CN104563165A - 沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，包括以下步骤：(1)在承台底标高以下，将位于软弱土层上部的高塑性流土固化成水土固化层，再施打管桩；(2)在多个承台下设置水土固化层，水土固化层与各个承台下的多根管桩共同形成一复合地基基础。本发明还公开了建筑桩基抗震抗歪结构。本发明的水土固化层使得管桩在施打过程中获得水土固化层对桩身的正摩擦力以及水平力的约束，防止管桩在施打或桩基承台开挖土过程中发生倾歪；复合地基基础具有高的抵抗水平推力的能力，改变了单一桩基的受力工况，形成的天然基础结合为一整体受力体系，刚度大，缩短了管桩的有效桩长，提高桩基的抗震能力，承载能力强。

Description

沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法及结构

技术领域

本发明了涉及建筑桩基抗震的技术领域，具体涉及一种沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法及结构。

背景技术

中国经济的快速增长在促进高层建筑和大型工业建筑兴起和发展的同时，对地基的承载能力和抗变形能力的要求越来越高。然而，不管是天灾还是人祸造成的建筑物损坏、倒塌而造成人员伤亡时有发生：2008年5月四川省发生的特大地震，这是建国以来破坏性最强的地震灾害毁掉了千百万人的幸福；2009年6月上海发生的“楼脆脆”特大责任事故，上海“莲花河畔景苑7号楼”倒塌，事故发生后，以中国工程院院士江欢成领衔相关专业14为专家的事故调查组的调查报告显示：大楼倒塌的主要原因是距离大楼20米，推土高10米，土方产生的约3000吨侧向力，导致楼房方生10厘米左右的位移，对直径500mm的PHC管桩产生很大的偏心弯矩，最终破坏桩基，引起整体倒覆。事故直接原因是大楼两侧压力差，使土体产生水平位移10厘米，被认定为一起性质非常严重的重大责任事故。

专家组认为原勘探报告中原设计结构和所用的管桩都符合规范要求，而且，从设计角度来说，建筑物通常不依靠桩基抵抗水平推力。但是，正是平时人们忽视了软土地基(管桩)面临的抗震薄弱性，可能非人为造成的或者是不可抗拒自然力可能的存在，而且，从动力学和流体力学知识分析该桩基破坏机理，侧管桩接触的土是高塑性淤泥土，管桩与土体接合部在地震时土体晃动形成液化流泥时是分离的，土对桩基存在着水平方向的一个作用力和反作用力，这个动载荷产生的水平力的大小，与振动量大小、土壤的流体性质都有直接的关系，当反作用力大于管桩极限抗弯强度时，则管桩破坏，桩基失效，“楼脆脆”的事故将再次发生。

从上述事故可以引发人们思考，一方面，长江三角地区这种冲积土形成的地质条件(非岩溶地区基岩以上的覆盖层为淤泥等松软土层，其下直接为中分化岩层或微风化岩层)的管桩基础，如果遭受到非人为因素或不可抗拒的地震晃动致使淤泥传导至桩基产生很大的水平推力时，只能依靠桩基抵抗水平推力，而一旦当很大能量产生反复的水平推力推动桩基位移10厘米以上，将重演“楼脆脆”的事故。另一方面，地震发生或者余震的影响，地基的砂土液化造成的严重地震灾害破坏形式之一，其主要原因在于土体在震前处于疏松或非饱和水的稳定状态，遭遇地震时，桩基受力是端承点上一个重力“摆”，建筑重心以摆的方向，加速度运动，使管桩一面挤压了土体，另一面分离了土体，桩在水平的震动载荷下，颗粒要发生重新分布及充水达到饱和状态，发生砂土液化现象使得砂土层完全丧失抗剪强度及失去桩侧面摩擦承载力。其中，对于柔性基础，地基可能失去承载力，使建筑倾斜倒塌。另外，对于管桩刚性基础可能失去桩身的正摩擦力的情况，使得原设计的端承桩和摩擦桩共同工作的桩型，在失去桩身摩阻力变为仅由端承桩受力的工况，这样极有可能造成桩端面抗压强度不足，与桩身抗弯强度不足引起的组合破坏失效。

