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实施《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）中的几个问题

2011-08-30 17:22阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1434287782

博主按：本文发表于《建筑结构》2009年增刊（第二届全国建筑结构技术交流会论文集，2009年4月，上海），是博主首次参加全国主要结构专业学术会议并在分组讨论用本文做报告

实施《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）中的几个问题
古今强

[摘要] 汇总了《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）施行近半年以来遇到的几个问题，归纳起来为三类：（1）个别规范条文容易被误解或忽略，如空心桩桩身截面模量W0的取值；（2）规范条文
没有涉及的实际问题，如桩身压屈效应和负摩阻力的叠加问题；（3）极个别的规范规定值得商榷，如液化土中桩身压屈计算长度lc的取值问题。对这些实际问题进行了讨论，提出了作者的意见供同行参考。
[关键词] 桩基础 《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008） 地基基础

《建筑桩基技术规范》(JGJ94－2008)[1]（下文简称“新桩基规范”）自2008年10月1日起实施，近半年以来遇到以下三类实际问题：（1）个别规范条文容易被设计人员误解或忽略，如空心桩桩身截面模量W0的取值；（2）规范条文没有涉及的实际问题，如桩身压屈效应和负摩阻力的叠加问题；（3）极个别的规范规定值得商榷，如液化土中桩身压屈计算长度lc的取值问题。下文对这些实际问题进行了讨论，提出了作者的意见供同行参考。
1 桩身压屈效应和桩负摩阻力的叠加问题
1.1 规范内容简述
新桩基规范强调了桩身压屈效应和负摩阻力效应的重要性，分别在第3.1.3条第2款和5.4.2条以强制性条文的形式提出相关要求，并在第5.8.4条和5.4.3~5.4.4条分别提供了计算方法。
桩身压屈效应是使桩身承载力下降，需要乘以桩身稳定系数进行折减；负摩阻力效应是使桩身承受向下的附加荷载。
1.2 设计相关问题
需要考虑桩身压屈效应的场合往往也需要考虑负摩阻力效应。例如，广州地区很多场地有较厚的淤泥，其性质较差（含水量w=60~100%，直接快剪指标c=3~5kPa、φ=1~30）,符合需要验算桩身压屈效应的条件。同时场地平整在其上有几米厚的新近回填松散填土，也需要考虑负摩阻力的不利影响。是否应把两者的不利影响叠加考虑，即对桩身承载力乘以桩身稳定系数进行折减，同时桩身还要另外附加负摩阻力。如果这样算下来，桩数比以往要增加不少。
1.3 讨论及设计建议
判断是否需要叠加桩身压屈效应和负摩阻力的不利影响，应分析两者是否会同时发生的。在工程的前期，桩侧的淤泥还没有固结，不存在桩周土层沉降超过基桩沉降的情况，不需要计算负摩阻力；同时淤泥性质较弱，对桩身受压失稳的约束能力不足，应考虑桩身稳定性问题。在工程的后期，桩侧的淤泥固结逐步达到稳定，桩周土层沉降超过基桩沉降，桩负摩阻力达到峰值，应计入负摩阻力的不利影响；但此时淤泥性状已大大改善，对桩身受压失稳的约束能力也有很大提高，桩身稳定系数甚至可取1.0。可见两者的最大值不是同时发生的。在桩负摩阻力逐渐增加的过程中，桩身压屈效应逐渐减弱。
建议设计时按新桩基规范第5.8.4条和5.4.3~5.4.4条分别单独复核桩身压屈效应和负摩阻力的不利影响，并适当留有余地。
2 空心桩桩身截面模量W0的取值问题
2.1 规范内容简述
在计算单桩水平承载力特征值、桩的水平变形系数α等环节都涉及桩身抗弯刚度EI，新桩基规范第5.7.2条提供EI的计算取值方法如下：

对于钢筋混凝土桩，桩身抗弯刚度 ；其中，Ec为混凝土的弹性模量，I0为桩身换算截面惯性矩，圆形截面 ，矩形截面 ；W0为桩身换算截面受拉边缘的截面模量，圆形截面:
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 方形截面:
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其中d为桩直径，d0为扣除保护层厚度的桩直径；b为方形桩截面边长，b0为扣除保护层厚度的桩截面宽度； 为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值。
2.2 设计相关问题
对照材料力学关于圆形和方形的截面模量W计算公式可知，（1）、（2）式是对应于实心圆形和方形桩，并且把桩身钢筋等效地计入W0。由于规范条文没有特别说明，也没有另外提供空心桩的计算公式，有设计人员直接套用（1）、（2）计算预应力混凝土管桩和预应力混凝土空心方桩的W0，造成偏差。
以壁厚90mm的ф400预应力混凝土管桩为例，减去空心部分后桩身抗弯刚度EI相差约12.3%，对后续的单桩水平承载力特征值、桩的水平变形系数α等计算结果有较大影响。
2.3 设计建议
计算预应力混凝土管桩和预应力混凝土空心方桩W0时，要减去空心部分，即预应力混凝土管桩为：
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预应力混凝土空心方桩为：
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其中dl为空心桩内径。
3 液化土中桩身压屈计算长度lc的取值问题
3.1 规范内容简述
新桩基规范第5.8.4条规定，对于桩身穿越可液化土的基桩应考虑压屈影响，桩身正截面受压承载力乘以φ折减，稳定系数φ可根据桩身压屈计算长度lc和桩的设计直径d（或矩形桩短边尺寸b）确定。桩身压屈计算长度lc按规范表5.8.4-1确定。
新桩基规范表5.8.4-1备注第3点提出，当桩侧有厚度为dl的液化土层时，桩露出地面长度l0和桩的入土长度h分别调整为
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ψl按新桩基规范表5.3.12取值。
3.2 对规范规定的讨论及建议
土层液化折减系数ψl值如表1所示（表中N为饱和土标贯击数实测值；Ncr为液化判别标贯击数临界值），与抗震规范[2]表4.4.3同。
表1 土层液化折减系数ψl

