时间：2023-03-25 10:43:40
导语：在桩基础技术论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：房屋建筑；桩基施工；技术问题；处理方法；
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
随着我国城市化进程的快速推进，我国建筑行业自身获得了迅猛发展。建筑施工技术，尤其是建筑桩基施工技术取得了明显进步。随着智能化技术的发展，人们对建筑施工的质量要求越来越高。建筑桩基施工是保证建筑施工质量的关键，加强建筑桩基施工技术的研究就成为了施工企业的必然选择。
建筑桩基施工是建筑工程中的重要环节，它是建筑施工的第一步，同时也是最为重要的一步。建筑桩基施工质量直接关系到整个建筑工程的质量。建筑桩基施工是基础工程，众所周知在建筑施工中基础工程的重要，加强建筑桩基施工技术的研究是保证建筑工程质量的关键。在建筑桩基施工中经常会遇到许多问题，解决这些问题能够保证建筑工程顺利完工，同时也可以提升建筑工程的整体性能。笔者将重点探讨在桩基施工中遇到的技术难题并提出相应的对策。
1建筑桩基施工概述
建筑桩基施工是一种具有悠久历史施工工种，它是建筑工程中不可缺少的环节。桩工技术在几千的发展中也取得了很大进步。目前，不管是桩基材料，桩类型，还是施工方法与传统相比都发生了很大变化。随着城市化进程的不断加快，建筑桩基施工技术也取得了明显进步，它逐渐形成了具备现代化基础的工程体系。
在建筑施工中大量采用桩基可以减少工作量，同时节省了材料消耗。桩基具有很高的竖向单桩承载以及群桩承载力，桩基能够承担高层建筑的竖向荷载。同时桩基还具备很强的竖向单桩刚度。在自身承载较重负荷的前提下，不会产生不均匀沉降。桩基这种性能可以保证建筑物不会发生超过允许范围的倾斜。正是因为这种性能，桩基可以用来抵御风吹日晒，性能优良的桩基，在地震中也不会有太大损害。桩基还有一个作用就是保证高层建筑抗倾覆稳定性，说白了就是增强建筑物的稳定性。
在建筑桩基施工中经常要把桩基穿过可液化土层。只有穿过可液化土层才能支撑稳定的坚实涂层以及基岩。当建筑物所在地区发生地震后，由于桩基自身具有足够的抗压以及抗拔承载能力，因而它能确保建筑物不会发生过大倾斜。当然有一个前提，是要保证桩基自身的质量。只有在充分保证桩基自身的性能，才能真正保证建筑桩基施工的质量。这是建筑桩基施工的第一步。桩基施工无论是对于高层建筑还是道路施工来说都有很重要的影响。加强桩基施工的质量控制是保证整个工程质量的前提。基础不牢，地动山摇。这句古话，充分向我们说明了建筑桩基施工的重要性。加强建筑桩基施工质量控制，首先要做到的就是保证桩基自身的质量与性能。这是做好建筑桩基施工的第一步。
2建筑桩基施工的基本步骤
上文提到了建筑桩基施工的重要性，并且指出了建筑桩基自身的质量性能和建筑整体质量有着很紧密的联系，建筑桩基施工质量如何很大程度上取决于建筑桩基自身的质量。在充分意识到桩基自身质量的重要性后，我们再来了解一下建筑桩基施工的基本步骤。
建筑桩基施工是建筑施工中的重要环节，其自身又包含多个步骤，但总体上可以把这多个步骤，大致分为两步：一是建筑桩基施工前的各项准备工作，二是沉桩阶段。做好建筑桩基施工前的准备工作是保证施工进度顺利完工的关键，同时也是保证工程质量的关键。在建筑桩基施工中，从某种意义上说，施工前的准备阶段甚至比沉桩阶段还重要。下面，笔者就来详细论述这两个阶段。
2.1施工前的准备阶段
一如上文所述，建筑桩基施工前的准备阶段，在某种程度上甚至比施工本身还重要。所谓施工前的准备阶段，一般意义上主要是包括四个方面的内容：一是对桩基现场进行全面的勘察，二是对施工设备尤其是机械设备的准备，三是技术准备，四是现场准备。接下来笔者就来详细论述这四个方面的准备工作。
对工地现场的全面勘察。建筑桩基施工的方法的确定，设备的选用全依赖于对现场工地的全面勘察。对工地现场的全面勘察是进行建筑桩基施工的基础。针对建筑施工现场的全面勘察主要内容包括：对施工现场的地形、水利、天气等基本自然条件的勘察；对施工现场成桩深度的图纸勘察，要精确掌握各种物理性指标；对邻近建筑物的位置、距离、现状、使用用途的考察；要对建筑物整体的电气设备、电气线路的布局，地下管线的布局、埋置深度、结构等要精确把握；要对建筑物各种人为以及自然地质现象，例如地震、爆炸等现象的充分把握。以上提到的只是其中的一部分，具体的勘察内容要结合施工现场的具体要求来确定。
机械准备。建筑桩基施工主要是要通过机械设备来完成的。针对机械设备的准备也是施工前准备工作的重要内容。施工人员在选用机械设备的时候，要根据设计的桩型，结合施工现场的土质状况来进行选择。在建筑桩基施工中常见的机械设备时候螺旋钻机和震动沉管钻机。这两种设备的是桩基施工中最为典型的设备。我们在选择石碑的时候就是要根据施工现场的实际情况来进行选取。施工人员必须要对这两种设备的基本性能以及使用条件了如指掌。螺旋钻机主要适用于水位以上的粉土、沙土、膨胀土中，而震动沉管钻机主要适用于那些淤泥之中，最为典型的是粘土，素填土。两种机械的直径也呈现出各自不同的特点。螺旋钻机的直径一般要求在300到1000毫米，相反震动沉管钻机的直径要求是保持在400毫米左右。具体选择哪种机型要根据施工现场的实际情况来进行选取。
技术准备。技术准备主要指的是在施工前必须要编制施工方案，确定施工方法，施工顺序，邻近建筑物的保护措施等主要内容。施工进度的规划，劳动力需求的确定，各种材料设备的需求计划。这些内容是在施工前必须要考虑的因素。现场准备。现场准备主要指的是在施工前，必须要保证场地平整。高层建筑物的桩基一般要密布。在施工前，尤其是各种机械设备进入施工现场前，首先要多工地现场进行平整。这样做主要是为了保证桩基的垂直度。成桩之前，要专门对施工现场的各种障碍物进行清理处理，对那些施工区域内的电杆、跨越施工区的电线，以及旧建筑等障碍物要及时清除。只有各种障碍物清除干净才能保证建筑桩基施工的顺利实行。
2.2沉桩阶段
沉桩阶段是正式施工阶段，这是建筑桩基施工的主要步骤，施工人员在进行桩基沉桩的时候，一般有两个步骤，一是灌注沉桩，二是预制混凝土桩与刚装沉桩。这两个步骤构成了一个完整的桩基施工过程。我们要加强桩基质量控制就必须要从这两个步骤下手，加强对这两个步骤的监督。
3建筑桩基施工中的常见质量问题以及对策
在建筑桩基施工中经常会遇到许多问题，解决好这些问题是保证桩基施工质量的关键。在施工中常常会遇见的问题主要有两个：一是单桩承载力不符合规范。二是桩倾斜过大。单桩承载能力低于规范主要是有这几个原因造成的：一是桩坑沉入深度不够；二是贯入度太大；三是桩倾斜过大。桩倾斜过大的原因主要由于以下几个原因造成的：一是预制桩质量差，预制桩质量差主要体现在桩顶面发生了倾斜；二是桩基在安装过程中安装位置不对，框架与地面的角度不是按照规范形成垂直关系，而出现了一定程度的倾斜；三是桩距过小的原因。
针对以上质量问题，我们主要采用两种方法来应对：一是补送结合法。在建筑华族昂及施工中可能在接桩的过程中发生节点脱开的情况，针对这种情况我们采取补送结合的方式。首先要做的是把节头顶紧，如果桩实在不够长的话，那么其次要做到就是适当补长。二是补桩法。补桩法有两种方式，一是桩基承台前进行补桩，二是在地下室补桩。
随着我国城市化进程的不断加快，我国建筑行业的迅速发展带动了我国建筑施工技术，尤其是建筑桩基施工技术的发展，在建筑施工过程中建筑桩基施工是其中的重点内容。建筑桩基施工的质量直接关系到建筑施工的整体质量。我们必须对建筑桩基施工技术保持高度重视，要加强建筑桩基施工质量控制。要针对施工常见的单桩承载能力偏低以及桩倾斜过大的问题，要专门采取补桩法以及补送结合法。
