浅析减沉桩的设计

梁涛涛

摘要：减沉桩，就是指控制沉降的桩。工程上也有称为疏桩基础，简单来说，桩的间距大，一般比常规的桩基础间距要大的多。行业内也有定义为复合桩基，出于对桩和土共同承担上部结构荷载的前提。不管如何定义，减沉桩的最大作用还是不变的，减少沉降。

关键词：减沉桩;复合桩基;荷载分摊比

一、简介

减沉桩基础有两个前提条件：1.天然地基土层承载力能满足要求;2.减沉桩按极限承载力使用。目前使用较多的减沉桩基主要是预制混凝土桩，桩间距比较稀疏。有设计认为减沉桩在实际工程中仍能承担少部分上部荷载，定量分析时无法确定承担荷载的比例，所以在设计时很难把握。考虑桩间土直接承担荷载作用的桩基称为复合桩基。考虑控制沉降变形的桩基，我们认为是减沉桩。量化荷载分摊比就可以划分基础的类型。本文通过工程实例，简要探讨减沉桩在设计中的应用及需要注意的相关问题。

二、工程实例

某工程地下两层，地上五层商业，总高23.7米，地震烈度为7度，加速度0.15g，Ⅲ类场地。商业为大型多层商业，柱间距大，且柱荷载也较大。基础底板位于粉砂土层中，承载力特征值为180KPa，下有软弱土层承载力为130KPa，修正后承载力均能满足要求。可考虑天然地基，基础形式确定为平板+柱墩，在不考虑其它措施的情况下，通过软件计算得到平均沉降值约为95mm，沉降数据满足规范要求，但商业存在功能布置差异导致荷载布置的不均匀，以及柱网布置的不均匀，其实际柱下荷载分布的差异较大，因此不采取措施的情况下沉降差较大，不能满足规范要求。

本工程项目两层地下室，基底标高约为-9.5m，埋深较深，水浮力极大，根据计算多数柱下存在抗浮力，需要采取抗浮措施。结合沉降和抗浮两种设计工况，确定采用抗拔兼抗压的桩基。抗拔计算考虑浮力，抗压计算考虑控制沉降。如何根据桩的承载力确定桩的数量就成为本工程的难点了。接下来简单介绍如何通过计算来布桩的方法。

减沉桩主要就是用于沉降过大的天然地基，要充分发挥桩对地基沉降的控制作用，最大限度的利用单桩承载能力。本工程桩基选型采用边长500mm的预应力方桩，桩长为15m，桩基土层示意图a。单桩抗拔承载力特征值为470KN，单桩抗压承载力特征值为1000KN。减沉桩在设计时如何取值？柱下荷载如何分摊？减沉桩在最大限度发挥承载力时，首先要保证自身不出现破坏，桩身或者位移过大等破坏情况。要实现减沉桩的设计，在于确定基础沉降与桩数量之间的关系，要求计算出减沉桩基础的合理沉降量。

减沉桩基础的沉降计算：S=S1+S2

式中 S1—减沉桩群分担荷载所引起的地基沉降;

S2—地基土分担荷载所引起的地基沉降，可按地基基础规范规定的天然地基浅基础的方法计算。

目前桩基规范有相关规定，条文中有承台面积控制系数，桩基承台效应系数等等，总结可以简单来讲就是求出荷载的分摊比，天然地基承担的荷载和桩基承担的荷载。本工程进行多次计算，按单柱柱下荷载为9000KN计算，分摊比取为0.2，0.25，0.3，0.35，0.4共五种情况下得出不考虑桩的存在，天然地基的平均沉降值为72mm，66mm，60mm，55mm，50mm。对此五种情况下的桩数量分别为0.8，1.0，1.2，1.4，1.6。按此计算方法，可以算出不同数量的桩对应的基础沉降量，这个数据图b在桩数较少的情况下基本是线性下降的，最理想的沉降值是扣除桩承担的最大荷载下的位移。若柱下荷载均由樁承担，理论上就只有桩基沉降了。

桩数达到一定数量后，桩沉降量达到最大值，再增加桩数对减少基础的沉降作用就变得很小了。找到合适的分摊比是关键，既能控制基础的沉降问题，又能降低基础的工程造价。桩基施工前先进行了试桩，通过试桩了解在本工程土层范围内桩在各个荷载阶段的相关数据，桩承担最大荷载时对应的桩位移。根据试桩的数据，桩在充分发挥承载力下位移数据在25～30mm，本工程基础沉降需控制在30mm左右，适当增加桩数，可反推出分摊比取0.2～0.4。按这个数据，就能很好的控制了本工程的平均沉降值和相邻柱间的沉降差。

通过本工程的减沉桩基础，可看出几个优点：1.桩按照极限承载力设计，桩的承载能力得到充分的利用;2.与常规桩基相比，减少用桩数量约30%～40%，大大降低了基础桩基工程的造价;3.充分发挥了桩对基础沉降的控制能力;4.预制桩基础与其他地基处理技术相比，也能更好的控制施工质量，实现设计的最终目标。

三、结语

常规的桩基是上部结构所有荷载全部由桩承担，不考虑桩间土与筏板底面之间的荷载传递。减沉桩基础是上部结构荷载一部分由桩承担，另一部分由桩间土承担，也就是桩土共同作用。因而比常规桩基可以减少桩的数量，具有十分显著的经济效益，不仅减少了沉降量，而且沉降控制比较均匀，根据建筑的使用要求能确定容许的沉降量，可保证建筑的正常与安全使用，具有很好的社会经济效益。

通过这个工程的简单分析，减沉桩设计时，关键要计算出沉降与桩数之间的关系，推算出合理的荷载分摊比。本工程桩不但作为减沉使用，还做抗浮使用，所以在减沉基础设计上不能作为典型的工程案例，仅供大家一起学习探讨。

参考文献：

[1]建筑地基基础设计规范  中国建筑工业出版社 2011

[2]建筑桩基技术规范  中国建筑工业出版社 2008

[3]建筑地基基础设计方法及实例分析  朱炳寅主编  中国建筑工业出版社 2013