各类桩基设计原则——建筑桩基

      当建筑场地的天然地基或甚至经过地基处理方法加固，仍不能满足上部结构物的稳定性与沉降及沉降的要求时，就常常使用桩基，其中的桩就其支承荷载的性能来说可以是端承桩或者是摩擦桩。这得看上部结构的荷载情况以及地层的分布与各层的土性而定，任何建筑物的桩基设计都必须满足两个方面的要求，其一是桩基与土相互之间的作用是稳定的，其次是桩本身的结构强度是足够的。前者就是埋入地基中的，受到建筑物传来的各种荷载作用时，桩与土的相互作用是否保证有足够的承载力，又同时是否使不致产生过量的沉降或桩基产生过大的沉降差以及在桩受到水平向荷载时对桩产生的弯矩与挠曲是否在容许范围以内，在受到上拔荷载时是否使桩不致产生过大的上拔量。按照这些原则的设计计算方法，仅就建筑物，桥梁，港工以及近海平台的桩基的一些特点为设计时所应考虑的加以介绍。

一、建筑物的桩基

      通常使用桩基的建筑物与构筑物中，常见者有高层或多层的楼房，大型的工业厂房以及工业中大的塔式设备、高大的烟囱、输电线路塔，电视塔等高耸构筑物，这些建筑物(构筑物)通常重量大面集中在不大的底面积上，它们所受到的荷载性质又比较复杂，有静荷载、动荷载，垂直的与斜问的受压的或受拉的荷载都会遇到。如果由于地基条件所限，不能把这些建筑物的基底放在坚实的土层或岩基上，就得使用不同类型的桩基以满足上部结构的要求。

      图7.1-1是我国建立在深圳的国际贸易中心主楼使用大直经灌注桩的主楼剖面与桩位图，所用的桩的直径有2.2、2.6和3.1m三种共用58 根。

      建筑物桩基所用的桩型，多式多样，我国当前以使用预应力钢筋混凝土桩、钢筋混凝上桩和各种钻(挖)孔注桩为最多，木与钢均属少用，基大都为低承台的型式。设计建筑物(构筑物)桩基时，对下面各点值得注意。

1、基坑开挖

      高层建筑物最常建在人烟稠密屋宇鳞比的闹市中，又因建筑的需常要修建一层至三层的地下室，这就有必要在旁侧荷载大工作场地受限制的条件下进行深基坑开挖。如果是先把桩打(埋)下至设计位置，然后开挖基坑，这样就人为地造成坑内坑外应力不平衡，一旦上中偏应力高于基土的长期强度，基土(软土)就产生蠕变向坑内流动，又如坑侧面的支撑工作未能满足稳定边坡的要求，便会受到巨大的侧向推力而发生偏位甚至折断。在这样的情况下，就应该把桩看作是被动桩来考虑。

二、桩基承台底面土的反力

      建筑物使用桩基的作用，过去大都认为是用以把建筑物的荷载全由的侧面与土之间的摩阻力以及桩的端承力所承受，而对桩台底面(指低桩台)土对承台的反力不予考虑。事实上，建筑在软土上的承台，由于荷载使基下沉，土便对承台底面产生反力起到对建筑物一定的支承作用，这已为不少试验和工程实践量测结果所证实，并有资料指出由台底土反力所分担的荷载比可从百分之十几至百分之几十，要看不同的地基条件，荷载条件而定，因此在软土地基上使用低桩台时，在桩基设计中应考虑台底土的反力作用，从而可以减少用桩量，节省工程造价。

三、边载作用

      一些工业厂房、仓库等也常会使用桩基，这些建筑物本身恒载，并不很大，但屋内常要堆放大量物资，这就使建筑物桩基受到很大的边载，就会使软土侧向流动以及软土受到压缩对桩产生力矩和负摩擦力，有可能使桩弯曲折断或沉降增大，我国一些地方的工业建筑中，不乏这样的事例。

四、上拔力的作用

      某些自身恒载不太大的高耸构筑物(例如输电线路的铁塔或烟肉等)，由于会受到很大的风力作用(其作用方向是随机的)，所以设立在基下迎风一侧的就受到上拔力的作用，尤其是当工作条件失常时(例如电路铁塔一侧的电线断落)上拔力就更大。

      建筑物桩基承台如建立在地下水位以下时，承台底面就会受水的浮托力作用，从而对桩产生上拔力。

      在冻土地带，土的冻膨对桩会产生切向(切于的侧面)冻胀力，切向冻胀力以在粉质砂土中的最大，其极值可达0.4MPa，是个不小的上拔力，设桩时就得把桩穿过冻土的活动层而插入非活动层一定深度下。膨胀土遇水膨胀，也会对桩产生上拔力，但膨胀土的活动层不太厚，只对轻型建筑物其影响才要考虑。

      对受到上拔力作用的桩，就得验证具体情况下桩的抗拔阻力，桩身的抗拉结构强度是否足够，以保证桩不出现过大的上拔量或被拉断。

五、负摩擦力的考虑

      软土地区由于地基土在各种外来因素发生固结下沉，的负摩擦作用便因而出现，对于高重建筑物的深大桩基础来说，负摩擦力的作用不十分显著，但对一般建在软土地基的建筑物，负摩擦力加大了桩的荷载，使桩产生额外的沉降量，工业城市中大量抽用地下水在我国已有好些大城市因过量抽用地下水，地面年年下沉的纪录)使软土对产生负摩擦力，设计桩基时值得注意。

      在湿陷性黄土地区，土遇水产生湿陷，使桩也受到相当大的负摩擦力，也应在设计中加以考虑。