分析桩基缺陷对桩基承载力的影响

摘要：一栋建筑的桩基承载能力，是建筑建设发展的基础，对居民生命财产安全也有着不容忽视的重要意义。桩基承担荷载能力越大，其牢度和安全系数也就越高，而建筑桩基承载能力受多种因素综合影响，本文着重对影响桩基承载力的因素提出几点探讨。

关键词：建筑 桩基 承载力

中图分类号：C35文献标识码： A

1建筑桩基极限阻力值的确定

由于不同地区地层年代及形成条件等各方面存在的差异较大，很难确定一个全国通用的标准，现行的地基设计规范并没有对不同岩土结构的建筑桩基的极限阻力给出明确的规定，而是要求勘察设计单位就当地实际情况通过具体实验进行确定。出于多方面原因，大部分勘察设计单位仍在沿用建筑桩基技术规范所定数据，这既造成了较大的经济浪费，也大大增加了不确定的安全因素，这样的现状急切需要各地区就当地实际总结出符合当地地貌特点的桩基极限阻力数值。

1.1鞍山地区桩基极限阻力数值的确定

上世纪90年代以来，由于鞍山地区的建筑荷载程度越来越大，对于桩基的使用也越来越频繁，进而积累了相对比较多的建筑桩基静载承载力的资料。

（1）通过对当地桩基具体的静载承载力实验数据分析，可以得出几个规律：①按照公用规范数值所计算出的承载力数值基本与鞍山地区地层相符合，能满足其一般的使用要求。②由于人工灌注桩基沉降量比钻孔桩沉降量的数值要大，以致对于个别桩基，其公用承载力数值不能满足实际使用要求。③就建筑桩基桩端持力层而言，其是否为岩石或者粘性土的沉降量的区别不大。

（2）影响桩基沉降的原因。①在鞍山地区，粘性土属于弱透水地层，按桩基参考表要求是可以采用人工灌注的地层。在实际挖孔实践中，在成孔时需要用水泵排水，此时桩孔周围地下水位高于孔内水位，停止挖掘后地下水反灌，将大量孔壁土冲入孔内，而导致孔底的沉渣较多，所以在具体实验时其沉降程度较大；而利用钻孔桩进行施工时，孔内水位始终超出孔外水位，孔内沉渣较少，因而在具体实验时桩基的沉降程度较小。②岩石或者粘性土对桩端持力层的沉降量影响区别不大，可以证明桩基的沉降程度主要受桩端残土占用的空间压缩，而桩端持力层的压缩大小对其影响不大。③就施工工艺而言，人工孔桩的施工是桩孔到设计规定深度后立即进行混凝土灌注工作，虽然在灌注前也有孔深检测，但由于孔内外存在较大的水位差，孔壁土很有可能随水流涌入孔内，从而使孔底沉渣较多而影响其沉降量。

（3）对人工挖孔灌注桩基的建议。①主管单位组织监测， 勘察设计部门及具体施工单位充分收集现有资料，通过一系列整理分析确定当地人工桩基承载力以及具体的施工工艺。②在尚未确定承载力及具体施工工艺前，也应当有临时措施以供使用。

1.2三峡水库桩基极限阻力探究

在完成蓄水后，三峡水库内水量对土体软化的作用会对沿岸岩土的力学性质产生十分重大的影响。在影响岸坡稳定性的同时，也必然会对边坡建筑桩基的承载能力及其沉降变形程度产生影响。

（1）自平衡试桩试验法。通过自平衡实验法，可以确定单桩竖向承载力、桩端土的极限端阻力以及周围土层的极限侧阻力。这种试验方法可以有效弥补水上试桩等传统式桩法的不足，有效解决各种工程、技术难题，它拥有不占用场地、装置简单、省时省力、操作方便、安全准确等优点，目前已经得到了广泛地推广应用。

（2）三峡水库的桩周土质特征。①灰黑色岩石，完整，坚硬。②介于淡黄色和黄褐色间的碎石土，中密，介于稍湿和湿之间。大部分为小粒径的棱角状碎石，粘粒充填物，介于硬塑和可塑之间。③褐色碎石土，密实，湿。大部分为小粒径棱角状碎石，小部分中粒径棱角状块石，粘粒充填物，可塑。④介于淡黄色、青黄色及黄褐色间的碎石土，密实，介于稍湿和湿之间。组成为小粒径棱角状碎石，中粒径棱角状块石及个别大粒径块石，粘粒充填物，可塑。⑤淡黄色素填土，介于稍密和中密、干和稍湿之间的状态。大部分为棱角状的碎石，少部分为棱角状的块石，充填物是一种粘粒，介于硬塑和可塑之间。⑥介于黄褐色、青黄色及棕黄色间的碎石土，密实，介于稍湿和湿之间。棱角状碎石组成，粉粘粒充填物，介于硬塑和可塑之间。⑦褐色碎石土，密实，湿。大部分为中粒径棱角状块石，小部分小粒径棱角状碎石，粘粒充填物，可塑。