参考文献：
[1]彭圣浩．建筑工程质量通病防治手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002．
[2]陈希哲.土力学地基基础[M].北京：清华大学出版社，2004．
[3]杨克己.实用桩基工程[M].北京：人民交通出版社，2004．
【关键字】复杂地质，深桩基础，施工技术，存在问题，解决措施
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
前言
从我国目前的建筑行业的发展情况来看，机械化施工已经得到了广泛的应用，但是人工作业仍然有着不可取代的重要地位、有着它存在的必要性，特别是在复杂的地质条件下进行深桩基础施工的时候，由于地质的复杂性，机械作业很容易出现问题，而且有的地质条件下很难进行机械作业，所以必须要采用人工，虽然施工人员的劳动量会比较大，危险性也较高，但是从整体来看，采用人工作业，节省了工程投资，施工简单、操作方便，一些情况下施工的速度也会比较快。目前，建筑工程中已经广泛采用了深桩基础施工，深桩基础施工技术也有了一定程度的发展，但是在一些复杂的地质条件下，深桩基础的施工仍然面临着不少的难题，一旦在施工过程中出现技术失误或者说设计的时候没有考虑周全，就会导致施工事故，深桩基础受到破坏，从而威胁到整个建筑工程的安全，因此对复杂地质条件下的深桩基础施工技术的研究已经成为了一个重要的课题，尤其是针对岩溶、湿陷性黄土、冻土地区的深桩基础的施工技术研究更是刻不容缓。
二．岩溶地区的深桩基础施工
1、岩溶地区的特点
由于岩溶地区独特的物理和化学反应，所以岩溶地区一般会有较多的溶洞出现，溶洞中的地下水活动就比较频繁，给深桩基础施工带来困难，很容易出现塌陷、断桩、偏孔、卡钻、斜孔、掉钻、漏浆等等各种问题，处理不当很有可能会影响到施工的工程质量和施工人员的生命安全，因此在施工之前，必须要充分的对岩溶地区的地区环境，溶洞内部的具体情况进行了解，结合实际情况制定合适的施工方案，确保工程和施工人员的安全。
岩溶地区深坑基础施工常见问题及解决措施
（一）高倾角岩面冲孔如遇到高倾角岩面，发生偏孔时，需回填片石到偏孔上方300～500mm处，重新冲孔。如回填一次片石难以修正孔位，则可采取多次回填片石进行修孔。如多次回填片石均不能纠正偏孔，则采取灌入C45砼，等7天后进行重新冲孔。为了防止桩基施工过程中可能出现的漏水、漏浆，掉钻甚至出现塌孔等异常现象，可采用插打钢护筒、回填粘土和片石等方法进行处理。
（二）桩施工中孔内出现障碍时的处理
（1） 掉锤。由于钢丝绳节头脱落、钢丝绳折断造成桩锤掉落在孔内可采取以下方法处理：
采用捞钩打捞。用特制的捞钩放入孔中，钩住桩锤上的打捞环，然后用桩机或吊机慢慢将桩锤提上。
②潜水员打捞。当桩锤在孔内打横卡住，用打捞钩无法打捞桩锤时，可采用潜水员潜入孔内进行水下掏孔、挂钩，如打捞环断裂则可进行水下切割烧孔，并穿入钢丝绳将桩锤吊起。
（2）卡锤。当桩锤被块石、沉碴、溶洞卡住时，可采取以下方法处理：
被块石卡住桩锤
塌孔时用粘土、块石回填，当重新冲孔时，块石很容易被震动后掉下卡住桩锤。此时可先用泥浆清孔，反复提钢丝绳，使桩锤松动，将锤提起。如提不起，则可采用水下爆破方法处理。水下爆破起锤法是利用爆破震动松动桩锤，提起桩锤。
②沉碴埋住桩锤
当砂层塌孔埋住桩锤时，首先进行清孔，利用导管将桩锤以上的沉碴清出，然后反复提锤，将桩锤拔出。
③被溶洞卡住桩锤
在进入溶洞区时，如进锤太快，一下打穿溶洞时，很容易被岩石卡住。此时桩锤一般可以向下松动，而提不起来。采用反复提锤形成反向冲击，使溶洞穿孔扩大。如不能将锤提起，则只好换桩位重新补桩。
（3）打钢护筒遇障碍
由于砂层厚塌孔，溶洞多且大，可采用打钢护筒方法进行护壁。但钢护筒在打入时，极易被孤石或石笋等齐压变形、底脚卷边。将造成桩径变小，钢筋笼下不去等问题。此时可采用潜水员水下切割处理，解决此问题。
三．湿陷性黄土地区的深桩基础施工
1、湿陷性黄土特点
湿陷性黄土一般主要分布在我国西北、华北一带, 由于黄土具有底层多, 土层厚度大, 且这些地区的气候干旱少雨, 蒸发量大，所以黄土在上覆土层自重应力作用下或在自重应力和附加应力共同作用下, 受水浸湿后的土的结构会被破坏从而发生显著变形,很容易造成地基下陷的情况。
处理方法
由于湿陷性黄土的特点，所以它会造成地基下陷，从而导致深桩基础发生不均匀的沉降，使深桩基础的承载力受到破坏，对整个建筑物的安全产生不好的影响。所以，对湿陷性黄土的处理方法要格外注意，一般来说，我们较长采用的方法主要有深层搅拌桩法、强夯法、桩基础法、垫层法、欲浸水法、挤密法等。在选择桩基础的时候，一般采用的有锤击预制桩、人工挖孔灌注桩、振动沉管灌注桩、钻孔灌注桩、向扩孔桩等等，可根据具体的地质特点和施工要求选择合适的施工方法和桩基础，但是要特别注意的是，在湿陷性黄土地区的深桩基础施工的过程中，不能选用摩擦型桩，因为摩擦型桩在浸入水中之后的摩擦力会大大的减小，从而也就失去了承重能力，就失去了保证建筑物的安全的能力。
三．冻土地区的深桩基础施工
1、冻土地区的特点
所谓冻土，是指在冬天的时候，受严寒的气候条件的影响，土层中的水结成了冰，然后土体自身就会产生体积膨胀。冻土地区的特点就在于，在严冬这种情况下，地基中的深桩基础就会受到切向的冻胀力，从而导致深桩基础产生不均匀的上拔，使深桩基础上部的结构发生不均匀的变形。到了夏天气候炎热的时候，冻土被融化，地基失去强硬的支撑，深桩基础就会下沉，基础的承载力下降，影响到上层建筑的牢固。
针对冻土地区特点选择深桩基础的要点
钻孔插入桩基础。钻孔插入桩的特点在于它能适用于各种岩性和冻土地基，并且整体来讲，对地基的热扰动比较小，且回冻的时间短。缺点就在于承载力较低。
钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩的特点在于它适用于坚硬冻结状态的冻土地基，制作、施工方法和机具都比较简单，节省了施工材料。并且它具有较高的水平及垂直承载能力。它的缺点就在于回冻时间比较长，对地基的热扰动大。
钻孔打入桩基础。钻孔打入桩的特点在于适用于粘性土、砂土类地基，且对地基的热扰动最小，承载力高，缺点在于施工设备较复杂。
所以针对冻土地区的施工要考虑到不同地基的情况及不同深桩基础的特点，选择最佳桩基础。
结束语
复杂地质条件下的深桩基础技术施工，重点是详细了解和掌握工程所在地的地质构造，同时制定相应措施，做好施工安全管控工作。这样不仅在工程造价方面可以大大节约，同时可缩短工程工期，并有效控制工程质量。至于质量，桩基础工程项目，所施工每一根桩都有其独特性，都无固定的可遵循历迹，应对已施工完毕的，做全面总结，不断掌握技术控制要点、吸取施工经验，消除盲目性，可有利于今后工程保质保量顺利完成。
参考文献：
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[2]张科军 刘春生 复杂地质条件下地下连续墙冲孔桩纠偏处理爆破施工技术 [会议论文] 2009 - 第八届全路工程爆破学术会议
[3]孙晓阳 周军红 复杂地质条件下基于变形控制的深基坑支护设计与施工优化 [期刊论文] 《施工技术》 ISTIC PKU -2012年7期Sun XiaoyangZhou Junhong
[4]郑俊杰 林永汉 复杂地质条件下粉煤灰混凝土桩与石灰桩的联合设计法(被引用 9 次) [期刊论文] 《水文地质工程地质》 ISTIC PKU -2000年6期
关键词：沉降；桩基础；承载力
