软土地区建筑桩基沉降规律分析

　　摘要：软土地层具有厚度大，含水量高，压缩性高的特点，本文通过分析软土特征土层的工程地质分析，确定桩基设计时多以长桩和超长桩为主，并分析几种常用的桩型的特征和优缺点，为在桩基设计时根据建筑的结构类型、荷载作用水平、土持力层情况，以在及安全和经济的前提下合理选择桩型提供了参考建议。最后，对建筑桩基沉降变形进行相关分析。
　　关键词：软土地区，桩基，沉降
　　
　　我国东南沿海地区广泛分布着软土，这种软土通常是指抗剪强度较低，压缩性较高，渗透性较小的淤泥和淤泥质土等。工程桩是深入土层的柱型构件，桩与连接桩顶的承台组成深基础。其作用是将上部结构的荷载，通过较弱的地层传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层。桩基础具有承载力大、稳定性好、沉降小而均匀、沉降速率收敛快的特点。常用于竖向荷载大而集中、受大面积地面荷载影响的结构和在沉降方面有较高要求的建筑物等。桩基可以承受一定的竖向荷载和抗拔力，可用于高耸结构物超负荷和地下建筑或构筑物的抗浮要求，此外，还用于振动对结构的影响以及作为地震区的一种结构抗震重要措施[1,2]。
　　在荷载作用下建筑物引起地基沉降，水平向偏移或不均匀沉降超过相应的允许值，将引起上部结构的变形。沉降是造成墙身开裂的主要原因，表现为倾斜、弯曲及空间扭曲，从而影响到建筑和构筑物的正常使用，严重的会威胁建筑物的安全，在软土地区产生此类现象的建筑物不少，有些建成后没两年，就需要进行加固处理。
　　1软土工程地质特点
　　软土广泛分布于温岭平原，层位稳定，厚度大，是构成平原上部的主要土层。软土垂直向上可以分成五层，其间断续分布有粉细砂或硬土层，但常常因缺失这些层位而呈现连续沉积的现象，软土的总厚度一般约30~50m，最大的连续厚度可达65m以上。河口相或湖沼相沉积粘土性，一般具块状构造，富含铁锰质结核。五层粉细砂中以第一层粉细砂分布最广，埋藏浅，厚度大，沿江地带几乎均有见之，而其它四层粉细砂或分布有限或厚度不大，且多与第一层粉细砂层同域展布。硬土层呈黄色、灰黄色、黄绿色，粘土性，富含铁锰质结核或斑点。土层多呈可塑状，具中压缩性，可作中型或中重型建筑物的桩基持力层。平原地表下以内有三层卵石层。第一卵石层仅见于局部山前平原第二卵石层主见于山前平原，其它地带局部见之，且厚度不大。第三卵石层全局性分布，层位稳定，厚度大。
　　软土地区一般内河水系交错，靠近沿海一带地势平坦，区内河网纵横，大部分地区的浅层土是比较典型的近海沉积软土。该软土的特性是含水量高(最高含水率可达83%)，孔隙比大(最大可达2.07),液性指数大(最高可达3.24)，高压缩性(压缩系数最大可达3.23)和低强度。
　　2基础桩基工程发展状况
　　2.1沉管灌注桩
　　沉管灌注桩一般用得较早，早在八十年代初开始使用，当时是简易的使用锤击，长度约12-18m，桩端绝大部分是完全打在淤泥和淤泥质土里，桩的竖向力全部由桩周土承担，桩端地层承载力几乎等于零〕，建筑物的沉降量一般在80-150mm左右。沉管灌注桩在80年代中期开始全面发展。桩锤改用振动锤(振动锤在瑞安大量的制造)，桩径常用的有Φ377，Φ426，桩长一般为24m~36m。振动锤选用DZ30~DZ60,桩头可以穿越软土进入粘性土层。由于桩头进入较硬土层，建筑物的沉降量大为减少，一般为20mm~50mm。随着建筑荷载的增加，沉管灌注桩的直径、桩长以及锤击动力也在不断要求增大。沉管灌注桩具有设备简单、施工方便、造价低等优点，但其缺点也是明显的,比如当施工进度偏快时，先施工好的桩在还没有完全硬化时由于挤土效应被后施工的桩挤压而偏位甚至水平向断裂；当施工桩架配重不合理，特别在过高时，容易失稳出现工程事故；由于拔管速度控制不当，极容易造成缩颈、断桩、夹泥；桩机施工时振动大，噪声高，故不宜在人口密集的城区施工等等。
　　2.2水泥搅拌桩
