而得，将之套用于大直径桩是不合适的，会得出偏大的结果。同样，建筑桩基技术规范JGJ94-202X表5.3.6-1干作业挖孔桩(清底干净，D=800)极限端阻力标准值给出端阻力尺寸效应的修正基准。近年来的试验研究和工程实践发现，发挥侧阻所需的相对位移并非定值，除与成桩工艺、土层性质及各土层竖向分布位置(处于桩侧的上、中、下方)
5、有关外，还与桩径大小有关；桩侧阻力亦随桩径增大而减小。分析原因有两方面：一方面由于大直径桩发挥侧阻所需沉降远大于常规直径桩所需沉降；另一方面由于桩成孔后产生应力择放，孔壁出现松弛变形，导致侧阻力有所降低。建筑桩基技术规范JGJ94-202X表5.3.5-1是根据常规桩径极限承载力下沉降标准确定的侧阻力参数，如套用于大直径桩，其数值偏大。那对于对于大直径扩底嵌岩灌注桩，根据岩石的物理力学指标确定单桩承载力时，是否需考虑侧阻力与端阻力的尺寸效应系数呢大直径灌注桩侧阻力及端阻力尺寸效应系数主要对于粘性土、粉士、砂土和碎石类等土层，相对于岩石而言，内部结构应力较弱，可能由于桩成孔后应力释放较快，孔壁出
6、现松弛变形，国内外的一些试验研究发现，大直径灌注桩的侧阻力与端阻力较中小直径灌注桩有所降低。而岩石的内部结构稳定，构成岩石的矿物颗粒之间结合力较土颗粒之间的结合力大得多，岩石的抗剪、抗压强度较士也高得多，因此岩石因桩施工成孔产生的应力释放较慢，故嵌岩桩嵌岩段可不考虑侧阻力与端阻力的尺寸效应系数。综上，对大直径嵌岩桩（直径800mm），嵌岩段的侧阻力和端阻力不需要考虑尺寸效应系数；计算嵌岩段以上土层侧阻力时，应考虑大直径桩侧阻力的尺寸效应系数。二、岩溶地区的桩基设计原则（规范3.4.4条）一不宜采用管桩的原因如下。（1）管桩一旦穿过风化岩层覆盖就立即接触岩层，管桩很容易就破坏，破坏率达30%50
7、%；（2）桩尖接触岩面后，很容易沿倾斜的岩面滑移，造成桩身倾斜，导致桩身断裂或倾斜率过大；（3）桩长难以把握，配桩困难4）桩尖落在基岩上，周围土体嵌固力小，桩身稳定性差。三、灌注桩后注浆（1）灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包括沉渣和泥皮）得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降。承载力一般可提高40%100%（但湖北省标DB42/242-202X规定不宜超过同类非压浆桩的1.3倍），沉降可减少20%30%，可使用与除沉管灌注桩外的各种钻、挖、冲孔桩。（2）增强机理：a、后注浆对桩侧及桩端土的加固作用，表现为：固化效应-桩
8、底沉渣及桩侧泥皮因浆液渗入而发生物理化学作用而固化，充填胶结效应-对桩底沉渣及桩侧泥皮因渗入注浆而显示的充填胶结，加筋效应-因劈裂注浆现成网状结石。（3）增强特点：端阻的增幅高于侧阻，粗粒土的增幅高于细粒土。桩端、桩侧复式注浆高于桩端、桩侧单一注浆。这是由于端阻受沉渣影响敏感，经后注浆后沉渣得到加固且桩端有扩底效应，桩端沉渣和土的加固效应强于桩侧泥皮的加固效应；粗粒土是渗透注浆，细粒土是劈裂注浆，前者的加固效应强于后者。（4）注浆后变形特点：非注浆的Q-s曲线为陡降型，而后注浆为缓变型，使得在相同安全系数下桩的可靠度提高，沉降减少。沉降减少的主要原因如下：a、固化了桩底沉渣及虚土，同时桩端有扩
9、底效应b、由于注浆压力较大（一般均大于1Mpa），对桩端土进行了预压。（5）设计以注意的事项：a、注浆管的连接应采用套管连接b、当注浆管代替钢筋时，最好在桩顶处预埋附加钢筋，避免由于施工保护不当导致注浆管在桩顶处折断c、注浆管的固定应采用绑扎固定。四、单桩承载力的时间效应所谓的单桩承载力的时间效应是指桩的承载力随时间变化，一般出现在挤土桩中，特别是预制桩。上海的资料显示，随着打桩后间歇时间的增加承载力都有不同程度的增加，间歇一年后的但桩承载力可提高30%60%。分析原因如下：桩打入时，土不易被立即挤实（特别是软土中），在强大的挤压力作用下，使贴近桩身的土体中产生了很大的空隙水压力，土的结构也造
10、成了破坏，抗剪强度降低（触变）。经过一段时间的间歇后，孔隙水压力逐渐消散，土逐渐固结密实，同时土的结构强度也逐渐恢复，抗剪强度逐渐提高。因而摩擦力及桩端阻力也不断增加。强度提高最快发生在13个月时。某种程度上可由高孔隙水压和排挤开的体积的影响，使紧靠桩的土产生迅速的排水固结来解释。实际上紧靠桩的土（大约50200mm的范围内）往往固结的很厉害，以至使桩的有效直径增加。桩的承载力随时间的增长的现象在软土中比较明显。但在硬塑土中的变化规律有待进一步研究。不是所有的桩的承载力都随时间增加，一些桩的承载力随时间降低。五、桩筏基础反力呈马鞍型分布的解释根据传统的荷载分布原则，荷载的分布是根据刚度进行分配