从上述的“楼脆脆”重大责任事故中还发现，虽然大楼的施工符合施工规范要求，但是大楼还是那么的“脆脆倾塌”，说明规范对于软弱地基，管桩抗震设防存在着薄弱性、滞后性。

此外，在厚层淤泥地质预制管桩施工，淤泥层的流泥难以控制，常出现打一根桩，重锤打下，整根桩溜滑下到土层不见了的现象，这种施工异常情况是桩身失去摩擦阻力的特征。软弱地基施工也容易造成歪桩的情况发生，歪桩的主要原因有以下几点，(1)雨季施工遇到局部大雨或场地未作降水处理，软土中水量处于饱和状态，软土变成高塑性的流泥，当桩身受到外力的作用，如水土在水位差作用下流动，遭受到近距离载重车辆震动的影响，管桩失去平衡，朝水土流动方向或震波传播方向倾歪。(2)基础承台土方开挖时，桩身在不同方向存在高度差的塑性流土产生的水平推力作用下，桩身倾歪。当歪桩形成后，歪桩既要承受正压力又附加了弯压力的效应，在软弱土层，细长比大，刚度小的管桩，获得的土体水平支持力很小，随着斜歪程度增大，压弯强度急剧增加，成为桩基失效的又一危险情况。

发明内容

本项发明是针对现行技术不足，提供一种沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，使打桩下沉过程或承台开挖过程获得水土固化层对桩身的正摩擦力以及水平力的约束，以防止桩身倾斜，改变单一桩基的受力工况，把桩基与水土固化层形成的天然基础结合，缩短的有效桩长，提高建筑桩基抵抗水平推力的能力，以及提高桩基整体刚度及整体抗震能力，提高桩基基础承载能力。

本发明还提供一种用来实施建筑桩基抗震抗歪施工方法的建筑桩基抗震抗歪结构。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，

在承台底标高以下软弱土层设置一抗震加固结构，该抗震加固结构控制高塑性流土产生位移，或者抗震加固结构将高塑性流土固化，包括以下步骤：

(1)在承台底标高以下，将位于软弱土层上部的高塑性流土固化成水土固化层，再以锤击式施打预应力混凝土管桩，使打桩下沉过程或承台开挖过程中获得水土固化层对桩身的正摩擦力以及水平力的约束，以防止桩身倾斜，打桩完成后，管桩与水土固化层形成一整体结构；

(2)在多个承台下设置的整体化水土固化层，水土固化层与各个承台下的多根管桩共同形成一整体的复合地基基础，复合地基基础作为一个整体受力体系，以提高整体受力体系的整体抵抗水平推力的能力，提高每个管桩的摩擦力，以及提高桩基整体刚度及整体抗震能力。

作为进一步改进，步骤(2)中，所述水土固化层以各个承台为网格的交点，呈网格状分布。

作为进一步改进，步骤(1)中，所述水土固化层从承台底标高垂直厚度为预应力混凝土管桩的净桩长1/3～1/4，所述水土固化层的宽度大于承台的最大宽度。

所述水土固化层为喷粉搅拌桩固化而成。

所述的抗震加固结构还包括在所述复合地基基础的外围轴线各向外延伸一个距离，设置附加群桩，以提高建筑桩基的侧向稳定性，提高桩基抗震能力。

所述抗震加固结构还包括设置在产生施工土层高度差较大的部位的支护结构，该支护结构防止位于土层高度较高的高塑性流土流向高度较低的地方。

所述预应力混凝土管桩为端承桩，竖向载荷全部由桩端面承受，所述管桩为AB型或B型。

一种实施上述建筑桩基抗震施工方法的建筑桩基抗震抗歪结构，所述建筑桩基抗震抗歪结构为设置在承台底标高以下软弱土层的抗震加固结构，该抗震加固结构包括设置的复合地基基础，该复合地基基础为由位于各个承台底标高以下的整体化的水土固化层，以及各个承台下的与水土固化层形成整体受力体系的多根预应力混凝土管桩共同形成；

