馮 愛 霏

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

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結合案例分析墩和樁在地基處理中的應用

馮 愛 霏

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

介紹了墩和樁的概念，分析了墩和樁的區(qū)別，并結合建筑樁基技術規(guī)范，闡述了墩基礎的適用范圍，探討了墩基礎應當符合的計算及構造規(guī)定，為建筑樁基工程設計提供參考。

墩基礎，基坑，承載力，挖孔灌注樁

在一些埋深比較淺的巖石地層和山坡地形的地基處理中，因為挖孔深度的限制，經(jīng)常會遇到用墩代替挖孔樁的情況。墩在外形上與工作方式上與樁特別是灌注樁很相似，因而墩與樁的定義界限并不是很明確，在國內的工程技術標準中也沒有關于墩的技術規(guī)定。對一些剛接觸地基處理的設計人員處理此類地基時方法比較模糊，現(xiàn)結合實際工程設計簡要介紹墩和樁的區(qū)別以方便大家設計的時候作為參考。

墩和樁的外觀比較相似，將墩定義為特殊的大直徑樁較為合適。工程設計人員一般按照以下兩種方式來區(qū)分它們，一種是按照結構構件的長度來區(qū)分墩基與擴底樁，在《全國民用建筑工程設計技術措施結構篇》中有規(guī)定提到：挖孔灌注樁的長度不宜小于6 m且不宜大于40 m，當樁的長度少于6 m的時候應按照墩基礎考慮，如果樁的長度雖然大于了6 m，但長度與直徑的比值小于3，仍舊按墩基礎計算。另一種是按樁和墩的施工方法不同來區(qū)分，樁處理方式一般是將結構構件打入或壓入土層中，從而使地基土受到擠壓，分為摩擦樁和端承樁兩種。墩基的處理方式則是根據(jù)土質的情況先用機械或人工在土層中挖好一個孔坑，然后再將孔坑內灌入混凝土。當然將其區(qū)分后各自的算法也就不一樣了，墩的承載性能介于樁和天然地基之間，因此不能簡單用樁的公式計算其承載力，否則是不安全的，和大直徑擴底樁不同，擴底墩的承載性能更接近于天然地基基礎，可采用天然地基的寬度及深度修正系數(shù)確定其承載力。墩基礎算法仍屬于天然地基的范疇。

前段時間做的一個項目山西西山晉興能源有限責任公司的職工住宅樓就碰到了上述這樣的情況，該工程結構形式為剪力墻結構，地下1層，地上12層，室內外高差為0.6 m，建筑總高度為36.6 m。建筑場地自上而下的工程地質條件如下：第①層土為素填土，該層承載力特征值120 kPa，厚度5 m～8 m,填土以下就進入卵石層，基礎底部位于第①層填土層，天然地基承載力不滿足設計要求，需進行地基處理。在設計中經(jīng)比較采用了剪力墻下布置人工挖孔墩的設計方法，墩身直徑900 mm，墩長度6.5 m(包含擴大頭)，擴大頭直徑分為1.5 m和1.8 m兩種，墩身混凝土強度等級為C35，墩端持力層為卵石層，該層承載力特征值300 kPa。

其中的關鍵在于承載力的計算部分，樁身長度雖然超過了6 m，但是接近規(guī)范中規(guī)定的臨界值，在設計中分別進行了樁和墩的計算，進行包絡設計，承載力計算僅考慮了端部阻力，未考慮側向阻力，最終按墩基礎設計，經(jīng)計算和現(xiàn)場檢測均滿足設計要求。

在建筑樁基技術規(guī)范中關于樁的介紹很全面，在此就不做另述了，以下對墩基礎的設計進行了介紹。

1 墩基礎的適用范圍

墩基礎多用于多層建筑(地基承載力要求相對較低)，在巖層較淺或工期緊張的情況下很合適。墩基礎埋深一般大于3 m、直徑最好在800 mm以上，低于800 mm時人工開挖將沒有操作空間；當樁的埋置深度與樁身的直徑比值小于6或者樁的埋置深度與樁擴大頭直徑比值小于4，應該按照墩基礎計算方式進行設計。墩基礎和樁施工工藝相同，有帶擴大頭和不帶擴大頭兩種成孔方式，若樁體的埋置深度過大的時候，如果采用墩基礎的計算方法設計則不符合實際的情況，所以規(guī)定了樁體長度與直徑的比值界限以及墩身有效長度不超過5 m的限制條件，用來與人工挖孔樁進行區(qū)別。但是上述限制條件只是不宜，不是不應，當超過限制條件不多時，仍需要按照挖孔樁的計算方式進行驗證，從承載力方面考慮，采用墩基的計算方法得出的單樁承載力一般較小(不排除特殊情況)，選擇兩種計算方法得出的較小值作為單樁承載力作為依據(jù)，雙控包絡設計。這樣選擇雖然保守但是更加有安全保證。

2 墩基礎應當符合的計算規(guī)定

1)墩基礎計算其墩底面積的時候，傳至墩體上的作用效應按照正常使用極限狀態(tài)下作用的標準組合；計算單墩承載力特征值的時候不應考慮其墩體的側向摩擦阻力僅考慮其端部阻力。墩基礎的端頭阻力特征值應按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》中經(jīng)深度修正后的持力層承載力特征值(公式5.2.4)或按深層平板載荷等試驗確定的數(shù)值采用，當偏心合力(均布壓力假定)作用下時其承載力特征值也可以按照抗剪強度指標(公式5.2.5)進行確定，并應滿足地基變形的要求。其中深層平板載荷試驗等方法可以確定深部地基土層以及墩端頭土層在承壓板下應力主要影響范圍內的承載力和變形參數(shù)。載荷需求不大的墩基礎也可以直接按照單墩豎向靜載荷試驗的方法確定其承載力特征值。各類載荷試驗等的要點可參見《地基基礎設計規(guī)范》附錄中的相關內容。