中图分类号：TU74文献标识码： A
随着高层建筑和体型复杂建筑的发展，地基基础的不均匀沉降问题越来越凸现出来，传统的桩基础设计理念受到了前所未有的挑战，近年来随着一些相关学科的发展，桩基础设计思想有了很大突破。这些思想首先源于研究在减少天然地基的总体沉降问题，认为群桩和承台下同承担建筑物荷载。在此基础上进一步发展出所谓减沉桩、疏桩、复合桩、塑性支承桩等桩基础设计理论，这些理论是以总体沉降为主要控制因素，采用少量桩来协助天然地基以减少其沉降或弥补其承载力的不足。
1977年英国的Burland教授在日本东京召开的第9届国际土力学与基础工程会议上，做了《结构物和基础的性状》的专题报告，指出在天然地基强度能满足设计荷载的要求但沉降却过大的情况下，可以采用少量发挥极限承载力的桩以减少基础沉降，并将其称为“减少沉降量桩基础”。一年后Hain和Lee等人采用Poulos的弹性理论及理想弹塑性模型也得出了建立竖向刚度较大的桩―土复合桩基并不需要很大的桩数，桩数的进一步增加对减少最大沉降和差异沉降的作用非常小的结论。但目前为止将这一设计思想还仅仅停留在理论阶段，很少在工程上得以应用。
Poulos在屈服桩基础的方法上提出了可以考虑让桩完全发挥极限承载能力，桩仅是作为减少沉降所采用的构件，并称其为“piled raft foundation”，以示与传统的“pile groups”的区别。他认为由于筏下土体过于软弱时，使筏板能提供的承载力十分有限，不适合采用这种设计方法。
相比于国外桩基础研究的发展，我国的桩基础理论发展也在快速的发展。1979年，我国岩士工程界前辈童翊湘在探讨上海软土地区桩基础设计经验时就提出了基于群桩基础工作机理的分析理论，形成了分不同情况按沉降设计桩基的初步想法，指出桩土相互作用的应力对计算桩基下沉量的影响。
上世纪八十年代初开始同济大学开展了桩土相互作用课题的研究，杨敏等在1988年研究了在桩基础设计中减少桩数节约造价的问题。研究中指出了如果桩数是受沉降控制的，则在地基强度满足荷载条件下，减少用桩数量只会对基础沉降有影响，不会引起建筑物的使用，并于1989年开始在上海的多层和小商层建筑物的基础设计中应用沉降控制概念进行工程实践，实践表明根据该理论能够有效地减少工程造价。此后杨敏等人经过10多年的对桩土相互作用、软土地基变形控制等有关课题的研究，于1998年提出了减少沉降桩基础的设计理论，其只要思想是基础中的桩除承担部分荷载外主要还是起减少和控制沉降的作用，进而提出了将控制设计值确定桩数和桩长的设计方法。1983年华东电力设计院在桩和承台共同作用的报告中再次指出，在软土中进行基础设计时充分利用桩和承台板的共同作用，可以有效提高桩基础的承载能力和减少沉降，并给出了相应的设计计算式。上海民用建筑设计研究院黄绍铭、裴捷等在上世纪80年代中后期开始探索软土地区沉降控制复合桩基设计方法，根据在上海康健新村原位观测得到的实测数据，提出了基于Mindlin解的Geddes应力公式计算土中应力，再用分层总和法计算沉降的设计理论。
宰金珉提出了复合桩基的设计方法，综合分析了沉降控制复合桩基非线性工作性状的基础，指出应用复合桩基设计方法的前提条件是天然地基承载力满足率指标大于0.5，如果小于0.5则还是沿用常规桩基础设计方法，同时提出在整体承载力和沉降量双重控制下按单桩极限承载力设计复合桩基的方法，其设计原则为：在总体安全度K大于2和总沉降小于允许沉降的双重控制下，单桩近似取用极限承载力。另外将“复合桩基”定义为以大桩距(5～6倍桩径长以上)布置的底承台摩擦群桩或端承作用较小的端承摩擦桩与承台底同承载的桩基础。1994年上海市地方地基处理技术规范DBJ240294将减少沉降桩基础的桩基础设计方法收录在规范中，并取名为“沉降控制复合桩基”。1993年蔡杉龄对深厚饱和软黏土中薄硬夹层作桩基持力层做了研究，引用了板带强度计算理论，经过计算分析，得出了薄硬夹层可以作为扩底桩的桩端持力层的结论。
温州建筑设计院管自立工程师在上个世纪九十年代初期提出了基于充分利用浅埋硬土层良好承载力的设计方法，建立了疏桩基础设计思想。指出饱和软土地基中存在一个“最佳容桩量”，在这个容桩量进行设计时建筑的沉降最小，从而对由传统桩基设计确定的桩数和间距进行精简和疏布。
在高层建筑超长大直径灌注桩的研究上，张忠苗、汤展飞等对杭州某长45m的试桩的进行了实测，认为桩端沉降量对桩侧极限阻力有很大的影响，并定义桩端沉降量达到约2mm所对应的桩顶荷载为极限阻力值。通过分析指出按各层摩阻力平均值用一般静力经验公式来计算桩侧阻力是不正确的。楼晓明、洪毓康、陈强华对群桩基础地基中的竖向附加应力性状进行了研究，指出等代深基础法Boussinesq公式确定的附加应力要比桩端以下附加应力大得多。并且随着桩长度的增加，基础面积随之减小，下卧层中的附加应力系数也逐渐变小。
在当前的高层建筑桩基设计中，多数采用“等桩长、等桩径、等桩距”的设计方法，实测表明，虽然采用的桩数不少，但碟形沉降仍然时有发生，框剪、框筒、筒中筒结构中这种情况尤为突出。这种碟形沉降对建筑结构内力影响很大，是基础和上部结构的受力都有所增加，从而板厚和配筋增多，使得工程造价升高．因此，宰金珉、刘金砺等提出对基础刚度进行调节的变刚度调平设计方法，目标是尽可能地减少材料消耗和差异沉降。
管桩的工期较短，质量控制容易，场地污染及噪声很小，具有很多优点。但在高层建筑中，管桩接头太多，容易在下压的过程中破坏焊接；而钻孔灌注桩却不受土层的限制，可以打到任意的设计深度。而沉管灌注桩一般只能在20米以内；其次，管桩只是桩头桩帽的短筋锚入承台，而灌注桩直接是桩身钢筋锚入承台，因此管桩相对灌注桩的抗拔能力较弱。
同时灌注桩由于混凝土自身强度形成的过程存在有充盈效应。因此灌注桩的承载力随着时间的推移及桩周土的的恢复，桩周摩擦系数会越来越大。抗拔能力及抗震能力也越来越强。
H型钢桩的力学性能优良，性柔、强度高,震不断，抗震能力强。利用液压振动锤可轻松地将H型钢桩振入卵石层中10米以上，最深可达30多米。从振动减振的角度来分析，基础的柔性结构更重要，大地是激振源，桩是减振器，上部建筑物即使是刚性体也无所谓，因为刚性体的振动烈度完全取决于减振器。
在地震爆发时，强大的地震水平往复冲击波，完全改变了管桩和灌注桩上述状态，使端承桩在地震冲击波中发生水平往复运动，对桩身构成了往复水平冲击，使摩擦桩桩身四周土层与桩基松开，并且土层对桩身构成水平冲击力，其结果：无论端承桩还是摩擦桩不是破坏，就是失稳。
桩基础结构破坏、地基土失效以及桩基整体失稳，常常引起上部结构的整体性破坏；地震引发桩基沉降、倾斜、桩基结构轻度受损，将影响建筑物的正常使用和使用寿命。因此桩基础的抗震，应从建筑物整体抗震的角度出发，确定相应的抗震设计原则，采取相应的抗震构造措施，进行相应的抗震计算，以达到抗震设防目标。从桩基抗震设计角度，选择桩基类型应优选H型钢桩，其次是钻孔灌注桩，沉管灌注桩，再次是预应力高强管桩。
参考文献：
关键词：窄基塔；多桩基础；优化
中图分类号：C35 文献标识码： A
窄基塔线路是目前新兴的线路型式，具有节约廊道、占地的优点，并且工程造价相比较钢管杆线路可下降20%-30%，具有很强的应用前景。目前，窄基塔的通用设计、批量使用已提上日程。根据窄基钢管塔的基础受力特征，其基础配置有较大的优化空间。
一、窄基塔桩基础选型概述
窄基塔的基础受力特征介于角钢塔和钢管杆之间，根据其基础作用力的大小及地基情况的差异，可选择分体式基础或一体式基础，但由于其根开很小，使用分体式基础往往由于四腿基础相互之间冲突而难以实现，通常使用的基础型式为一体式（即独立式基础）。窄基塔的独立式基础又可分为开挖回填基础及桩基础两大类。
