桩基础是一种使用范围很广的深基础。它是采用不同材料及不同的施工方法将桩设置在岩土层中,多数情况在桩顶设置承台,上部结构的荷载经承台再通过桩传递至岩土层。由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础称为桩基础,如图4-1所示。
图4-1 桩基础示意图
我国在明、清时代,已经将桩基础广泛地应用到桥梁、水利、海塘、房屋等各类土木建筑中。近代,特别是20世纪中后期,我国在工程建设中已相当普遍地采用了各种类型的桩基础。由于桩基础能较好地适应各种地质条件、工程要求及荷载情况,又具有承载力大、稳定性好、绝对变形和相对变形值小,特别是变形速率小、收敛快等特点,一般情况下,如果采用浅基础而地基承载力、沉降及稳定性不能满足要求时,常采用桩基础。
建(构)筑物的基础是否采用桩基础,应由建筑场地的地质条件,上部结构对地基基础承载力、沉降及稳定性的要求,经济上是否合理等诸因素决定。根据工程实践经验,通常在以下情况时采用桩基础:
(1)地下水位较高的软弱地基上建筑荷载较大或较重要的建筑物时,若采用浅基础可能会产生过量沉降,为了将建筑物的地基变形控制在允许范围内,常常采用桩基础。
(2)对地面有大面积堆载的单层厂房、仓库等,可能因大量堆载使较软弱的地基产生过量的变形,基础出现不均匀沉降,或者因堆载使厂房柱基产生转动而导致开裂,如图4-2所示。当采用长度较大的桩基时,桩基一般不易转动,这样,因堆载引起的危害就可减轻或避免。
图4-2 大面积堆载引起的柱基转动
(3)高层房屋或高耸建筑物,因具有很大的竖向荷载及水平荷载,并且对倾斜有严格要求,在软弱地基上建高层房屋及高耸构筑物,若采用浅基础,可能因地基土质不均、荷载偏心或受相邻建筑的影响使建(构)筑物产生不同程度的倾斜。例如,经有关部门估计,上海地区建在天然地基上的烟囱,一般都有不大于千分之五的倾斜。当采用桩基础后,因桩能穿过软土层进入相对较好的持力层,使基础的承载力及稳定性大为改善,特别对采用桩基础的高耸构筑物,效果更明显。
(4)大吨位重级工作制吊车的重型单层厂房和露天吊车的柱基,由于吊车载重量大,荷载变化频繁,再加上基础密集,使地基变形大且不均匀,当采用桩基后,虽然沉降量仍较大,但不均匀沉降量明显减小。(www.xing528.com)
(5)对地基沉降及沉降速率有严格要求的精密设备基础,在工作过程中需控制振幅的动力设备基础,除活塞式压缩机基础外,采用桩基础是行之有效的办法。
(6)当相邻建(构)筑物间距较小时,由于相邻荷载影响,会使地基土所受附加应力增加,随之会产生地基土压缩变形量及变形范围增大,造成两建筑物产生相对倾斜或开裂,若采用桩基础,即使其中之一采用了桩基,也会使危害减轻或者避免出现危害。
(7)当地基上部软弱土层较厚不宜作为持力层,而在桩基能达到的深度范围内有较合适的持力层时,采用桩基是适宜的。当建筑区局部遇到暗浜、深坑、古河道等情况时,也需考虑采用桩基。
(8)在覆盖层厚度悬殊的山区、丘陵地带,为了防止出现沉降不均,也常常采用桩基础。
(9)在抗震设防区,将桩穿过可液化的土层并进入稳定土层足够深度,可防止建筑物因上部土层液化而发生震陷,使震害减轻。实际资料表明,地震区的工业与民用建筑,凡是采用了桩基的建筑物,都提高了抗震能力,受严重损害的上部结构所占比例大为减小,可见采用桩基是在可液化地基中防震减灾的良好办法。
(10)桩既可作为建(构)筑物的基础,又可用于地基处理,还可作为挡土支护结构。
从以上情况可看出,桩基础提高建(构)筑物基础的承载力及稳定性的效果明显。但是,当地基的承载力、沉降及稳定性不能满足要求时,以为只要采用了桩基础即能使问题得到解决的看法并不一定正确。例如,在上部为硬塑的黏土层(其厚度能满足要求)而其下为软弱黏土的地基中,若不利用上部硬塑土层将桩穿过硬塑土层进入软弱下卧层,则会使上部土层的结构被破坏,桩基沉降增大,基础的承载力降低。所以,在采用桩基础时,既要使采用的桩型及施工方法与地质条件相适应,又要尽可能地利用地基条件让桩基承载力得到充分发挥。
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