（3）实验结论。运用先进的自平衡技术成功检测出了三峡水库在水位涨落时桩基于浸水前后的侧阻力、承载力和极限端承力。①桩基侧摩阻力。桩基侧摩阻力的分布不仅受到桩基在穿越土层性质的影响，还受到土层深度、桩基承载位置以及持力层性能的影响。侧阻力会随着土层相对位移的增加而增加，桩基侧阻力在浸水后增加速率明显加快。②浸水前后桩基的极限阻力存在较大差异，这说明被水浸泡过的桩端土的端阻力有着明显的下降。③由于目前相关研究较少，此实验可用于桩基是否受水库蓄水影响这类课题的探究参考。

2建筑桩基承载力的计算

对于桩基设计中承载力数值的计算和确定，主要依照全国通用的技术设计规范及地方性规范的设计规定。规范虽然很明确，可以依据一系列力学公式得出单桩的极限承载力，但由于大部分工程往往只是象征性的在施工完成之后进行些承载力检测，只是为了满足工程设计的最终结论，导致这种估算承载力的方法和实际试桩结果有时候会存在着非常大的差距。

2.1桩基缺陷位置对承载力的影响

如上节所建立桩基模型，本节主要对三种桩基缺陷形式下处于不同桩基位置时对桩基应力的影响，侧面反映其对桩基承载力的影响。其中，桩基全断面缺陷取桩基竖向0.5m高的全断面，桩基环形缺陷设置为桩基外径0.2m的整个环面，桩基扇形缺陷则将断面划分为30。为基准的12个扇面，桩基缺陷的模拟采用降低缺陷区域的混凝土弹性模量的形式模拟，缺陷部分弹性模量设为10Mpa，泊松比为0.24，每个缺陷形式分别建立对应桩基上部、中部、下部三个有限元分析模型，对桩基缺陷进行横向对比，分析各缺陷形式下对应的最不利缺陷位置。

2.2单桩极限承载力

（1）单桩承载力工作性状；桩基侧摩阻力的来源是桩周土所给的压力。由于桩顶的竖向荷载作用，如果桩基竖向变形，桩周土的压力就给桩基带来了侧摩阻力，并且会随变形程度的增大而不断增大，直到其极限值。虽然桩基不是单一土层的竖向分布，但其由上到下的变形和传力是连续的，只是桩周土的变形程度有所不同。变形越大，其侧摩阻力就会越大，加之土层位移的作用，促成了逐级传递的竖向力和下层土的侧摩阻力的发挥。（2）单桩极限承载力计算；在实际中，桩基承载力的估算要遵循两方面原则，一方面，极限摩阻力在上部土层的作用不容忽视，该段不足以平衡时再向下进行逐段计算，直到各段极限摩阻力的总和达到一种平衡；另一方面，土层的相对性位移影响着单桩的具体承载能力的发挥，特定情况下，土层变形是侧摩阻力的实际提供者。

3结论

经过本文对端承桩桩基缺陷位置与缺陷特征两方面对承载力的影响进行的计算分析，得到以下几点结论：

1、当桩身存在缺陷时，同样荷载条件下桩身内部会承受更大的压应力，相对应的变形也会增大。不仅对桩基自身可靠性产生影响，对上部建筑的安全性、耐久性有较大危害。不同作用位置三种缺陷作用下，均当缺陷发生于下部时对承载力最不利，仅当缺陷形式为扇形时，桩基上部的压应变会较大。

2、等量缺陷特征分别对应桩基上、中、下部分时，环形缺陷对桩基承载力影响最明显。扇形缺陷发生在桩基上部时，桩身所受压应力仍为最大。

参考文献：

[1] JGJ 106―2003建筑基桩检测技术规范[S] ．北京: 中国建筑工业出版社,2003

[2 杨兴其．桩基静压试验研究[M] ．北京：中国铁道出版社，2002

[3王新敏．ANSYS工程结构数值分析[M]．人民交通出版社，2007