窄基塔线路通常在城市绿化带、道路两侧等基础建设受限地段使用，受到地下管线、绿化带宽度的限制，基础可建设的宽度往往受到很大的制约，开挖回填基础的底板放置存在很大的难度。以典型的粘性土地质为例，通常窄基塔开挖回填基础底板宽度为：直线塔基础底板宽度5.4～6.4米，小转角塔基础底板宽度6.8～7.6米，而大转角塔基础底板宽度则通常在8米以上，这在走廊已经十分狭窄的情况下是难以实现的，背离了窄基塔使用的初衷。而使用桩基础则很好的解决了这一问题，无论使用多桩、单桩基础，在桩径合理的前提下，其承台尺寸均可控制在4米以内，这很好的解决了窄基塔的根开与基础的配合问题，可解决窄基塔在基础建设受限地区应用的问题。
窄基塔灌注桩基础的常规型式为单桩、多桩，根据以往的设计经验，直线塔一般使用单桩可满足其承载要求；而转角塔根据其转角度数的大小其控制条件不同，通常使用多桩的经济性是较高的。常规的多桩布置型式为四桩。以下对窄基塔转角塔的多桩基础受力进行分析和优化比选。
二、窄基塔基础作用力特点分析
转角度数不同的窄基塔，其基础最大作用力的控制工况有所区别，不同角度转角塔的控制工况是安装或覆冰工况，存在一个转角度数的临界点，在此临界点下的安装和覆冰工况所产生的基础作用力是相同的。
2.1 小转角塔的基础受力特性分析
小转角塔的控制工况为安装工况，根据设计规程规定，未挂线一侧的拉线可承担30%的不平衡张力，即挂线侧的导地线承受的不平衡张力为最大使用张力的70%，由其引起的最大弯矩方向为顺线路方向，如图[2.1-1]示。
图[2.1-1] 小转角塔安装工况受力示意图
图[2.1-2] 小转角塔大风工况受力示意图
图[2.1-3] 小转角塔覆冰工况受力示意图
大风工况下的基础作用力一般仅为安装工况下的60%以下，覆冰工况下的基础作用力则与转角度数有关。
2.2 大转角塔的基础受力特性分析
大转角塔的控制工况为覆冰工况，导地线的最大使用张力即是此工况下的张力，为年平运行工况下的1.5倍，由其引起的最大弯矩方向为转角内侧方向。窄基塔的控制工况示意图[2.2-1]。
大转角塔的大风、安装工况与小转角塔原理一致，在此不予累述。
图[2.2-1] 大转角塔覆冰的受力示意图
2.3 转角塔角度与基础作用力控制工况的关系
使用杆塔满应力计算软件对杆塔的结构受力进行计算，并对其结构稳定性进行验算，根据其结构计算导出的基础作用力进行比较。
需要说明的是，窄基塔设计条件的差别对基础作用力控制工况的角度临界点是不同的，窄基塔在110kV电压等级应用较广，其线路的常规导线为300mm?截面或400mm?截面单导线，设计的覆冰厚度、风速都有较大的区别，基于不同的设计条件，最大基础作用力控制工况的转角度数分割点一般在22°～26°之间，即低于这个度数的转角塔的最大基础作用力控制工况为安装工况，大于这个度数的转角塔的最大基础作用力控制工况为覆冰工况。需要说明的是，在工程实际中，由于受到拉线施工偏差、导地线过牵引长度超设计值等因素的影响，挂线侧实际的不平衡张力往往超过规定值。因此度该角度应该进行一定的增加，为了简化比选，临界角度取30°是比较合理的。
三、窄基塔小转角塔的桩基础优化
根据前章对小转角塔的基础作用力特征的分析，30°以内小转角塔控制工况（安装工况）下的基础作用力是由顺线路方向的弯矩引起的，即最大基础作用力的塔腿是线路大小号侧对称分布的，若使用全轴对称的四桩基础，工程量的浪费是较大的，经过计算比选，可得基础的综合造价与灌注桩桩数的关系曲线图如图[3-1]示。
图[3-1] 小转角塔桩数与工程量的关系曲线
可以看出，小转角塔的桩基础综合造价随着桩数的提高，其综合造价也在缓慢上升，需要说明的是，单桩带承台灌注桩由于其抵抗由倾覆能力转化的偏心下压能力很差，对于小转角塔同样不适用。
小转角塔双桩布置示意图如图[3-2]示。
图[3-2] 小转角塔双桩布置示意图
需要说明的是，小转角塔的基础最大作用力是安装工况控制的，在实际施工时可能先安装任意侧的导地线，因此其最大基础作用力是沿横担方向对称的，两个桩体的布置、深度、桩径都应该是相同、对称的。
图[3-3] 双桩灌注桩效果图
四、窄基塔大转角塔的桩基础优化
对于大转角塔，其基础作用力的控制工况为覆冰工况，最大的弯矩方向为垂直线路的方向，因杆塔弯矩转化的基础纵向作用力传递至桩体承受时分为上拔和下压，其安全储备往往是不同的，即上拔和下压桩通常有一侧是浪费较大的，当持力层的极限端阻力很大但桩侧摩阻力较小时，下压侧的桩承载力有很大的裕度，反之，亦然。在实际的设计过程中，需要基于基础作用力、土层特性、桩体分布对桩的承载力储备进行详细的计算，当然，也存在上拔和下压侧基础受力均衡的状态，在这种状态下应使用对称的四桩基础。
以持力层为砾石的情况为例，由于持力层极限承载能力很大，其下压承载力裕度储备远大于抗上拔的承载力裕度储备，使用如图[4-1]布置的三桩基础是比较合理的。
图[4-1] 大转角塔三桩布置示意图
对下压与上拔承载能力相差约50%或以上的窄基转角塔，其桩数与工程量的关系如图[4-2]。
图[4-2] 大转角塔桩数与工程量的关系曲线
可以看出，大转角塔的桩基础综合造价在三桩时是最低的，随着桩数的提高或减少，由于其受力合理性的降低，综合造价均呈上升状态，需要说明的是，三桩并不是对于所有的大转角塔都适用，对于上拔和下压承载力裕度储备差距不大的情况，适用沿顺线路方向对称的多桩基础是合理的。
三桩灌注桩的承台型式可以为三角形或矩形，由于承台需要满足窄基塔的地脚螺栓的布置，如图[4-3]示。
图[4-3] 三桩灌注桩效果图
可见，为满足地脚螺栓的布置，三角形承台的尺寸远大于矩形承台，虽然桩体布置间距可适当加大，但基础的综合造价还是不降反升的，因此在工程实际应用中，应尽可能采用矩形承台，不仅降低造价也可减少施工搭设模板时的难度。
图[4-4] 三桩灌注桩效果图
五、结语
本论文基于理论计算和工程实践，对窄基塔的多桩基础就转角度数的区别分别进行了优化比选，小转角塔使用双桩基础、大转角塔根据其上拔、下压承载力裕度的不同分别使用不同布置型式的三桩灌注桩基础和四桩灌注桩基础，可提高窄基塔线路桩基础的合理性、经济性，在工程应用实际中有较强的推广意义
参考文献
[1] 110kV-750kV架空输电线路设计规范（GB 50545-2010）
[2] 架空输电线路基础设计技术规定（DL/T 5219-2005）
关键词：海上风电多桩基础 大直径钢管斜桩 倾斜角度 桩基承载能力动力特性
中图分类号：TU74 文献标识码：A
1引言
海上风机基础结构主要对风机塔架起支撑作用，除了要承受结构本身的自重、风荷载以外，还需承受相当大的波浪/海冰（结冰海域）、海流等水平荷载的作用。对于海上风机基础结构承载力设计，一般结构的竖向承载力均较易满足设计要求，其水平承载力和抗拔承载力往往是设计的主要控制条件。
目前，海上风电基础结构型式主要有重力式基础、单桩基础、多桩基础、重力式基础、三脚架、导管架基础以及浮式基础等。由于桩基础具有高承载力和低沉降的特点，以上基础类型多数采用基桩作为支撑结构。
对于海上风力发电机多桩基础，一般采用斜桩型式，斜桩能将上部结构传来的水平力和弯矩转化为轴力，从而使结构受力趋于合理。目前，大量学者和专家对单桩的倾斜程度与桩基承载力关系进行了研究，而对于由斜桩组成的多桩基础应用在需要承受大弯矩的海上风机上的研究成果相对较少。本文以某海域海洋环境及地质参数作为设计条件，针对海上风电机多桩基础所采用的大直径钢管斜桩，总结和分析多桩基础现有研究成果，采用同济启明星软件FDOW（自主开发）对不同倾斜率情况下的斜桩进行基础结构承载力计算，得出多桩基础桩基倾斜率对基础承载力的影响；同时建立桩基--承台--塔筒--风机整体模型，对不同倾斜率情况下整体结构动力模态进行分析，得到斜桩斜率与整体动力特性关系，为类似工程设计提供指导。