所述水土固化层以各个承台为网格的交点，呈网格状分布，所述水土固化层的厚度为管桩净桩长的1/3～1/4，所述水土固化层的宽度大于承台的最大宽度。

所述的抗震加固结构还包括在所述复合地基基础的外围轴线各向外延伸一个距离，设置的附加群桩。

所述的抗震加固结构还包括设置在产生施工土层高度差较大的部位的支护结构。

本发明的有益效果：本发明通过将承台底标高以下的软弱土层固化成水土固化层，该水土固化层与预应力混凝土管桩形成一整体受力体系，有以下优点：

(1)控制施工过程歪桩的质量事故，水土固化层使得管桩在施打过程或者在桩基承台开挖过程中获得水土固化层对桩身的正摩擦力以及水平力的约束，防止管桩在施打过程中发生倾歪；复合地基基础中，由于是水土固化层先成型，然后再施打管桩，管桩在施打过程中不产生倾歪，即不会出现歪桩情况，即使是在雨季施工，或者基础承台开挖后塑性流土产生的水平推力作用下，由于管桩有水土固化层的固定，管桩也不产生倾歪，歪桩没有形成，即不会出现管桩承受附加弯压力的情况。

(2)整体的水土固化层结构与管桩共同形成的复合地基基础，深层固化群桩，地震中将复合地基基础推动10厘米要比单独推动一根管桩移动10厘米要困难得多，因此，复合地基基础具有高的抵抗水平推力的能力；复合地基基础中每个管桩获得足够的摩擦力，并且复合地基基础作为一个整体受力体系，刚度大；复合地基基础改变了单一桩基的受力工况，把桩基与水土固化层形成的天然基础结合；由此，复合地基基础具有比传统地基基础更高的抗震能力。

(3)针对地震时，桩基受力是端承点上一个重力“摆”，建筑重心以摆的方向，加速度运动，使管桩一面挤压了土体，另一面分离了土体，桩在水平的震动载荷下，颗粒要发生重新分布及充水达到饱和状态，发生砂土液化现象使得砂土层完全丧失抗剪强度及失去桩侧面摩擦承载力的情况，本发明作为一个整体的复合地基基础使得建筑的整体重心下移，在地震时建筑产生的往复摆动的摆幅明显小于没有设置复合地基基础的建筑，因此，复合地基基础及管桩由于往复摆动造成的土体的挤压，而造成的管桩与土体分离，以致砂土液化现象使得砂土层完全丧失抗剪强度及失去桩侧面摩擦承载力的情况要明显低于没有设置复合地基基础的建筑，因此提高了复合地基基础的承载能力。

(4)在遇到地震时，由地震产生的土体晃动而形成液化流泥也仅仅发生在水土固化层下方的软弱土层，但是由于管桩有1/3～1/4的长度设置在水土固化层里，因此，位于软弱土层的管桩的细长比优于没有设置水土固化层时的管桩的细长比，缩短了有效桩长，增加了桩的刚度、稳定性，提高桩的承载能力。

(5)针对目前桩基还缺乏抗水平载荷的检测手段，以及存在着薄弱性、滞后性的规范中没有考虑到最不利工况的应对能力，本发明能够大大提高了建筑桩基在软弱土层的整体性，抗震性及抵抗水平推力的能力。

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明。

附图说明

图1为本实施例的整体结构示意图一；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本实施例剖面结构示意图；

图4为本实施例的整体结构示意图二。

图中：1.承台，2.软弱土层，31.水土固化层，32.管桩，33.复合地基基础，4.强风化持力层。

具体实施方式

实施例1，本发明实施例提供的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法。沿海地区水乡片区很多工程的地质条件与长三角地区地质条件类似，目前很多工程采用了预制管桩32基础，由于管桩32基础有成本低，工期短，作业简便，桩身质量稳定和检测手段便利，检测费用较低等诸多优点，但也难以回避桩基在深层淤泥松软土层抗水平力的脆弱性，目前桩基检测缺乏抗水平载荷的检测手段，以及规范可能尚未具备最不利工况应对能力考虑，背景技术中记载了最不利工况的部分情况。同时，管桩32基础适合于土体与管桩32团结一体的基础，即无突变的粉质粘土至有一定厚度的强风化持力层4，而不适用于有土洞，溶洞，孤石，断层，短桩以及上述软弱地质条件，沿海地区水乡片区工程建设处于以上地质条件，是不宜采用或慎用预制管桩32基础。因此，本发明提供的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，能大大提高了建筑桩基在软弱土层2的整体性，抗震性及抵抗水平推力的能力。

参见图1～图4，沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，在承台1底标高以下软弱土层2设置一抗震加固结构，该抗震加固结构将高塑性流土的固化，包括以下步骤：