 自地面算起的液化土层深度dL(m)
 ψl
λN≤0.6
 dL≤10
10<dL≤20
 0
1/3
0.6<λN≤0.8
 dL≤10
 1/3
10<dL≤20
 2/3
0.8<λN≤1.0
 dL≤10
10<dL≤20
 2/3
1.0

从表1可见，饱和土标贯击数实测值N越大，饱和土越密实，ψl值越大，液化土层桩侧阻力需要折减的程度越小；同时饱和土对桩身受压失稳的约束能力也越大，桩身压屈计算长度lc理应越小。
但对照（5）、（6）式，ψl值越大，桩身自由长度的计算 反而越大，桩身受压失稳的可能性越大。显然（5）、（6）式值得商榷，建议改为
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4 挤土桩的最小桩距
4.1 规范内容简述
新桩基规范第3.3.3条第1款提出了基桩的最小中心距，对照94版桩基规范[3]，挤土桩和部分挤土桩的最小中心距普遍增加了0.5d，反映出新桩基规范对挤土效应的重视。
4.2 对规范规定的讨论及建议
在软土中采用挤土桩，可能产生挤土效应，造成地面隆起；邻近建筑物上抬、下沉和开裂；邻近管线变形、开裂；拉断已沉桩的接头等工程问题。规范的基桩最小中心距所考虑的因素之一就是成桩工艺。对于非挤土桩而言，无需考虑挤土效应问题；对于挤土桩，为减小挤土负面效应，在饱和粘性土和密实土层条件下，桩距应适当加大。
但是，新桩基规范仅以成桩工艺分类规定基桩最小中心距，似乎并不全面。成桩方法只是其中一个影响因素，挤土效应的控制性因素是桩的面积置换率（即入土桩的总截面积与建筑物底面积之比）。例如，采用轻钢结构屋面的大跨度结构，就算采用预应力混凝土管桩等挤土桩，由于结构自重轻、桩数少，总体桩的面积置换率低，挤土效应一般不明显。
建议对面积置换率在1~2%以内的挤土桩，基桩最小中心距可适当放宽。
5 静压桩压桩机接地压强的控制问题
5.1 规范内容简述
新桩基规范第7.5.4条规定,采用静压沉桩时，场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍。
5.2 工程实例
2003年广州市某办公楼工程，表层土分布自上而下为：①0.1~0.5m厚的松散人工填土、②2.2~5.0m厚的淤泥（fak<30kPa）、③4.2~6.8m厚的淤泥质砂土（fak=40kPa）。在静压管桩完工后检测发现超过半数断桩，其原因主要是压桩机的着地压力达90kPa、超过表层土体承载能力，土体产生侧向塑性变形而引起水平位移，把已压桩推断破坏。最后决定将改用钻孔桩进行补桩处理。
5.3 讨论及设计建议
静力压桩具有无噪声、没有震动、不会对环境造成危害的优点，在很多城市的中心城区广泛使用。但静力压桩需要大量的配重，对场地表层土承载力的要求比较高。静力压桩机的接地压强一般介于66~120kPa，个别可高达160kPa甚至180kPa以上[4]。如果表层土非常软弱，无法承受配重的过大压力，就会发生陷机现象，使已压桩造成压断或推断破坏。
新桩基规范第7.5.4条是施工方面的规定，而且条文说明也没有详细解释，设计人员容易忽略。当场地软土层厚而埋深浅、表层土承载力低时，应在设计文件中对压桩机着地压强作出限制，或适当处理表层土以提高其承载力。
6 如何执行预制桩吊运和锤击验算的强制性条文规定
6.1 规范内容简述
新桩基规范第3.1.3条第2款规定，混凝土预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算。
6.2讨论及设计建议
这是强制性条文，必须严格执行。但规范规定比较笼统，可执行性不高。首先规范没有明确进行验算的主体，设计单位和施工单位可能互相推诿，使强制性条文无人执行，失去其严肃性。第二，新桩基规范第5.8.11和5.8.12条提供了预制桩吊运和锤击验算的原则和方法，从该条文在规范的位置来判断，似乎暗示应由设计单位进行验算工作；但在设计阶段预制桩的施工方案未定，如何吊运、验算最大锤击应力的参数等无法事先知晓，设计单位无法进行验算，反而容易令施工图审查机构误会设计单位不执行强制性条文、引起不必要的误会。
建议设计单位在桩基施工要求方面补充相关内容，要求施工单位在制定预制桩施工方案时，按《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）第5.8.11和5.8.12条进行预制桩吊运和锤击验算，并报设计单位复核同意后方可施工。
7 结语
《建筑桩基技术规范》(JGJ94－2008)总结了近年来我国桩基础设计、施工经验，吸纳了该领域新的科研成果。它的颁布实施为我国桩基工程提供了更加完善的技术指引。本文提出新桩基规范实施中的若干问题，只是想说明：工程实际情况千变万化，任何技术规范不可能为所有工程实际问题都提供完整的答案，需要工程技术人员发挥聪明才智，对规范条文融会贯通。


参考文献
[1] JGJ94－2008 建筑桩基技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社，2008.
[2] GB50011-2001 建筑抗震设计规范 [S]. 北京: 中国建筑工业出版社，2001
[3] JGJ94－94 建筑桩基技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社，1995.
[4] 张明义. 静力压入桩的研究与应用[M]. 北京：中国建材工业出版社，2004.

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