浅论混凝土灌注桩中的群桩基础

自从我国加入WTO（世界贸易组织）后，建筑业取得了翻天覆地的变化。特别是地基处理技术领域，在充分吸收国外新技术、新材料、新工艺的前提下，得到了长足的发展和进步。下面以某工业厂房建筑桩基工程中利用群桩效应改善地基承载力的案例进行阐述。

利用群桩效应进行桩基布置选型称为群桩基础。该基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用，使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不简单等于各单桩承载力之和。同时群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等因素的影响而变化。

本工程为某单层工业厂房建筑，建筑面积2600平方米左右。由于设计时考虑到该建筑投入施工后，其上部结构受各种动、静荷载，如建筑物自重、风荷载、雪荷载、设备机械自重、运行荷载、振动荷载、冲击荷载等，采用钢筋混凝土沉管灌注桩对地基进行处理，同时采用承台下群桩、承台梁基础。

该处地质土层以黏质黏土、黏土、粉质黏土为主，桩端持力层位于黏土层、粉质黏土层。承载力标准值分别为230kPa、200kPa，该桩极限侧阻力标准值分别为70kPa、60kPa。

由于采用承台下单桩基础，存在以下问题：无法满足上部结构荷载要求。设计时无法确定单桩极限承载力。即使可能进行设计，也一定是超大超深桩。施工工艺、机具设备无法满足要求，施工难度很大。

根据以上条件，将该地基基础选型为承台下端承摩擦桩群桩基础。

群桩基础浅析

由于考虑到该厂房的使用功能，技术人员采用了承台下4支、5支、6支、8支桩的设计方案。

桩设计要求：单桩竖向极限承载力标准值必须大于等于1600KN。桩径400mm，桩长15m。桩身的混凝土标号C25，采用局部配筋：主筋Φ22，箍筋∮8，螺旋配置。

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94—94的要求，当根据静载试验确定单桩竖向承载力标准值时，其复合基桩的竖向承载力设计值为：

R=ηSP QUK/rSP ηC QCK/γCQCK=qck Ac/n

式中QUK——单桩竖向极限承载力标准值；

QCK——相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值；

qck——承台底1/2承台宽度深度范围内地基土极限阻力标准值；

Ac——承台底地基土净面积；n——承台下桩支数；

ηSP、ηC——分别为桩侧阻端阻综合群桩效应系数、承台底土阻力群桩阻力效应系数；

γSP、γC——分别为桩侧阻端阻综合抗力分项系数、承台底土阻力分项系数。

其中各数据（以承台下四支桩基础为例）如下：（1）qck=150kPaAc=4㎡n=4（2）Quk经试桩测得为1621.6KN（3）ηSP=0.80ηC=0.11γSP=1.70γC=1.70代入公式①②求得：R=772.53KN。后与设计数据核对，符合上部荷载要求。

由于该桩配筋率为1.815%＞0.65%的临界值，且该工程缺少单桩水平静载试验数据。在计算群桩基础（不含水平力垂直与单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况）的复合基桩水平承载力设计值时，需要考虑由承台、桩群、桩周土相互作用产生的群桩效应，因此采用以下公式进行计算：

Rh1=ηhRhRh=α3EIXOa/γxα=5√mb0/EI

式中Rh——单桩基础或群桩中复合基桩的水平承载力设计值；

EI——桩身抗弯刚度；XOa——桩顶容许水平位移，取值6mm；α——桩的水平变形系数；γx——桩顶水平位移系数；m——桩侧土水平抗力系数的比例系数；b0——桩身的计算宽度，b0=0.9（1.5d 0.5）=0.99米。

考虑到承台群桩基桩协同工作和土的弹性抗力作用要对承台进行抗弯、受冲切、抗剪及局部受压计算。由于知识产权的原因，设计方未提供相应数据资料，无法进行详细计算，只能通过规范要求对某些结构进行力学估算，在此不再赘述。

桩基础施工的质量监控

通过上述对桩及承台的力学计算，采取如下措施对该类基础施工进行控制：

1、施工工序及工艺预控：采用先打桩后开挖的顺序，避免对原状土产生扰动，改变土层内部结构，降低土层持力效果。由于群桩效应，采用隔跳打桩的顺序，避免由于相互挤压产生断桩的现象。利用沉管灌注桩施工工艺，注意控制桩身垂直度及加强混凝土成桩工序管理。尤其在混凝土灌注接近桩头设计标高3米左右时，注意采取“慢拔密振”措施。避免由于混凝土压力减小、桩周土侧压力增加导致桩身缩颈甚至断桩的现象产生。

2、施工过程中机械设备和原材料控制：

注意施工机械设备的使用和维护。按操作规程进行操作，现场配备必要的零配件和工具，出现意外情况做到有备无患。避免由于施工机具的原因导致混凝土灌注时停滞引起的断桩情况。

对现场加工钢筋原材料和现场拌制混凝土材料按如下程序监控：

钢筋、水泥：按要求上报出厂合格证、出厂检测报告、材料进场复试报告，现场加工钢筋笼按规范要求进行验收。

拌制混凝土所需砂石料均按以下要求验收：石子粒径不得大于30mm，含泥量小于1%，砂含泥量小于2%。

3、施工全程监控

（1）严格按以下工艺流程施工：

放轴线——放桩位线——桩位验收——桩机就位——调整杆垂直——锤击沉管至设计深度——拔内管灌注混凝土至钢筋笼底深度——拆卸内管——下钢筋笼——二次灌注混凝土——拔管振捣成桩——桩机移位。

（2）灌注混凝土接近桩头时，密切注意成桩过程。

（3）按要求同时对混凝土进行取样留置试块、养护试块工作。

验桩及开挖清理桩头

验桩工作各方人员的积极配合，做好大、小应变试验的工作。

在基坑开挖时，采用机械开挖与人工开挖清理土方的措施。防止由于机械开挖对锚固钢筋及桩头混凝土破坏，导致桩基的质量下降。

相信随着我国经济的不断发展，工业的发展前景更加广阔。而群桩基础在工业建筑中得到越来越广泛的应用。希望这种造价低、工期短的桩型布置设计能够得到人们更多的重视、研究和认可。（来源：中国建设报）