关于桩基础的研究现状

[摘要]阐述了从古至今及国内外专家学者在桩基发展中的不同论断及为桩基的发展做出的巨大贡献。

[关键词]沉降；桩基础；承载力

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，认为群桩和承台下土共同承担建筑物荷载。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土共同承载的桩基础。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。

到目前为止，国内外专家学者在桩基设计理论方面进行了一系列的工作，并取得了不少的成果。合理的桩基设计能够用最小的工程造价达到支撑起建筑的目的，随着桩基础在工程中的应用越来越广，对于桩的研究也会得到更进一步的发展。□

（编辑/丹桔）

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