2桩土相互作用规律
轴向荷载作用下土对桩的作用力主要有桩侧摩阻力和桩端的端阻力，倾斜桩的桩土水平相互作用规律是关于外部荷载作用下，桩和周边土体应力协调变化、桩荷载传递和变形机理的规律，至今还未形成有效理论，也一直是倾斜桩在工程设计和安全评价上的难点。参考国内外规范，目前桩土相互作用所采用的设计方法主要有m法、N-L法、P-Y曲线法三种：m法为一种线弹性地基反力法，假定土体的抗力系数随着深度而线性增加，底面处为0；N-L法为通过试桩试验资料和研究提出的一种非线性计算方法，体现了桩、土的非线性作用，但该方法只能用于弹性桩的计算；P-Y曲线法是复合地基反力法的一种，假定泥面下桩身的变形与作用在桩上的土抗力呈非线性关系，桩在泥面以下的内力和变形可采用P-Y曲线的无量纲迭代法或有限差分法进行计算，该方法在国内桩基规范、国内外石油平台设计规范以及国外海上风电设计规范等中进行了详细论述，FDOW软件能够根据用户要求选择采用m法或者P-Y曲线法。文中分析计算时对桩土作用采用P-Y曲线法。
3计算分析
3.1 计算资料
计算采用某海域海洋水文参数以及海洋地质条件作为设计条件，其中海洋水文资料见下表1、表2所示，考虑到桩倾斜程度不同影响桩在各土层的分布长度，不同土层其具体参数存在差异，为排除此干扰因素，故将整个地质参数定义为同一土层，对桩基倾斜度与桩承载力关系进行分析。土层具体参数见表3。
基础计算风机选用某厂家3叶片 3MW机组，具体荷载资料见表4所示。风机塔筒具体参数见表5，且风电机组转动1P频率范围0.116~0.255Hz，叶片转动的3P频率范围为0.348~0.765 Hz。
表1设计水位值
表2设计要素
表3土层参数
表机荷载资料参数（不含安全系数）
表5风机塔筒资料参数（自下向上）
多桩承台基础设计采用圆形结构形式，承台底部直径14.0m，顶面直径12.2m，承台总厚度为5.0m（其中底部圆柱段高度3.0m，圆台段高度2.0m），顶部高程+12.50m（国家85高程）。基桩8根直径1.5m的钢管桩，均匀布置在承台底面处，布桩半径为5.2m，具体示意见图1。
图1基础体型及各设计水位示意图（水位值为国家85高程）
3.2 计算软件介绍
本次分析计算采用西北院与同济大学联合自主开发的海上风电机组基础设计软件--FDOW软件。FDOW软件为一款专门用于海上风电机组基础工程领域中结构和地基基础设计与计算分析的工程商业软件。该软件以国内外海上风电基础结构设计以及海洋工程结构物设计相关规程规范为依据编制而成，同时对软件计算结果采用理论解析解答、多种商业软件计算对比（ANSYS、ABAQUS等软件）、网络在线计算以及自编程序计算等进行验证对比分析，对软件结果的可靠性、正确性与合理性进行了验证。通过验证分析，表明该软件对于海上风电机组基础结构设计计算分析具有较高的可靠性和合理性。
3.3 计算结果分析
3.3.1 斜桩倾斜角度与基础承载力关系分析
在基础承受风机荷载以及海洋环境荷载情况下，对不同基桩倾斜率，基础承载力及基础变形情况进行分析，选取基础桩基中最不利工程桩情况作为对象分析，得到下图2~图5桩承载力与斜桩倾斜角度关系曲线。
图2桩竖向承载力与倾斜角度关系曲线图3桩抗拔承载力与倾斜角度关系曲线
图4基础竖向位移与倾斜角度关系曲线图5基础水平位移与倾斜角度关系曲线
从图2所示曲线可以看出，桩倾斜角度在0~12°范围内，对于承受竖向荷载的基桩的正常使用没有明显影响，随着角度改变其竖向承载力值变化较小；当倾斜角度大于12°时，随着角度的增大，桩竖向承载能力明显降低。
图3所示曲线表明桩的倾斜角度在不大于12°时，对其抗拔承载力影响不大；当倾斜角度大于12°后，随着角度的变大，其抗拔承载能力明显下降。
图4所示曲线说明在基桩倾斜角度小于12°的情况下，基础沉降基本保持不变，当倾斜角度超过12°后沉降值急剧变大。
图5表明基础顶部和基础泥面处水平位移随着桩倾斜角度增大而减小，当倾斜角度增大到18°后，基础顶处水平位移呈现继续减小的趋势，而泥面处位移出现变大的趋势。
综上分析可有，多桩基础桩基倾斜角度在不大于12°时，随着基桩倾斜角度的增大，基础竖向承载力和抗拔承载力损失较小，抵抗水平变形的能力增大；当桩倾斜角度超过12°后，基础竖向承载力和抗拔承载力损失急剧增加，基础泥面抵抗水平变形的能力先出现增大的趋势，再呈现降低的趋势。这说明，一定倾斜角度的桩对于多桩基础承受竖向荷载的能力影响不大，对于基础承受水平荷载的能力有所提高；但当桩基倾斜角度超过一定的值时，基础承受竖向荷载以及水平荷载的能力都有明显的降低。
3.3.2 斜桩倾斜角度对基础动力特性的影响分析
海上风电机组所处环境特殊，叶片所受的风荷载和基础所受的波浪荷载、冰荷载等随机性大，具有较强的动力特性。风电机组上部结构和基础形成的整体结构在动力激励荷载下将使结构的受力和变形产生明显的放大效应。当激励荷载的频率接近于风电机组结构的自振频率时将使得结构产生共振，严重时危及整个结构的安全。因此在风电机组基础结构的设计中，应使得整体结构的自振频率（主要为前三阶频率）避开风电机组转动频率1P和叶片转动的频率3P（针对3叶片风电机组），同时应尽可能使结构的自振频率避开波浪的波动频率和冰激振频率。由GL风机认证规范可知，应控制整体结构频率避开风电机组转动频率不小于5%。
海上风电多桩承台基础结构斜桩的倾斜率不但影响基础结构的承载能力，同时还影响基础结构的刚度，进而对基础结构的动力特性有一定的影响。本文通过FDOW软件建立桩--承台--塔筒--风机整体模型（见图6），对整体结构在不同桩倾斜角度下进行模态分析。结构前三阶模态主要为：风机机头部分的整体偏移和混凝土承台处的偏移，具体阵型见下图7所示。
图6 基础整体模型图7 海上风电多桩基础整体结构模态（前三阶）
对不同桩倾斜率情况下，将结构模态频率与风机1P和3P进行对比，得到结构前三阶动力频率与桩倾斜率的关系曲线如下图8~图10所示。图中基础频率限值表示的为风机转动1P或3P频率值增加或减小5%计算的限制，基础自振频率为相应各阶次自振频率值。
图8整体结构一阶频率与桩倾斜角度关系
图9整体结构二阶频率与桩倾斜角度关系
图10整体结构三阶频率与桩倾斜角度关系
由上式曲线可以看出，桩倾斜率对结构整体一阶和二阶频率的影响较小，对三阶频率的影响相对较大，对应最大变化率为0.0022Hz/°和0.022 Hz/°，但非简单的线性关系。在0~5°范围内，随着桩倾角度的增加，结构整体一阶和二阶频率相应增大；大于5°后，整体结构的一阶和二阶频率随着角度的增大而减小。对于整体结构三阶频率，随着桩倾斜角度的增加而相应变大；在0~16°范围内其变化率较大，大于16°后变化趋势相对较缓。同时对比风机转动1P或3P频率可得到，桩倾斜角度不宜过大也不能太小，对于当前结构形式和尺寸要求，最适宜角度为7~30°。
通过对目前施工装备以及海上施工能力的调查研究得知，为方便海上施工，桩倾斜角度应小于15°。综合考虑基础承载力情况、整体结构动力特性以及施工实际情况，笔者认为9~12°为最合适桩倾斜角（一般常用的符合要求的倾斜率有6:1、5.5:1和5:1）。
4结语
选择钢管桩合适的倾斜角度，对于多桩基础承载能力的提高，特别是水平承载能力的提高以及整体结构动力特性的控制有着十分重要的意义。