2)墩基礎的埋深如果超過了5 m并且墩身周圍土的情況較好、強度較高的時候，可以采用公式計算來確定墩的承載力特征值，其中建議不考慮其側向阻力，主要是墩長度較短這部分摩擦阻力不可靠：軟弱粘性土有震陷問題，一般粘性土也可能因墩身摩擦力產(chǎn)生的墩間土的附加應力下的壓縮使墩周土與承臺脫空；欠固結土有固結下沉問題；非液化的沙礫有震密問題等等。實際中地震情況下墩臺與土脫空的報道時有發(fā)生。但除巖石持力層外，其墩底持力層承載力特征值可乘以1.1的調整增大系數(shù)(載荷試驗確定的持力層承載力特征值除外)。

3)墩和樁的一樣也需要進行墩身強度和裂縫的控制驗算，計算時應考慮成孔工藝(護壁)、混凝土強度、環(huán)境類別等因素。

4)注意特殊條件下墩基礎豎向承載力的驗算，如軟弱下臥層的驗算。

5)同一個單體建筑物的墩基礎，如采用了壓縮性差異較大的持力層，常引起較大不均勻沉降，導致建筑物傾斜或建筑物的構件開裂。底部承載力需求不同時可以采用不同的擴底直徑或墩距進行調整。墩基礎的沉降變形可用沉降量、沉降差指標控制，對于多層或小高層建筑可由建筑物墩基沿傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值控制，當建筑物為框架、框架—剪力墻結構時，還需要控制柱(墻)之間的沉降差異。

6)當墩基礎在位于坡地等滑動面上時，也要進行墩基礎的整體穩(wěn)定性驗算。

7)應該高度重視深基坑開挖中，坑底回彈隆起對墩身受力影響。當持力層不是巖土層，基坑開挖又較深的時候，基坑底部土的回彈可能引起墩身的開裂，直接影響到墩的耐久性和受力狀況，此時可以考慮加大墩身的配筋。

3 墩基礎應當符合的構造規(guī)定

1)墩采用的混凝土強度等級要求C20及以上等級。

2)墩采用構造配筋的時候，注意其最小配筋率和最小根數(shù)、直徑與大直徑樁相同，特殊環(huán)境如腐蝕類環(huán)境時應當加大其縱筋直徑，墩體內縱向鋼筋通長配置。

3)墩與上部柱之間可以用承臺連接，也可以將墩與柱直接連接。當采用墩與柱直接連接的方式時，應滿足固接的要求。柱邊至墩周邊的最小間距應大于150 mm，且隨著柱截面的加大該距離也要求相應的增加，可參考地基基礎規(guī)范中杯口基礎的杯壁厚度要求。因墩身混凝土強度等級一般較上部柱低，此時需驗算墩的局部抗壓強度。為加強結構的整體性，可在墩基礎的兩個方向設置連系梁，選兩端柱底壓力較大值的1/10計算其連系梁的截面和配筋。墩基礎一般常用于層數(shù)不高的建筑物，所受水平力較低，此時如果墻下部設置基礎梁，墩可用插筋直接與基礎梁連接。當墩頂設置墩帽時，其構造與框架結構頂層梁柱連接方式相同。墩帽可與基礎梁一同澆筑。

4)墩基成孔為人工挖孔時，應考慮安全因素可采用鋼筋混凝土護壁。墩體擴底直徑不宜大于墩身直徑的2.5倍。

5)墩身底標高相同的情況下，墩的間距可以不受控制，按上部結構方便布置即可。

6)墩身底部進入非巖石持力層的深度要求不小于300 mm。當墩底在巖石層上時，無埋置深度要求，但應當保證其基穩(wěn)定性。墩底巖石層標高變化時，應當進行整平處理或者鑿成臺階狀。

總之，從設計角度來區(qū)別，樁基礎按其受力原理分為端承樁、摩擦樁、端承摩擦樁，分別進行極限承載力的計算；墩基礎就一種，不考慮側向摩擦阻力僅考慮端部阻力。從施工角度來說與挖孔樁基本是相同的。當無法直接確定墩或樁的承載力時，建議按墩和樁分別計算包絡設計，并取小值的設計原則。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[2] JGJ 94—2008，建筑樁基技術規(guī)范[S].

[3] GBJ 79—2002，建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[4] 地基及基礎[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[5] 中國建筑標準設計研究所.全國民用建筑工程設計技術措施結構[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[6] 建筑地基基礎設計方法及實例分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[7] 龔曉南.土力學及基礎工程實用名詞詞典[M].杭州：浙江大學出版社，2016.

[8] 方曉陽.基礎工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

Analysis on the application of pier and pile in foundation treatment by combining with cases

Feng Aifei

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030013,China)

The paper introduces the identification of pier and pile, analyzes their difference, describes the application scope of pier foundation by integrating with building pile foundation technology norms, and explores pier foundation calculation and structural regulations, which has provided some guidance for building pile foundation engineering design.

pile foundation, foundation pit, bearing capacity, bored pile

1009-6825(2017)14-0062-02

2017-03-04

馮愛霏(1984- )，女，工程師

TU472

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