(1)在承台1底标高以下，将位于软弱土层2上部的高塑性流土固化成水土固化层31，该水土固化层31为采用喷粉搅拌桩，施加水泥或者石膏固化而成，水土固化层31成型后，再以锤击式施打预应力混凝土管桩32，使打桩下沉过程或承台1开挖过程获得水土固化层31对桩身的正摩擦力以及水平力的约束，以防止桩身倾斜，打桩完成后，管桩32与水土固化层31形成一整体结构；所述水土固化层31从承台1底标高垂直厚度为预应力混凝土管桩32的净桩长1/3～1/4，所述水土固化层31的宽度大于承台1的最大宽度；

(2)在多个承台1下设置整体化水土固化层31，水土固化层31与各个承台1下的多根管桩32共同形成一整体的复合地基基础33，复合地基基础33作为一个整体受力体系，以提高整体受力体系的整体抵抗水平推力的能力，提高每个管桩32的摩擦力，以及提高桩基整体刚度及整体抗震能力；所述水土固化层31以各个承台1为网格的交点，呈网格状分布，网格的线为水土固化层31设置的位置。

所述预应力混凝土管桩32为端承桩，竖向载荷全部由桩端面承受，所述管桩32为AB型或B型。

所述的抗震加固结构还包括在所述复合地基基础33的外围轴线各向外延伸一个距离，设置附加群桩，以提高建筑桩基的侧向稳定性，提高桩基抗震能力。

本发明实施例还提供的抗震抗歪结构，所述抗震抗歪结构为设置在承台1底标高以下软弱土层2的抗震加固结构，该抗震加固结构包括设置的复合地基基础33，该复合地基基础33为由位于各个承台1底标高以下由多个水土固化层31组成的整体的水土固化层31结构，以及各个承台1下的与水土固化层31形成整体受力体系的多根预应力混凝土管桩32共同形成；

所述水土固化层31以各个承台1为网格的交点，呈网格状分布，网格的线为水土固化层31设置的位置，所述水土固化层31的厚度为管桩32净桩长的1/3～1/4，所述水土固化层31的宽度大于承台1的最大宽度。

所述的抗震加固结构还包括在所述复合地基基础的外围轴线各向外延伸一个距离，设置的附加群桩。

实施例2，本实施例提供的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法的步骤基本与实施例1相同，其不同之处在于，抗震加固结构还控制高塑性流土的产生位移，所述抗震加固结构还包括设置在产生施工土层高度差较大的部位的支护结构，该支护结构防止位于土层高度较高的高塑性流土流向高度较低的地方。支护结构也就是基坑支护，保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。

在实施例1抗震抗歪结构的基础上，辅加支护结构，使得水土固化层在施工时，位于水土固化层外侧的高塑性流土不发生位移，防止其影响水土固化层的施工。

本实施例通过将承台1底标高以下的部分软弱土层2固化成水土固化层，该水土固化层与预应力混凝土管桩形成一整体受力体系，有以下优点：

(1)控制施工过程歪桩的质量事故，水土固化层31使得管桩32在施打过程或者在桩基承台1开挖过程中获得水土固化层31对桩身的正摩擦力以及水平力的约束，防止管桩32在施打过程中发生倾歪；复合地基基础33中，由于是水土固化层31先成型，然后再施打管桩32，管桩32在施打过程中不产生倾歪，即不会出现歪桩情况，即使是在雨季施工，或者基础承台1开挖后塑性流土产生的水平推力作用下，由于管桩32有水土固化层31的固定，管桩32也不产生倾歪，歪桩没有形成，即不会出现管桩32承受附加弯压力的情况。

(2)整体的水土固化层31结构与管桩32共同形成的复合地基基础33，深层固化群桩，地震中将复合地基基础33推动10厘米要比单独推动一根管桩32移动10厘米要困难得多，因此，复合地基基础33具有高的抵抗水平推力的能力；复合地基基础33中每个管桩32获得足够的摩擦力，并且复合地基基础33作为一个整体受力体系，刚度大；复合地基基础33改变了单一桩基的受力工况，把桩基与水土固化层31形成的天然基础结合；由此，复合地基基础33具有比传统地基基础更高的抗震能力。