本文通过利用西北院与同济大学联合开发的海上风电机组地基基础设计软件--FDOW，得出从基础承载能力方面考虑，海上风电多桩基础斜桩角度应不超过12°，且在该范围内随着角度的增加，水平承载能力相应提升；从基础—塔筒—风机整体结构动力特性控制考虑，桩倾斜角度不宜过大也不能太小；综合考虑当前海上施工条件及能力的情况下，最终确定9~12°为最合适桩倾斜角范围，其中一般常用的符合要求的倾斜率有6:1、5.5:1和5:1。
参考文献：
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[6] 王丽等.局部倾斜桩竖向承载力的有限元研究 岩土力学. 2009
[7] DNV-OS-J101：2013, 《Design of Offshore Wind Turbine Structures》
论文摘要：桩基础是一种古老、传统的基础型式，又是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基础型式。近二十年来，由于工程建设和工业技术的发展，桩的类型和成桩工艺，桩的承载力与桩体结构完整性的检测，桩基的设计水平，都有较大的提高。然而，由于土的变异性及桩基与土相互作用的复杂性，迄今成桩质量的控制与检测，桩基的计算理论与方法，仍然是不够完善而有待研究发展的。本文对单桩和群桩的沉降计算方法进行了综述，并阐述了它们的适用条件。
桩基础在房屋建筑中是一种很常用的基础，在桩基设计中，最主要的是确定竖桩的承载力与沉降，尽管在过去漫长的时间内，从事岩土工程的研究者和工程师们，为了精确计算和预测桩基的沉降，曾进行过大量的研究，提出过一系列的计算桩基沉降的方法，但时至今日，对桩基沉降的预估仍然不熊充分地反映真实的情况。
1单桩的沉降分析计算
1.1荷载传递分析法
荷载传递分析法是单桩荷载一变形分析最常用的一种方法，这种方法是从规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。其基本的概念是:将桩离散为一系列等长的桩段(弹性单元)，每一桩段与土之间的联系用非线性弹簧来模拟，桩端处土体也用非线性弹簧与桩端联系。
在运用荷载传递曲线中，该法假定任意点的桩位移仅与那一点的摩阻力有关，而与桩其它位置的摩阻力无关，故没有考虑土体的连续性，所以对分析桩群的荷载沉降关系是不合适的。
为了获得现场的荷载传递曲线，需要安装许多的仪器进行桩的荷载试验，且试验成果推广到另外场地并不一定是完全成功的。
1.2剪切变形传递法
Cooke(1974)提出了摩擦桩荷载传递的物理模型，该模型为了简化计算，作了一系列假定并认为:当荷载水平p/pu较小时，桩在轴向荷载尸作用下沉降较小，桩土之间不产生相对位移，亦即桩沉降时周围土体亦随之产生剪切变形，剪应力从桩侧表面沿径向向四周扩散到周围土体中;摩擦桩一般在工作荷载作用时，桩端承担的荷载比例较小，沉降主要是由桩侧传递的荷载所引起。
1.3弹性理论法
弹性理论法是对桩土系统用弹性理论方法来研究单桩在竖向荷载作用下桩土之间的作用力与位移之间的关系，进而得到桩对土，土对桩，桩对桩以及土对土的共同作用模式。以弹性理论法为根据发展出一些计算单桩沉降的方法，这些解法虽略有不同，但一般都基于桩的位移与临近土位移的协调条件，为此，借助于轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移，又应用荷载作用于半无限体内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。由于弹性理论假定桩土界面普遍满足弹性即界面不发生滑移这一条件，沿界面诸相邻点的桩位移应与土位移相等，由此即可求得桩身摩阻力和桩端阻力的分布，并进而求得桩的位移分布。
1.4单向压缩分层总和法
单向压缩分层总和法就是根据各土层的参数分别计算各层的沉降后总和求得总的沉降量。这种浅基础的最终沉降量的常用计算方法在桩基设计中，主要用于大直径的的单桩(墩)，考虑到其桩侧阻力的荷载分担比相对较小，桩端底面积大且其荷载分担比也较大，因此可仿照扩展基础采用单向压缩分层总和法计算沉降。当用以计算深基沉降的其它条件相同时，用明氏应力分布求得的最终沉降与实侧推算结果较为接近;而用布氏公式算得的值要比实测值大1/2至1/3，并且给出的实用应办计算公式及附加应力系数表格。用分层总和法分析单桩沉降时，要考虑压缩层的计算深度，可参照文献[17][20]的有关规定确定，或按照一些实甩的经验公式确定。
2群桩的沉降分析计算
2.1弹性理论法
弹性理论法群桩沉降分析的塞本假定与单桩相同，其主要依据是Mindlin解的位移与应力解，以此为基础形成位移法和应力法,此外还发展了一种简化弹性理论位移法，以位移解为基本解，但采用应力法中关子桩侧摩阻力为线性的假定，在位移基本解的积分中舍去高阶无穷小量。以Poulos,Buterfield,Davis,Geddes等的群桩沉降弹性分析理论为基础的计算体系中，叠加法是比较成熟和应用较广的一种简化方法，详细阐述了其原理和计算过程，该法在忽略桩对土位移的加强效应简单的假定基础上，把单桩的分析扩展到桩群，2.2实体深基础(等代墩基)法
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实体深基础法是现在工程界应用最广泛的一种计算群桩沉降的方法该计算模式是将承台下的群桩及桩间土看作一个等效墩基的一个实体深基础，在此等代墩基范围内，桩间土不产生压缩如同实体墩基一样工作，然后按照扩展基础的沉降计算方法来计算群桩的沉降。
由于计算时考虑的前提条件不同，研究者提出和使用着计算的不同模式，其主要差别在于选用的假想实体基础底面的位置不同，以及对地基土中附加应力的考虑和计算不同根据桩距地基土的性质不同，桩间土实际上是会产生不同程度的压缩变形，另一方面假想的实体基础存在着侧面剪应力的扩散作用为了消除这些差别对群桩沉降计算的影响人们采取了一些措施，集中表现在所采用的模式上。这些措施是:
1.变动假想实体基础底面的位置，以考虑桩间土存在压缩变形的可能，这是Peck和Terzaghi等人建议的模式Peck等建议将假想实体基础底面置于桩端平面以上高度处，取为桩长的1/3处(桩位于均匀并土中时)或进入持力层深度的1/3(桩穿过软弱土层并进入坚硬土层时〕这种建议涉及的影响因素过于单一，因为假想基底位置上升的因素很多，采用此法不能全面反映这些情况。
2.从群桩桩顶按一定斜率(例如角或1:4斜率)向下扩散增大假想实体基础底面积，以考虑桩群总剪应力对沉降分析的影响，这是Tomlinson等人的模式。
3.为了改善地基土附加应力估计的精度，近年来国内外根据半无限弹性体内集中力的Mindlin公式发展了一些估计桩基荷载作用下地基土附加应力的方法，还有一种将Mindlin解与Boussinesq解对比来估计等代墩基的等效基底附加应力。
2.3等效作用分层总和法
等效作用法最早由黄强，刘金砺，(1940)提出，随后被健既桩基技术规范推荐采甩此法系将均质土中群桩沉降的Mindlin解与均布荷载下矩形基础的Boussinesq解之比值用以修正等代墩基的基底附加应力，然后按一般分层总和法计算群桩的沉降。
3结语
本文对目前国内外桩基础的沉降计算理论进行了分析，包括单桩和群桩的沉降分析，并对它们的优缺点和适用范围进行了论述，但应该注意，在实际中，要采用何种理论要看实际的情况而定。
参考文献：
[1].宰金IN，宰金璋.《高层建筑基础分析与设计》.北京:中国建筑工业出版社，1993.
[2].马克生，龚晓南.模量随深度变化的单桩沉降.工业建筑，2000Vol.30No.1.
[3].毛泽华摘译自《Geotechnique)，1999(4)国外公路，2000Vol.20No.4.