11、，基础中间部位桩的承载力低说明土对桩的支撑刚度降低，也就是桩侧桩端土的刚度降低。原因是中间部位的桩间土要承受四周桩传来的荷载。换一种解释方法是，中间有限的桩间土不能同时给周围的桩提供所要求的承载力，而靠近外侧的桩除依靠基础内侧的土提供承载力外，还能利用靠近基础外侧的土提供承载力，而靠近基础外侧的土受内部桩的影响小，能比内部的土提供更多的承载力，因此外侧的桩能承受较内部桩更多的荷载，也就是桩反力呈马鞍型分布的原因。另基坑开挖对桩间土的卸载造成桩间土的回弹，导致靠近基坑边缘处桩刚度大，中部桩刚度小，更加加剧了基础反力呈马鞍型分布。六、变刚调平设计原则总体思路根据上部结构布局、荷载和地质特征，考虑相
12、互作用效应，采取增强与弱化结合，减沉增沉结合，整体平整，实现差异沉降最小化，基础内力最小化和资源消耗最小化。1.根据建筑物体型、结构、荷载和地质条件，选择桩基、复合桩基、刚性桩复合地基，合理布局，调整桩土支承刚度，使之与荷载相匹配。2.为减小各区位应力场的相互重叠堆核心区有效刚度的削弱，桩土支承体布局宜做到竖向错位或水平向拉开距离。3.考虑桩土的相互作用效应，支承刚度的调整宜采用强化指数进行控制。核心区强化指数宜为1.051.30，外框区弱化指数宜为0.950.85。4.对于主裙连体建筑，应按增强主体，弱化裙房的原则进行设计。5.桩基的桩选型和桩端持力层的确定，应有利于应用后注浆技术，应确保单
13、桩承载力有较大的调整空间。基桩宜集中布置于柱墙下，以降低承台内力，最大限度发挥承台底地基土分担荷载的作用，减小柱下桩基与核心筒桩基的相互作用。6.宜在概念设计的基础上进行上部结构-基础-桩土的共同作用分析，优化细部设计，差异沉降宜严于规范值，以提高耐久性可靠度七、桩基变刚度设计细则1.框筒结构核心筒和外框柱的基桩宜按集团式布置于核心筒和柱下，以减小承台内力和减小各部分相邻影响。以桩筏总承载力特征值与总荷载效应标准组合值平衡为前提，强化核心区，弱化外框区。核心区强化指数，对于核心区与外框区桩端平面竖向错位或外框区柱下桩数不超过5根时，宜取1.051.15，外框为一排柱时取低值，二排柱时取高值；对
14、于桩端平面处在同一标高且柱下桩数超过5根时，核心区强化指数宜取1.21.3，一排柱时取低值，二排柱时取高值。外框区弱化指数根据核心区强化指数越高，外框区弱化指数越低的关系确定；或按总承载力特征值与总荷载标准值平衡，单独控制核心区强化指数，使外框区弱化指数相应降低。框剪，框支剪力墙，筒中筒结构形式，参框筒结构确定。2.剪力墙结构剪力墙结构整体性好，墙下荷载分布较均匀，对于电梯井和楼梯间等荷载集度高处宜强化布桩。基桩宜布置于墙下，对于墙体交叉、转角处应予以布桩，当单桩承载力较小，按满堂布桩时，应强化内部，弱化外围。3.桩基承台设计对变刚调皮设计的承台，应按计算结果确定截面和配筋，其最小板厚和梁高，
15、对于柱下梁板式承台，梁的高跨比和平板式承台板的厚跨比，宜取1/8；梁板式筏式承台的板厚和最大双向板区格短边净跨之比不宜小于1/16，且厚度不小于400mm；对于墙下平板式承台厚跨比不宜小于1/20，且厚度不小于400mm；筏板最小配筋率应符合规范要求。筏式承台的选型，对于框筒结构，核心筒和柱下集团式布桩时，核心筒宜采用平板，外框区宜采用梁板式，对于剪力墙结构，宜采用平板。承台配筋可按局部弯矩计算确定。4.共同作用分析与沉降计算对于框筒结构宜进行共同作用计算分析，据此确定沉降分布、桩土反力分布和承台内力。当不进行共同作用分析时，应按规范计算沉降，据此检验差异沉降等指标八、桩基础受力的基本规律随着
16、竖向荷载的加大，侧阻的发挥先于端阻。随着变形的增加，端阻力得以发挥。一般桩土相对位移到达4-10mm左右(根据土种类而定)，侧阻力即可以充分发挥，而端阻力的充分发挥需要桩土相对位移达到d/12d/4（小直径桩），d为桩径，黏性土为d/4，砂性土为d/12d/10。九、桩基沉降的特征（1）时间性。土体中桩基础的沉降要经历一个很长的时间。在上海地区，一般竣工后57年的沉降速度才会降到每年4mm以下。软土中桩基础沉降的主要部分是与时间因数有关的，按目前土力学的认识，沉降主要部分有固结变形和土体的流变组成；（2）刺入变形。产生刺入变形的解释入下：在群桩桩顶逐渐加载过程时，单桩顶荷载较小时，首先使桩的上部桩身产生压缩，桩的上部
