结合案例分析墩和桩在地基处理中的应用

冯 爱 霏

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)



结合案例分析墩和桩在地基处理中的应用

冯 爱 霏

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

介绍了墩和桩的概念，分析了墩和桩的区别，并结合建筑桩基技术规范，阐述了墩基础的适用范围，探讨了墩基础应当符合的计算及构造规定，为建筑桩基工程设计提供参考。

墩基础，基坑，承载力，挖孔灌注桩

在一些埋深比较浅的岩石地层和山坡地形的地基处理中，因为挖孔深度的限制，经常会遇到用墩代替挖孔桩的情况。墩在外形上与工作方式上与桩特别是灌注桩很相似，因而墩与桩的定义界限并不是很明确，在国内的工程技术标准中也没有关于墩的技术规定。对一些刚接触地基处理的设计人员处理此类地基时方法比较模糊，现结合实际工程设计简要介绍墩和桩的区别以方便大家设计的时候作为参考。

墩和桩的外观比较相似，将墩定义为特殊的大直径桩较为合适。工程设计人员一般按照以下两种方式来区分它们，一种是按照结构构件的长度来区分墩基与扩底桩，在《全国民用建筑工程设计技术措施结构篇》中有规定提到：挖孔灌注桩的长度不宜小于6 m且不宜大于40 m，当桩的长度少于6 m的时候应按照墩基础考虑，如果桩的长度虽然大于了6 m，但长度与直径的比值小于3，仍旧按墩基础计算。另一种是按桩和墩的施工方法不同来区分，桩处理方式一般是将结构构件打入或压入土层中，从而使地基土受到挤压，分为摩擦桩和端承桩两种。墩基的处理方式则是根据土质的情况先用机械或人工在土层中挖好一个孔坑，然后再将孔坑内灌入混凝土。当然将其区分后各自的算法也就不一样了，墩的承载性能介于桩和天然地基之间，因此不能简单用桩的公式计算其承载力，否则是不安全的，和大直径扩底桩不同，扩底墩的承载性能更接近于天然地基基础，可采用天然地基的宽度及深度修正系数确定其承载力。墩基础算法仍属于天然地基的范畴。

前段时间做的一个项目山西西山晋兴能源有限责任公司的职工住宅楼就碰到了上述这样的情况，该工程结构形式为剪力墙结构，地下1层，地上12层，室内外高差为0.6 m，建筑总高度为36.6 m。建筑场地自上而下的工程地质条件如下：第①层土为素填土，该层承载力特征值120 kPa，厚度5 m～8 m,填土以下就进入卵石层，基础底部位于第①层填土层，天然地基承载力不满足设计要求，需进行地基处理。在设计中经比较采用了剪力墙下布置人工挖孔墩的设计方法，墩身直径900 mm，墩长度6.5 m(包含扩大头)，扩大头直径分为1.5 m和1.8 m两种，墩身混凝土强度等级为C35，墩端持力层为卵石层，该层承载力特征值300 kPa。

其中的关键在于承载力的计算部分，桩身长度虽然超过了6 m，但是接近规范中规定的临界值，在设计中分别进行了桩和墩的计算，进行包络设计，承载力计算仅考虑了端部阻力，未考虑侧向阻力，最终按墩基础设计，经计算和现场检测均满足设计要求。

在建筑桩基技术规范中关于桩的介绍很全面，在此就不做另述了，以下对墩基础的设计进行了介绍。

1 墩基础的适用范围

墩基础多用于多层建筑(地基承载力要求相对较低)，在岩层较浅或工期紧张的情况下很合适。墩基础埋深一般大于3 m、直径最好在800 mm以上，低于800 mm时人工开挖将没有操作空间；当桩的埋置深度与桩身的直径比值小于6或者桩的埋置深度与桩扩大头直径比值小于4，应该按照墩基础计算方式进行设计。墩基础和桩施工工艺相同，有带扩大头和不带扩大头两种成孔方式，若桩体的埋置深度过大的时候，如果采用墩基础的计算方法设计则不符合实际的情况，所以规定了桩体长度与直径的比值界限以及墩身有效长度不超过5 m的限制条件，用来与人工挖孔桩进行区别。但是上述限制条件只是不宜，不是不应，当超过限制条件不多时，仍需要按照挖孔桩的计算方式进行验证，从承载力方面考虑，采用墩基的计算方法得出的单桩承载力一般较小(不排除特殊情况)，选择两种计算方法得出的较小值作为单桩承载力作为依据，双控包络设计。这样选择虽然保守但是更加有安全保证。

2 墩基础应当符合的计算规定

1)墩基础计算其墩底面积的时候，传至墩体上的作用效应按照正常使用极限状态下作用的标准组合；计算单墩承载力特征值的时候不应考虑其墩体的侧向摩擦阻力仅考虑其端部阻力。墩基础的端头阻力特征值应按照《建筑地基基础设计规范》中经深度修正后的持力层承载力特征值(公式5.2.4)或按深层平板载荷等试验确定的数值采用，当偏心合力(均布压力假定)作用下时其承载力特征值也可以按照抗剪强度指标(公式5.2.5)进行确定，并应满足地基变形的要求。其中深层平板载荷试验等方法可以确定深部地基土层以及墩端头土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力和变形参数。载荷需求不大的墩基础也可以直接按照单墩竖向静载荷试验的方法确定其承载力特征值。各类载荷试验等的要点可参见《地基基础设计规范》附录中的相关内容。