【关键词】抗拔桩；JCCAD；优化设计
一、引言
目前，国内外对优化布桩问题尚没有共同的认识，在工程设计中也没有统一的计算方法，尤其是针对抗拔桩或者兼有抗拔与抗压桩共同存在的桩筏基础的优化布桩。因此，关于桩筏基础的变形特性、筏板内力、桩顶反力分布和筏板的变形也是急待解决的一个重要课题。对抗拔桩筏基础而言，其变形分为平均上浮变形和差异上浮变形，而由于差异上浮变形会引起上部结构的次应力甚至会造成破坏，因而更加为人们所注意。
对于抗拔群桩桩筏基础的优化设计，在有关桩筏基础设计与计算方法的研究中，关于抗拔桩筏基础非均匀优化布桩方式的探讨，尚不多见。因此，如何将基础的平均变形（沉降与上浮）控制在可接受的水平，最大限度地减小差异沉降，使基础在承载熊力和变形两方面均满足规范设计要求，是一个值得探讨而又具有重大现实意义的问题。
二、本文研究内容
本文利用PKPM的JCCAD模块的抗拔群桩桩筏基础的有限元分析方法，对单建式地下车库承受竖向抗荷载进行计算与分析，讨论与分析下述几个问题，并且提出以极小化筏板差异变形为目标函数的抗拔桩筏基础优化设计方法：
（1）在筏板的相对刚度和桩间距保持不变时，地下水位变化时，等间距均匀布桩桩筏基础的沉降特性、桩顶反力的分布、筏板内力与变形的变化特征等；
（2）分别抽去等间距均匀布桩桩筏基础的某些特定范围桩或者加密某些特定范围桩，比较分析二者对基础平均变形、差异变形及筏板内力的影响；
（3）对桩的优化布置方式进行讨论，比较桩数相同时，等间距均匀布桩和非均匀布桩对基础平均变形、差异变形和筏板内力的影响及其随筏板相对刚度的变化特征。
（4）由此，得出一种能够减小差异变形的抗拔桩筏基础的优化设计方法。
三、优化原理及目标
1.优化原理
优化设计的数学模型一般是由设计变量、目标函数和约束条件三个要素构成：
（1）结构优化设计中要求解的对象就是参与结构优化设计的参数，这些对象称为设计变量。在抗拔桩筏基础的优化设计中，对于桩基，一般选择桩长、桩径、桩间距和桩数作为设计变量，有时，甚至选择桩的布置方式作为设计变量，也即选择桩的最佳布置方案。
（2）本文所提到的抗拔桩基优化设计的目的是在满足各种约束条件的前提下，尽可能使基础造价最低。由于通常筏板厚度是根据工程经验确定，而桩长，和桩径是根据特定的地质条件决定。为此，本文将针对抗拔群桩基础的布桩方式进行优化，以总桩数的最小化作为优化的目标函数。
（3）优化设计中，边界约束条件是必需的，有了这些边界约束条件，优化设计才会具有实际工程意义。对于抗拔桩筏基础而言，约束条件分为三个方面：一是强度约束，即保证所设计的基础有足够的承载力；二是变形约束，即保证所设计的基础不产生过量的变形和差异变形；三是构造约束，按现行规范和施工经验确定。强度约束一般通过确定桩数、桩长、桩径等上下限来体现；变形约束主要通过允许变形量和筏板最小厚度来反映；构造约束可用桩间距、边桩距周边净距等表示。
2.优化目标
本文主要通过抗拔群桩基础的有限元分析方法，对抗拔群桩基础的布桩方式进行优化，以期在减小筏板弯距，减少差异变形的优化目标下，提出抗拔群桩桩筏基础优化布桩的方案。针对实际工程中，地下水位可能变化的幅度较大，本文中假设了两种最高最低地下水位，即考虑最高水位和最低水位两种工况下而得出的优化设计方法。将采用PKPM的弹性地基梁板模型（WINKLER模型）有限元分析方法对抗拔群桩基础的布桩形式进行优化设计。
四、优化分析
1.桩筏基础模型
（1）基本尺寸
柱距：9mX9m，筏板厚度700mm，桩型500mmx500mm方桩。
图4-1均匀布桩模型平面图 图4-2优化布桩模型平面图
（2）参数选取：
桩身竖向刚度：Kn=4.0xl03kN/m，桩身弯曲刚度：Km=1.0xl03kN/m，桩底土的压缩模量：Es=10MPa，土体内聚力：c=0.5x104Pa，内摩擦角：Ф=140
（3）荷载选取：
最高水位上浮力：50kN/m2，最低水位上浮力：10kN/m2，筏板自重：17.0kN/m2，柱底力详图4-3。
图4-3柱底反力图
2.不同布桩型式的桩筏基础特性分析
（1）筏板的变形特性
对单建式地下车库，抗拔群桩基础的变形分为平均上浮和差异上浮，平均上浮过大，虽然不一定引起上部结构的破坏，但会影响建筑物的正常使用；差异上浮过大，则会造成上部结构的损坏，影响建筑物的安全。基础的平均上浮和差异上浮受到众多因素的影响，在此，本文只讨论布桩方式这个因素的影响。
由上图可知，当单建式地下车库处于最高水位的时候，出现上浮变形的状态；而在最低水位时，出现沉降变形的状态。对比两种不同的布桩型式下的变形可知，优化后的筏板变形曲线的等值线变化幅度趋缓。即在柱底密布桩的优化方式所产生的差异变形比均匀布桩时小许多；但由于总桩数的减少，因此平均变形（上浮或沉降）比优化前略大一点。基于以上特点，又提出了同时沿周边区域布桩方式，这样对减少基础平均变形的效果较好。
（2）筏板弯距
筏板是桩筏基础中的一个重要组成部分，筏板内力尤其是筏板的弯矩及其分布情况是桩筏基础设计的重要参数。
由上图可见，在桩筏基础处于抗浮或抗压状态下，柱位置下的筏板弯距产生了较大幅度的突变。这是由于柱底反力作用于筏板，而在此集中力作用扩散角范围内，并没有相应的桩反力与之平衡。因此，需要靠筏板来传递和调解未平衡的内力，由此形成了筏板的弯距突变。相比于均匀布桩，在优化布桩的方案下，筏板的弯距有一定程度的减少。这是由于柱底反力作用范围内，设置了相应的桩反力与之平衡，靠筏板传递弯距来平衡的作用减少，同时筏板配筋量也可以相应减少。筏板弯距比均匀布桩情况下的明显趋于平缓。
四、总结
综上，优化方法综合了以上两点，在柱底密布桩，沿筏板周边稀布桩的方式，即减少了差异变形，又使平均变形控制在一个可接受的范围内。优化布桩使得筏板弯距变化幅度减少，且总桩数也相应的减少了8%～10%，从经性和合理性的角度，在基础的平均沉降满足规范设计要求、单桩的承载力及桩自身强度足够的情况下，此优化方案应是可取的。本文经过对比分析提出了能够适用于实际工程，符合经济性，合理性的地下车库群桩优化设计方案，为工程设计人员提供了优化设计的依据。
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[关键词]地基基层 现代建筑 设计 方法
[中图分类号] P624 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-1-107-2
随着我国社会经济的快速发展，城镇化进程的不断推进，城市土地资源也变得越来越紧张。由于土地资源的紧张，城市的高层建筑也越来越多，为了确保高层建筑物的地基稳定性，地基基础的设计是建筑设计的重要部分。
1地基基础的勘察方法
（1）在建筑工程施工之前，都要求地质勘察人员对建筑工程现场表面情况以平面构图的形式表现出来。如即将进行建设的建筑物所处的地形的坐标、地形的形态、地下水的情况等，要取得详实的勘察结果，如地下水分布情况及对建筑的腐蚀程度等，都要提出相应的解决方案。勘察到不良的地质，也要进行相应的地质分析，并提出具体可行的不良地质的改良方案。
（2）要完成地震效应评价工作。根据地基设计要求， 需要对地震区域不同类型的地质进行类别划分，如果抗震设防烈度大于六度（包括六度）时，要划分场地类型，进行抗震设防烈度评价，恰好是六度时，可不将液化纳入分析的范围。对于乙类的建筑来说，液化判别的标准要按七度的标准来。对于甲类建筑来说，液化判别的标准比较严格，要进行液化勘察，并取得液化指数。
（3）对深基坑开挖尚应提供稳定计算和支护设计所需的岩上技术参数，并勘察周围的建筑分布情况，以及基坑的开挖对周围建筑产生的影响，做出科学的评价，提供基坑的承载力和变形参数等具体可供参考的数据，保证工程的顺利开工。
2建筑地基基础的设计
房屋建筑的地基基层设计是要综合考虑工程的地质和水文条件、建筑自身体系和功能要求、负荷能力大小情况、以及相邻建筑的地基情况、施工技术及施工材料等因素，通过合理的设计，选择出最为经济合理、切实可行的地基基础。
如果地基比较差，为了达到地基强度和沉降的要求，适宜采用桩基础，或者使用人工处理复合地基。如果天然地基或者人工地基的地基基础承载力或变形达不到设计的要求，或经过经济比较采用浅基础并没有经济实惠的优势时，都应采用桩基础。
3工程实例
广州番禺某住宅楼小区拟建3栋15层、5栋18层高层建筑物，其高层建筑物对变形的要求较高，而本建筑场地浅部地基土均为低-中等强度土，承载力较低，不能满足建筑荷载的要求，因此本工程高层住宅楼建议采用桩基础。
3.1基础类型选择建议
拟建15层、18层高层住宅楼：建议采用预应力管桩或钻（冲）孔灌注桩，以强风化岩或中～微风化岩作为桩基础持力层。
