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【汇总分析】桩基设计的几个疑难问题

本文共计约：2818字  |  阅读时间：5 分钟

汇总了《建筑桩基技术规范》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*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）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**参考。

1、 桩身压屈效应和桩负摩阻力的叠加问题

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3.1.3条2款和5.4.2条以强制性条文的形式提出相关要求，并在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。

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~**，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。

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**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**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。可见两者的较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5.8.4条和5.4.3~5.4.4条分别单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

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:

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  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。

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：

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

①  规范内容简述

新桩基规范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：

ψl按新桩基规范表5.3.12取值。

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。

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：

4、挤土桩的较小桩距

①  规范内容简述

新桩基规范3.3.3条1款提出了基桩的较小中心距，对照94版桩基规范[3]，挤土桩和部分挤土桩的较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。

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。规范的基桩较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，*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较小中心距，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，基桩较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

①  规范内容简述

新桩基规范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。

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：（1）、0.1~0.5m厚的松散人工填土、（2）、2.2~5.0m厚的淤泥（fak<30kPa）、（3）、4.2~6.8m厚的淤泥质砂土（fak=40kPa）。在静压管桩完工后检测发现**过半数断桩，其原因主要是压桩机的着地压力达90kPa、**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。较后决定将改用钻孔桩进行补桩处理。

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*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

①  规范内容简述

新桩基规范3.1.3条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。

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。二，新桩基规范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、验算较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*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）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。

钢结构焊接禁忌与防治措施，很全面！

本文共计约：2906字  |  阅读时间：6 分钟

钢结构在焊接过程中，有许多要注意的事项，一旦疏忽，就可能酿成大错。以下内容为钢结构焊接过程中经常被忽略的事项，千万不要大意哦！

焊接施工不注意选择较佳电压

现象、危害性

焊接时无论是打底、填充、盖面，不管坡口尺寸大小，均选择同一电弧电压。这样有可能达不到要求的熔深、熔宽，产生咬边、气孔、飞溅等缺陷。

一般针对不同情况应该分别选择相应长弧或短弧能得到较好的焊接质量和工作效率，如打底焊接时为了能得到较好的熔深应该采用短弧操作；填充焊或盖面焊接时为了得到较高的效率和熔宽可以适当加大电弧电压。

施焊时不注意控制电弧长度

现象、危害性

施焊时不根据坡口形式、焊接层数、焊接形式、焊条型号等适当调整电弧长度。由于焊接电弧长度使用不当，较难得到高质量的焊缝。

防治措施

为了保证焊缝质量，施焊时一般多采用短弧操作，但可以根据不同的情况选用合适的弧长以获得较优的焊接质量，如V形坡口对接、角接的一层：应使用短些的电弧，以保证焊透，且不发生咬边现象；二层：可以稍长，以填满焊缝。焊缝间隙小时，宜用短弧，间隙大时电弧可稍长，焊接速度加快。仰焊电弧应较短，以防止铁水下流；立焊、横焊时为了控制熔池温度，也要用小电流、短弧焊接。另外无论采取什么焊接在运动过程中，要注意始终保持弧长基本不变，以此确保整条焊缝的熔宽和熔深一致。

要求熔透的接头对接或角对接组合焊缝焊角尺寸不够

现象、危害性

T形接头、十字接头、角接接头等要求熔透的对接或角对接组合焊缝，其焊脚尺寸不够，或设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似构件的腹板与上翼板缘连接焊缝的焊脚尺寸不够，会使焊接的强度和刚度均达不到设计的要求。

防止措施

T形接头、十字接头、角接接头等要求熔透的对接组合焊缝，应按照设计要求，必须有足够的焊脚要求，一般焊脚尺寸不应小于0.25t（t为连接处较薄的板厚）。设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似的腹板与上翼缘连接焊缝的焊脚尺寸0.5t, 且不应大于10ｍｍ。焊接尺寸的容许偏差为0~4ｍｍ。

多层焊缝不清除焊渣及焊缝表面有缺陷就进行下层焊接

现象、危害性

厚板多层焊接时，每层焊接完成后不清除焊渣及缺陷就直接进行下层焊接，易造成焊缝产生夹渣、气孔、裂纹等缺陷，降低连接强度，同时会引起下层焊接时的飞溅。

防治措施

厚板多层焊接时，每层应连续施焊。每一层焊缝焊完以后应及时清除焊渣、焊缝表面缺陷及飞溅物，发现有影响焊接质量的夹渣、气孔、裂纹等缺陷应彻底清除后再施焊。

焊接不控制焊接电流

现象、危害性

焊接时，为了抢进度，对于中厚板对接焊缝采取不开坡口。强度指标下降，甚至达不到标准要求，弯曲试验时出现裂纹，这样会使焊缝接头性能不能保证，对结构安全构成潜在危害。

焊接时要按工艺评定中的焊接电流控制，允许有10~15%浮动。坡口的钝边尺寸不宜**过6mm。对接时，板厚**过6mm时，要开坡口进行焊接。

多层焊不连续施焊，不注意控制层间温度

现象、危害性

厚板多层焊接时，不注意层间温度控制，如层间间隔时间过长，不重新预热就施焊就*在层间产生冷裂纹；如过间隔时间过短，层间温度过高（**过900摄氏度），对焊缝及热影响区的性能也会产生影响，会造成晶粒粗大，致使韧性及塑性下降，会对接头留下潜在隐患。

防治措施

厚板多层焊接时，应加强对层间温度的控制，在连续施焊过程中应检验焊接的母材温度，使层间温度尽量能与预热温度保持一致，对层间的较高温度也要加以控制。焊接时间不应过长，如遇有焊接中断的情况时应采取适当的后热、保温措施，再次施焊时，重新预热温度应适当**初始预热温度。

