厚填土地区桩基负摩阻计算及案例分析

闫巨成

河北益坤岩土工程新技术有限公司 河北 秦皇岛 050000

引言

填土场地地基承载力低，不满足设计要求时，常见的解决办法是强夯或采用桩基础穿越填土层等。但因为填土层底面坡度起伏较大，填土层厚度深浅不一，采用强夯处理时极易产生不均匀沉降；采用桩基处理时，由于填土层缓慢沉降产生下拉荷载，设计时需考虑桩侧的负摩阻力，且由于回填土对桩的侧向约束不好，容易引起偏桩，还会增加桩身弯矩，不仅产生结构安全隐患，而且也会造成过度的资源浪费。

经过多年工程实践，结合项目工程实例，提出土挤密桩处理方法，并给出设计、施工、检测等具体要求。

1 土挤密桩的优势

回填土场地由于回填工艺和施工时间的不同，回填效果也会有一定的差别，因而填土孔隙比、固结度等物理力学性质差异较大。一般处理方法有强夯、挤密桩、桩基等方式。采用强夯时由于填土厚度不均匀，而夯击能一定，就会产生局部层底处理不到位，容易产生不均匀沉降；采用桩基时，填土沉降会引起负摩阻力，可能会造成桩身破坏、桩端地基屈服或破坏以及上部结构不均匀沉降等现象，因此，厚填土场基桩设计使用过程中要考虑由填土沉降引起的负摩阻力，成本增加显著。如先期采用挤土桩、强夯等地基处理处理方法，将松散填土处理密实，消除负摩阻力，则能有效解决上述质量隐患，缩短桩长，达到安全、经济的目的。如地基承载力要求不高可采用土挤密桩复合地基形式，由于采用横向挤密作用，可解决强夯处理产生的不均匀问题，素土挤密后承载力可达180kpa，并可就近取土，成本降低，质量可靠[1]。

2 负摩阻力的计算及消除

根据桩基规范5.4条的相应规定：

5.4.4 桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算：

中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：

当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：

考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：

中性点深度ln应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定，也可参照表1确定。

表1 中性点深度ln

上式中符号参见《建筑桩基技术规范》JGJ-94-2008。

实际控制减少负摩阻力的主要方法有如下几种：

第一，设置隔离桩，防止基础外填土或堆载引起的负摩阻力，保护桩承担全部负摩阻力和填土的侧向推力。第二，涂层法，（沥青、树脂、再生橡胶）适用于打入桩的影响。第三，预钻孔法，适用打入桩的影响，中性点以下则不需钻孔。第四，采取“抗”的措施，即是在桩基础承载力设计时，考虑负摩阻力作为下拉荷载的一部分，来进行桩基础设计。第五，先期采用挤土桩、强夯等地基处理处理方法，将松散填土处理密实，消除负摩阻。

3厚层填土处理案例分析唐山某工程，该项目填土主要成分为松散细砂并含少量建筑垃圾，填筑厚度差异较大，层厚差达8～12m，属近期人工堆填而成，由于回填土年份较短，设计应充分考虑填土对桩基的负摩阻力。

根据勘察所给出的地层情况进行多方案论证：

表2

方案1 ：旋挖灌注桩 桩径600 桩长35m，总桩数84根

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008表5.4.4-1中填土负摩阻力系数ξn可按0.40取值，新版桩基规范对负摩阻力的计算，基桩下拉荷载标准值由土层自身计算并和正摩阻力标准值相比较取小值。

计算时根据土层性质和厚度不同，如深厚填土区下拉荷载较大，在计算负摩阻时应控制不大于该土层的正摩阻力标准值。本工程勘察单位提供的正摩阻力极限值为40，则下拉荷载为按40计算得出的标准值。其他参数由地勘报告提供[2]。

由桩基规范，持力层为卵石时，中性点深度比为0.9，本次取全长进行计算，选取最不利孔进行负摩阻计算，即填土自承台底深13.560m

承台底面以上土自重引起的等效堆载：p=20×6.1=122kPa

素填土自重引起桩周土平均竖向有效应力：20×13.56/2=135.6kPa

素填土桩周土平均竖向有效应力：122+135.6=257.6kPa由地勘报告提供，摩阻力系数为0.4

qnsi计算值为103.04kPa，大于桩极限侧阻力标准值40kPa因此，取qnsi=40kPa

根据单桩承载力计算，总桩数84根。

方案2 ：先用素土挤密桩处理填土，桩径0.5m，桩长14m，中心距1m。检测后再进行桩基础设计。

主楼下地基原为14m左右的填土层，主要成分为松散细砂，经过土挤密处理后的填土，地基承载力和压缩模量均大幅提高，土的性质可以作为基础持力层了，这时应计入这一部分土层的侧阻，可以大幅提高单桩承载力。本工程处理后，桩间土采用标贯试验检测，共检测10个点，每点沿土层厚度间隔一米测试一次，经统计分析标贯值大于15击，处理后的填土层均达到中密状态。根据《建筑桩基技术规范》，《建筑地基检测技术规范》处理后填土层侧阻极限值可取40～50Kpa。

经计算，保持原单桩承载力条件下，桩长为22.1m[3]。

方案3：车库位置素土挤密桩处理填土，桩径0.5m，平均桩长14m，桩间距距1m。

本工程处理后，进行均匀性和复合地基承载力检测，处理后的填土层各深度标贯值统计分析均达到中密状态，复合地基承载力达到140kpa，符合上部设计要求。

成本对比分析：灌注桩单方综合造价1300元，素土挤密桩单方造价93元。

方案一：综合成本约为（未考虑保护桩桩长及截桩头清理桩间土等费用）

π×0.32×35×84×980=814227元

方案二：综合成本约为（未考虑保护桩桩长及截桩头清理桩间土等费用）

π×0.32×22.1×84×980+π×0.252×14×548×93=654149元

方案二：比较方案一单栋成本优化约160077元

方案三：车库部分原采用旋挖钻孔灌注桩基础，填土处理面积约12000m2，节约造价400万，且工期缩短50天[4]。

4 结束语

厚填土场地建设过程中应充分注意不均匀填土对工程的危害，建议先采用地基处理提高填土压实度，对于无法控制填土压实度的地区，应充分考虑基桩侧摩阻力对结构带来的不利影响。但是仅仅采取“抗”的措施，即是在桩基础承载力设计时，考虑负摩阻力作为下拉荷载的一部分，来进行桩基础设计，一方面会造成过度的资源浪费，另一方面也解决不了由于土体下沉带来的防水拉裂，主楼周边土体下沉等质量问题。预压、强夯法、碎石桩、载体桩、素土挤密桩等均能有效处理厚层填土。设计人需要根据不同的场地条件，采取相应的处理办法，使设计更安全、可靠、经济。