2)墩基础的埋深如果超过了5 m并且墩身周围土的情况较好、强度较高的时候，可以采用公式计算来确定墩的承载力特征值，其中建议不考虑其侧向阻力，主要是墩长度较短这部分摩擦阻力不可靠：软弱粘性土有震陷问题，一般粘性土也可能因墩身摩擦力产生的墩间土的附加应力下的压缩使墩周土与承台脱空；欠固结土有固结下沉问题；非液化的沙砾有震密问题等等。实际中地震情况下墩台与土脱空的报道时有发生。但除岩石持力层外，其墩底持力层承载力特征值可乘以1.1的调整增大系数(载荷试验确定的持力层承载力特征值除外)。

3)墩和桩的一样也需要进行墩身强度和裂缝的控制验算，计算时应考虑成孔工艺(护壁)、混凝土强度、环境类别等因素。

4)注意特殊条件下墩基础竖向承载力的验算，如软弱下卧层的验算。

5)同一个单体建筑物的墩基础，如采用了压缩性差异较大的持力层，常引起较大不均匀沉降，导致建筑物倾斜或建筑物的构件开裂。底部承载力需求不同时可以采用不同的扩底直径或墩距进行调整。墩基础的沉降变形可用沉降量、沉降差指标控制，对于多层或小高层建筑可由建筑物墩基沿倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值控制，当建筑物为框架、框架—剪力墙结构时，还需要控制柱(墙)之间的沉降差异。

6)当墩基础在位于坡地等滑动面上时，也要进行墩基础的整体稳定性验算。

7)应该高度重视深基坑开挖中，坑底回弹隆起对墩身受力影响。当持力层不是岩土层，基坑开挖又较深的时候，基坑底部土的回弹可能引起墩身的开裂，直接影响到墩的耐久性和受力状况，此时可以考虑加大墩身的配筋。

3 墩基础应当符合的构造规定

1)墩采用的混凝土强度等级要求C20及以上等级。

2)墩采用构造配筋的时候，注意其最小配筋率和最小根数、直径与大直径桩相同，特殊环境如腐蚀类环境时应当加大其纵筋直径，墩体内纵向钢筋通长配置。

3)墩与上部柱之间可以用承台连接，也可以将墩与柱直接连接。当采用墩与柱直接连接的方式时，应满足固接的要求。柱边至墩周边的最小间距应大于150 mm，且随着柱截面的加大该距离也要求相应的增加，可参考地基基础规范中杯口基础的杯壁厚度要求。因墩身混凝土强度等级一般较上部柱低，此时需验算墩的局部抗压强度。为加强结构的整体性，可在墩基础的两个方向设置连系梁，选两端柱底压力较大值的1/10计算其连系梁的截面和配筋。墩基础一般常用于层数不高的建筑物，所受水平力较低，此时如果墙下部设置基础梁，墩可用插筋直接与基础梁连接。当墩顶设置墩帽时，其构造与框架结构顶层梁柱连接方式相同。墩帽可与基础梁一同浇筑。

4)墩基成孔为人工挖孔时，应考虑安全因素可采用钢筋混凝土护壁。墩体扩底直径不宜大于墩身直径的2.5倍。

5)墩身底标高相同的情况下，墩的间距可以不受控制，按上部结构方便布置即可。

6)墩身底部进入非岩石持力层的深度要求不小于300 mm。当墩底在岩石层上时，无埋置深度要求，但应当保证其基稳定性。墩底岩石层标高变化时，应当进行整平处理或者凿成台阶状。

总之，从设计角度来区别，桩基础按其受力原理分为端承桩、摩擦桩、端承摩擦桩，分别进行极限承载力的计算；墩基础就一种，不考虑侧向摩擦阻力仅考虑端部阻力。从施工角度来说与挖孔桩基本是相同的。当无法直接确定墩或桩的承载力时，建议按墩和桩分别计算包络设计，并取小值的设计原则。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[3] GBJ 79—2002，建筑地基处理技术规范[S].

[4] 地基及基础[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[5] 中国建筑标准设计研究所.全国民用建筑工程设计技术措施结构[M].北京：中国计划出版社，2003.

[6] 建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[7] 龚晓南.土力学及基础工程实用名词词典[M].杭州：浙江大学出版社，2016.

[8] 方晓阳.基础工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

Analysis on the application of pier and pile in foundation treatment by combining with cases

Feng Aifei

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030013,China)

The paper introduces the identification of pier and pile, analyzes their difference, describes the application scope of pier foundation by integrating with building pile foundation technology norms, and explores pier foundation calculation and structural regulations, which has provided some guidance for building pile foundation engineering design.

pile foundation, foundation pit, bearing capacity, bored pile

1009-6825(2017)14-0062-02

2017-03-04

冯爱霏(1984- )，女，工程师

TU472

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