(3)针对地震时，桩基受力是端承点上一个重力“摆”，建筑重心以摆的方向，加速度运动，使管桩32一面挤压了土体，另一面分离了土体，桩在水平的震动载荷下，颗粒要发生重新分布及充水达到饱和状态，发生砂土液化现象使得砂土层完全丧失抗剪强度及失去桩侧面摩擦承载力的情况，本发明作为一个整体的复合地基基础33使得建筑的整体重心下移，在地震时建筑产生的往复摆动的摆幅明显小于没有设置复合地基基础33的建筑，因此，复合地基基础33及管桩32由于往复摆动造成的土体的挤压，而造成的管桩32与土体分离，以致砂土液化现象使得砂土层完全丧失抗剪强度及失去桩侧面摩擦承载力的情况要明显低于没有设置复合地基基础33的建筑，因此提高了复合地基基础33的承载能力。

(4)在遇到地震时，由地震产生的土体晃动而形成液化流泥也仅仅发生在水土固化层31下方的软弱土层2，但是由于管桩32有1/3～1/4的长度设置在水土固化层31里，因此，位于软弱土层2的管桩32的细长比优于没有设置水土固化层31时的管桩32的细长比，缩短了有效桩长，增加了桩的刚度、稳定性，提高桩的承载能力。

(5)针对目前桩基还缺乏抗水平载荷的检测手段，以及存在着薄弱性、滞后性的规范中没有考虑到最不利工况的应对能力，本发明能够大大提高了建筑桩基在软弱土层2的整体性，抗震性及抵抗水平推力的能力。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似方法或结构，而得到的其他沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法及抗震抗歪结构，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，其特征在于，在承台底标高以下软弱土层设置一抗震加固结构，该抗震加固结构控制高塑性流土产生位移，或者抗震加固结构将高塑性流土固化，包括以下步骤：

(1)在承台底标高以下，将位于软弱土层上部的高塑性流土固化成水土固化层，再以锤击式施打预应力混凝土管桩，使打桩下沉过程或承台开挖过程中获得水土固化层对桩身的正摩擦力以及水平力的约束，以防止桩身倾斜，打桩完成后，管桩与水土固化层形成一整体结构；

(2)在多个承台下设置的整体化水土固化层，水土固化层与各个承台下的多根管桩共同形成一整体的复合地基基础，复合地基基础作为一个整体受力体系，以提高整体受力体系的整体抵抗水平推力的能力，提高每个管桩的摩擦力，以及提高桩基整体刚度及整体抗震能力。

2.根据权利要求1所述的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水土固化层以各个承台为网格的交点，呈网格状分布。

3.根据权利要求1所述的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水土固化层从承台底标高垂直厚度为预应力混凝土管桩的净桩长1/3～1/4，所述水土固化层的宽度大于承台的最大宽度。

4.根据权利要求1所述的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，其特征在于，所述水土固化层为喷粉搅拌桩固化而成。

5.根据权利要求1所述的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，其特征在于，所述的抗震加固结构还包括在所述复合地基基础的外围轴线各向外延伸一个距离，设置附加群桩，以提高建筑桩基的侧向稳定性，提高桩基抗震能力。

6.根据权利要求1所述的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，其特征在于，所述抗震加固结构还包括设置在产生施工土层高度差较大的部位的支护结构，该支护结构防止位于土层高度较高的高塑性流土流向高度较低的地方。

7.根据权利要求1～6所述的沿海地区软弱土地基的建筑桩基抗震抗歪施工方法，其特征在于，所述预应力混凝土管桩为端承桩，竖向载荷全部由桩端面承受，所述管桩为AB型或B型。

8.一种实施权利要求1～7所述建筑桩基抗震施工方法的建筑桩基抗震抗歪结构，其特征在于，所述建筑桩基抗震抗歪结构为设置在承台底标高以下软弱土层的抗震加固结构，该抗震加固结构包括设置的复合地基基础，该复合地基基础为由位于各个承台底标高以下的整体化的水土固化层，以及各个承台下的与水土固化层形成整体受力体系的多根预应力混凝土管桩共同形成；

所述水土固化层以各个承台为网格的交点，呈网格状分布，所述水土固化层的厚度为管桩净桩长的1/3～1/4，所述水土固化层的宽度大于承台的最大宽度。

9.根据权利要求8所述的建筑桩基抗震抗歪结构，其特征在于，所述的抗震加固结构还包括在所述复合地基基础的外围轴线各向外延伸一个距离，设置的附加群桩。

10.根据权利要求8所述的建筑桩基抗震抗歪结构，其特征在于，所述的抗震加固结构还包括设置在产生施工土层高度差较大的部位的支护结构。