预应力砼管桩施工便捷，质量易于保证，但易于受地层条件影响；而钻（冲）孔灌注桩施工期长，施工质量相对难于控制，对地层适宜性强。故在地层条件许可、桩基承载力可满足设计要求的同等条件下，应优先选择预应力砼管桩。
3.2基础设计及施工建议
（1）预应力砼管桩
在场地南部基岩为中、微风化岩层埋深较大，强风化岩埋深适中，建议采用预应力管桩。为取得较大的单桩承载力，可采用锤击法施工，桩基础的持力层应选择强风化岩层或中、微风化岩顶面，桩长因地段而异。终桩标准应以沉桩的最后3阵贯入度及最后1米的总锤击数作为控制参数。桩基础施工前应作试桩，以准确确定单桩承载力。
场地内局部区域由软弱的淤泥、淤泥质土突变为硬塑状残积土层或全～强风化岩，这种“上软下硬，软硬突变”的情况，在桩基施工时，要有足够的重视。由于持力层顶面起伏普遍偏大，沉桩施工不得强打，以防偏桩、断桩。对于以上区域可采用预钻孔方式对沉桩的进行导正。而对局部区域桩长偏短、无法达到设计承载力的基桩，亦可采用预钻孔法控制基桩长度。
（2）钻（冲）孔灌注桩
在场地北部基岩为混合花岗岩地区，由于中、微风化岩埋深较浅，建议采用嵌岩钻（冲）孔灌注桩，以连续性较好的中、微风化岩为桩端持力层。
场地内人工填土层呈松散状，钻孔施工中易于垮孔，故桩基成孔过程中建议采用钢护筒护壁，以防垮孔造成地面蹋陷及桩孔壁坍塌。
3.3单桩竖向承载力估算
（1）单桩竖向承载力估算公式
①预应力管桩
目前广东省内采用的管桩直径大多数为Φ600以下，相应的竖向承载力设计值为1500～3000KN。当采用强风化砂岩、泥岩作持力层时，根据各土层的平均厚度， 估算各种桩径管桩的单桩竖向承载力特征值如表1。
②钻（冲）孔灌注桩
场地北部基岩为混合花岗岩地区，强、中风化岩面埋深较浅，且中风化混合花岗岩分布不连续，不适宜采用预应力管桩，可采用钻（冲）孔灌注桩，当采用中、微风化混合花岗岩作持力层时，上部第四系覆盖层的厚度较小，桩的摩阻力可忽略不计；各种桩径钻（冲）孔灌注桩的单桩竖向承载力特征值如表2。
建筑地基基层设计要合理的关键是上部荷载量要准确、和场地地质岩层情况要了解，上部荷载量的准确性关键又在建筑的建构选型上，也就是要求结构计算模型与软件的计算条件的吻合程度要高；场地地基土分布不均匀时，会对桩基造成不良影响，设计及施工时都应予注意。
参考文献
关键词：长短桩；复合地基；应用
Abstract: length pile composite foundation can effectively play pile and soil pile length between the potential and to improve the bearing capacity of the foundation, reduce the foundation settlement, in building engineering in a wide range of applications. The length of the pile composite foundation application design including the selection of appropriate main pile type, sure, pile length and pile diameter pile interval, sure pile Numbers and serveral problems design, etc.
Key words: pile length; Composite foundation; application
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
引言
长短桩复合地基是一种新的地基处理形式，既能够有效地控制沉降，又能够降低地基处理成本。在建筑工程中采用长短桩复合地基，有利于缩短工期，节约资金，确保工程质量。
1长短桩基础应用设计
1.1选用恰当的桩型
选用恰当的长桩与短桩的桩型，是长短桩基础应用的首要环节。通常，选择长桩时，可以采用具有较高桩体强度的半刚性桩、刚性桩。综合分析长短桩基础工程所在地的地质条件，选用合适的桩身材料，确保桩身的承载力能够接近端承力、桩侧摩阻力所产生的承载力，有效发挥桩体材料的作用，实现良好的经济效益。根据浅部土层的性质，选用短桩，一般可以采用柔性桩或散体材料桩。
1.2确定桩径、桩长与桩距
建筑物对变形与承载力的要求、设备条件以及土质条件等因素，决定了长桩与短桩的桩长。确定长桩与短桩的长度时，需要充分分析软弱土层的厚度，长桩与短桩均需要超过浅表层软弱土层。此外，长桩还需要结合沉降控制要求，长桩的桩端需要落在承载力较好的持力层上。如果软弱土层相对较厚，确定长桩与短桩的长度时应当重点考虑沉降控制因素。长桩的桩径与短桩的桩径可以保持一致，也可以不一致，通常情况下桩径为350-600mm。长短桩之间的间距应当是桩径的3-5倍。在工程实践中，施工机具、土性、变形、复合地基承载力等共同决定了桩间距的大小。如果承载力设计要求较大，就应当采用较小的桩间距；如果承载力设计要求较小，就可以采用较大的桩间距。较大的桩间距有利于施工，还能够降低相邻桩之间的相互影响。此外，还应当注意等间距布置长短桩。
1.3确定桩数
可以采用下列方法确定长短桩的具体数量。首先假定短桩的数量，接着进行短桩复合地基承载力的计算，按照工程项目设计的复合地基承载力标准算出长桩的置换率，进而计算出长桩的数量，最后验算长短桩复合地基的沉降能否达到工程项目的设计要求。若是长短桩复合地基能够达到工程项目设计的沉降要求，就可以采用计算得出的长短桩的数量方案。改变短桩的假定数量，并且重复上述计算，找出可以采用的全部设计方案。综合分析这些方案的经济性，确定最佳的长短桩数量设计方案。
1.4设计褥垫层
褥垫层在长短桩复合地基中发挥着重要的作用，其有助于将桩间土与桩联合起来。褥垫层通常是散体材料，创造了长短桩的桩体向上刺入的条件，能够确保桩间土和长短桩共同承担荷载。褥垫层能够降低桩顶应力集中的程度，改善长短桩的桩体受力情况，有效发挥桩间土的承受荷载作用。褥垫层的密实程度、厚度、颗粒组成影响着它的受压流动性，因此可以通过调整褥垫层的密实程度、厚度和颗粒组成调整荷载比例。在工程实践中，根据长桩桩端土层和土层性质确定褥垫层的厚度，通常情况下褥垫层厚度应当为20-30cm。如果长桩桩端土层坚硬，或桩间距过大，就可以适当地加大褥垫层的厚度。可以采用级配砂石、碎石、粗中砂作为褥垫层的材料。
2工程应用实例
2.1工程与地质概况
某建筑工程项目为小高层住宅，地上一共有12层，地下一共有1层，其建筑面积是9300平方米。建筑主体为框剪结构，基础为箱型基础，基础尺寸是40m×20m，基础埋深是-4.650米。工程项目地基承载力的设计要求特征值是350kPa，倾斜小于0.002，最终沉降量不得超过50mm。根据现场地质勘察报告，工程项目所在地可以划分成七个工程地质层，由浅到深依次为：杂填土（0~1.5m）、淤泥质粉质粘土(1.5~3.0m)、粉质粘土(3.0~6.5m)、细砂(6.5~8.0m)、粉质粘土(8.0~12.0m)、粘土（12.0~18.0m）、中砂(18.0~25.0m)。
2.2地基处理
由于地基为粉质粘土，承载力不足，所以需要进行相应的处理，以提高地基的抗变形能力与承载能力。在该工程中，采用长短桩复合地基是一种合理可行的处理方案。长桩桩长18m，桩端进入中砂层，桩距1.2m，控制沉降。短桩桩长8.0m，桩端进入粉质粘土层，桩距1.2m，正方形布置，提高地基的承载力。在基地和桩基之间铺设300mm的砂石垫层。
2.3长短桩基础施工
首先夯实水泥土桩，按照1：8（体积比）配置水泥与土料，施工时混合料的含水量应当控制在15%~20%的范围内。每层的虚铺厚度不超过30cm，夯实作业需要确保挤密效果。长螺旋钻孔内泵压混合料灌注成桩，桩身抗压强度应大于12MPa。桩体施工前，应当在基础底面铺设50cm保护土层，确保施工时不扰动桩间土，保证桩头质量。水泥土桩夯实，桩体施工完成后，铺设褥垫层。采用碎石和中粗砂作为褥垫层材料，边铺设边夯实，分2~3层铺设，总厚度为300mm。
2.4沉降观测
设置沉降观测点进行沉降观测。建筑工程主体竣工时，沉降累积为13.5mm；半年后，建筑最大沉降是22.3mm；之后建筑趋于稳定。沉降符合工程设计要求。
3结语
综上所述，长短桩复合地基在建筑工程中的应用越来越广泛。通过合理的优化设计，采用针对性、适应性较强的长短桩复合地基，能够提高地基的承载力，控制地基沉降，从而确保建筑工程项目的整体质量。
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