　　水泥搅拌桩是通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将水泥浆或水泥粉和软粘土强制搅拌，通过一定的时间，经过土和水泥水化物间的物理化学作用，形成有一定强度和渗透性较低的水泥土固结体。水泥搅拌桩是土和水泥经过物理化学反应产生的结合体。影响水泥土强度的因素很多，主要有水泥掺合比、水泥标号、水泥种类、养护龄期、土含水量、土中有机质含量、外掺剂以及土体围压、施工方法等。在实际工程中，由于各种因素的控制程度不同，工程竣工时桩基沉降的离散性较大。沉降量小的仅为30mm-50mm，比同类建筑用振动灌注桩沉降都小;而沉降量大的则大于150mm。部分搅拌桩建筑沉降过大的原因可能是矿硅水泥硬化速度慢，而工程建造速度过快造成的。但是随着水泥搅拌桩质量事故的增加，到本世纪初，政府管理部门对水泥搅拌桩采取限制措施。
　　2.3钻孔灌注桩
　　钻孔灌注桩是一种非挤土桩，施工时比较安静，不会给相临建筑物和地下管线造成损害，并且几乎可以应用于任何土层。目前常用的有两种型式一种是特别发展起来适用于在软土钻进的取土钻孔桩，也就是所谓水井桩。另一种就是正反循环回转钻孔桩，也就是机械钻孔桩。前者用于荷载较轻的多层建筑，后者用于荷载较大的高层建筑桩基。正循环回转容易控制成型，不易塌孔，但清渣效果不及反循环回转，反之，反循环回转容易取得较好的清渣效果，但易造成塌孔。钻孔灌注桩的施工有独特性，不但受到天气、环境、设备、材料等因素的影响外，而且还受土质、地下水和施工作业条件的不可预见性等不利因素的制约。钻孔灌注桩虽然存在许多问题，但只要加强施工管理，加强施工人员技术培训，总结过去的经验，结合自己的条件进行必要的技术改进，就能大大的提高钻孔灌注桩施工质量。钻孔灌注桩的主要缺点包括，桩基工程造价较大，等长等径的预应力管桩综合造价约节约40%；工期时间长，相对于沉管灌注桩施工时间大约延长一倍左右，相对于预应力管桩施工时间大约延长更多；施工时泥浆排放引起环境污染较大；钻孔灌注桩在施工过程中在孔底总会有一定的沉渣厚度，其存在直接影响了桩端承载部位的桩端承载力。
　　2.4预应力管桩
　　应力管桩是利用预应力技术采用离心工艺生产的预制桩，并适合于工厂化生产。它与在施工现场预制的桩相比，具有质量可靠，长度易调整，占用较小的堆桩场地等优点。预应力管桩桩身设计强度高，一般为C60甚至更高，故变形模量相对较大，在相同载荷作用下，桩身压缩量比与之钢筋混凝土开口空心桩的要小。目前预应力管桩在软土地区使用比较普遍，在使用过程中应该注意一下几点，抗拔桩不宜采用预应力管桩；薄壁管桩桩身会在桩顶或浅部产生脆性断裂；用拉线、低应变检测、线锤检查垂吊法检查倾斜、断裂的管桩。
　　3不同桩基础的沉降观测对比分析
　　笔者在多年的工作中，有机会对某地区软土地基建筑施工过程有全面了解，得到第一手的沉降观测资料，对在软土地区施工的各种桩基都有涉及，常见的及有代表性的不同桩基建筑沉降各取了幢，沉降结果均是竣工时沉降量。当桩长相似时，其平均沉降量的大小关系为水泥搅拌桩>沉管灌注桩>钻孔灌注桩;持力层相似时，其平均沉降量的大小关系为水泥搅拌桩>沉管灌注桩>预应力管桩;上部结构对单桩的轴力大小传递基本相同时，其平均沉降量的大小关系为：水泥搅拌桩>沉管灌注桩>预应力管桩>钻孔灌注桩；桩径基本相似，其平均沉降量的大小关系为，水泥搅拌桩>沉管灌注桩>预应力管桩>钻孔灌注桩。
　　综合上述各种桩型沉降分析，软土地区建筑桩型的选择非常重要。平均沉降量更能清楚地表明各种桩型的沉降范围的中轴。实际的沉降观测结果来看，水泥搅拌桩基础建筑物相对沉降量较大，为16mm-78mm，平均为40.8mm，沉管灌注桩基础建筑物为其次，在13mm-35mm，平均为26.4mm，然后为预应力管桩基础建筑物，为13mm-38mm，平均为21.6mm，最后是孔灌注桩基础的建筑物，在3.2mm-53.9mm，平均为19.2mm。其平均沉降量的大小关系为:水泥搅拌桩>沉管灌注桩>预应力管桩>钻孔灌注桩。
　　4结语
　　本文通过分析软土特征土层的工程地质分析，并分析几种常用的桩型的特征和优缺点，去的分析了软土层桩基沉降的变化规律，对于指导软土地区桩基工程具有非常重要的现实意义，也是该地区工程建设的迫切需要。
　　
　　[1]谢刚年.桩基沉降计算方法的对比探讨与桩基的优化设计[J].石油化工建设.2006,02
　　[2]周红波,牛子春.高层建筑打入桩基与钻孔桩基沉降对比分析[J].施工技术,2007,09