焊接不注意控制焊接变形

现象、危害性

焊接时不注意从焊接顺序、人员布置、坡口形式、焊接规范选用及操作方法等方面控制变形，从而导致焊接后变形大、矫正困难、增加费用，尤其是厚板及大型工件，矫正难度大，用机械矫正易引起裂纹或层状撕裂。用火焰矫正成本高且操作不好易造成工件过热。对精度要求高的工件，不采取有效控制变形措施，安装尺寸达不到使用要求，甚至造成返工或报废。

防治措施

采用合理的焊接顺序并选用合适的焊接规范和操作方法，还要采用反变形和刚性固定措施。

焊接在接头间隙中塞焊条头或铁块

现象、危害性

由于焊接时难以将焊条头或铁块与被焊件熔为一体，会造成未熔合，未熔透等焊接缺陷，降低连接强度。如用生锈的焊条头或铁块填充，难以保证与母材的材质一致；如用焊条头、铁块上有油污、杂质等会使焊缝产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。这些情况均会使接头的焊缝质量大大降低，达不到设计和规范对焊缝的质量要求。

防治措施

1）当工件组装间隙很大，但没有**过规定允许使用的范围，组装间隙**过薄板板厚2倍或大于20mm时，应用堆焊方法填平凹陷部位或减小组装间隙。严禁：在接头间隙中采用填塞焊条头或铁块补焊的方法。

2）零件加工划线时，应注意留足切割余量及切割后的焊接收缩余量，控制好零件尺寸，不要以增加间隙来保证外形尺寸。

采用不同厚度及宽度的板材对接时，不平缓过渡

现象、危害性

采用不同厚度及宽度的板材对接时，不注意板的厚度差是否在标准允许范围内，如不在允许范围内且不做平缓过渡处理则这样的焊缝在高出薄板厚度出易引起应力集中和产生未熔合等焊接缺陷，影响焊接质量。

防治措施

当**过有关规定时应将焊缝焊成斜坡状，其坡度较大允许值应为1：2.5；或厚度的一面或两面在焊接前加工成斜坡，且坡度较大允许值为1：2.5，当直接承受动载荷且需要进行疲劳验算的结构斜坡坡度不应大于1：4 。不同宽度的板材对接时，应根据工厂及工地条件采用热切割，机械加工或砂轮打磨的方法使其平缓过渡，且其连接处较大允许坡度值为1：2.5。

对有交叉焊缝的构件不注意焊接顺序

现象、危害性

对有交叉焊缝的构件，不注意通过分析焊接应力释放和焊接应力对构件变形的影响而合理安排焊接顺序，而是纵横随意施焊，结果会造成纵横缝互相约束，产生较大的温度收缩应力，使板变形，板面凹凸不平，并有可能使焊缝出现裂纹。

防治措施

对有交叉焊缝的构件，应制定合理的焊接顺序。当有几种纵横交叉焊缝施焊时，应先焊收缩变形较大的横缝，而后焊纵向焊缝，这样焊接横向焊缝时不会受到纵向焊缝的约束，使横缝的收缩应力在无约束的情况下得到释放，可减少焊接变形，保证焊缝质量，或先焊接对接焊缝后焊角焊缝。

型钢杆件搭接接头采用围焊时，在转角处连续施焊

现象、危害

型钢杆件与连续板搭接接头采用围焊时，采用先焊杆件两侧焊缝，后焊端头焊缝，不连续施焊。这样虽对减小焊接变形有利，但在杆件转角处易产生应力集中和焊接缺陷，影响焊接接头质量。

防治措施

型钢杆件搭接接头采用围焊时，应在转角处一次连续施焊完成。不要焊到转角处又跑到另一侧去焊接。

要求等强对接，吊车梁翼缘板与腹板两端不设引弧板和引出板

现象、危害

在焊接对接焊缝，全熔透角焊缝，吊车梁翼缘板与腹板的焊缝时，在引弧和引出处不加设引弧板和引出板，这样在焊接起止端时，由于电流电压不够稳定，起止点的温度也不够稳定，*导致出现起止端焊缝有未熔合，未熔透、裂纹、夹渣、气孔等缺陷，降低焊缝强度，达不到设计要求。

防治措施

在焊接对接焊缝，全熔透角焊缝以及吊车梁翼板与腹板的焊缝时，应在焊缝两端设引弧板和引出板，其作用是将两端易产生缺陷的部分引到工件外后，再将缺陷部分割掉来保证焊缝的质量。

不注意焊接速度与焊接电流，焊条直径协调使

现象、危害

焊接时不注意控制焊接速度与焊接电流；焊条直径，焊接位置协调起来使用。如对全熔透的角缝进行打底焊时，由于根部尺寸窄，如焊接速度过快，根部气体，夹渣没有足够的时间排出，易使根部产生未熔透、夹渣、气孔等缺陷；盖面焊时，如焊接速度过快，也易产生气孔；焊接速度过慢，则焊缝余高会过高，外形不整齐；焊接薄板或钝边尺寸小的焊缝时，焊接速度太慢，易出现烧穿等情况。

防治措施

焊接速度对焊接质量和焊接生产率有重大影响，选用时配合焊接电流，焊缝位置（打底焊，填充焊，盖面焊），焊缝的厚薄，坡口尺寸选用适当焊接速度，在保证熔透，气体、焊渣易排出，不烧穿，成形良好的前提下选用较大的焊接速度，以提高生产率。