樁與深基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)的演進

樁與深基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)的演進一、關(guān)于樁的定義樁在我國的詞書、教科書或術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)中似乎至今未見有完備的定義或解釋。盡管樁在我國城鄉(xiāng)早已是少長咸知婦孺皆曉的事物但我國發(fā)行最為普及的《新華字典》（1998年修訂版）中對樁的解釋是“一頭插入地里的木棍或石柱”。這豈不是把老奶奶、小學(xué)生們也給搞糊涂了？我國《工程地質(zhì)手冊》（1992年2月第三版,1995年11月第11次印刷），其第821頁中云:“一般所謂樁是指用打入或壓入地基中并使地基產(chǎn)生擠壓作用的細長構(gòu)件”。那么，這里至少有兩個問題一是自上世紀(jì)七八十年代以來至現(xiàn)今應(yīng)用甚廣的鉆孔灌注樁，不幸被排除在“一般”之外了;二是“使地基產(chǎn)生擠壓作用”，似乎不能說是打樁的主要目的。我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ84--92《建筑巖土工程勘察基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》把樁定義為“設(shè)置在地內(nèi)的預(yù)制或現(xiàn)澆的柱狀構(gòu)件，通常用以提供垂直或橫向支承。廣義的樁還包括加固地基或巖土體而建造的砂樁、碎石樁、土樁、護樁、抗滑樁等”應(yīng)當(dāng)說此條與上文引用的各書中的說法相比，更為完善。但仔細推敲，似乎也還有不少問題,尤其是廣義的“樁”把砂樁、碎石樁、土樁等用不同材料制成的樁與護樁、抗滑樁等功能不同的樁混為一談作為一本標(biāo)準(zhǔn)似乎有失嚴(yán)謹(jǐn)。再查我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50279--98《巖土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》。有趣的是，這本標(biāo)準(zhǔn)中根本沒有“樁”的條目旦它卻有排樁、抗滑樁、灰土樁、石灰樁、微型樁、樹根樁、擠密樁等條目。后來看條文說明,方知其中提到由于地基基礎(chǔ)方面的術(shù)語已包含在其他標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中,故該標(biāo)準(zhǔn)未予選列。筆者覺得，既稱巖土工程國家標(biāo)準(zhǔn)似不宜將致關(guān)重要的條目排除在外。質(zhì)言之“樁”這一術(shù)語,在我國至今尚未見于國家標(biāo)準(zhǔn)，令人不無遺憾。我國大多數(shù)高校教科書，包括發(fā)行量甚大、幾次再版的教科書在其樁的專門章節(jié)中都僅把樁描述為“最古老的”或'最古老而又年輕的”基礎(chǔ)形式之一。這都不錯，但這只說及了樁的歷史和現(xiàn)狀以及樁的主要功能，致于究竟什么是樁沒有說明白。當(dāng)然也有少數(shù)例外。例如高大釗教授主編的《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》（中國建筑工業(yè)出版社,1998年9月第一版），在其樁基礎(chǔ)一章（作者宰金璋教授）的概述中說;“作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的樁是將承臺荷載豎向的和水平的）全部或部分傳遞給地基土（或巖層）的具有一定剛度和抗彎能力的桿件。樁可以用各種材料制成，木、鋼、混凝土或它們的組合可以在現(xiàn)場或工廠預(yù)制,亦可在土中直接澆灌”。這就給人以一個比較清晰的概念。同時宰教授說得頗為嚴(yán)謹(jǐn)而含蓄其言外意是樁尚有其他用途此處只講作為樁基礎(chǔ)中的樁并不是樁的全部。另外，如《中國大百科全書》（1999年第9冊第70933頁）中說，樁是“沉入、打入或澆注于地基中的柱狀支承構(gòu)件?！边@是筆者迄今所見寫得最為簡單明了的定義，但也不免失之偏頗，因為樁除了柱狀外還有管狀、筒狀、板狀、壁狀等等。在人類長期應(yīng)用樁的實踐過過程中，樁的材料已發(fā)生了重大變化樁的類型和形式愈來愈多，施工工藝日新月異，樁的用途和功能被不斷地開發(fā)，故樁的本來面目已經(jīng)大變遠非“擊木入土”或“柱狀構(gòu)件”等幾個字所能說明,亦非套用一句老話所能概括。根據(jù)目前的認識筆者認為要給樁下正確的定義，或要回答“什么是樁”這個問題恐至少應(yīng)考慮以下幾點：樁是設(shè)置在地面或水面以下一定深度的柱狀、管狀、筒狀、板狀、壁狀等的受力構(gòu)件，它一般呈直立設(shè)置，必要時傾斜設(shè)置前者稱為直樁,后者稱為斜樁。樁常被用來作為房屋、橋梁、高塔、碼頭等建構(gòu)筑物的上部結(jié)構(gòu)向地基深部傳遞荷載(或力)的下部結(jié)構(gòu)。此時，樁頂常設(shè)承臺，承臺具有承接上部結(jié)構(gòu)并與其下部的樁(或若干根樁)聯(lián)成一體的作用，這種下部結(jié)構(gòu)通常即稱為“樁基礎(chǔ)”樁也可被用來支擋土體而成為岸、坡、槽、坑的圍護結(jié)構(gòu)。此時，樁被稱為“圍護樁”或“支護樁”，也稱為“擋土樁”。這類樁常需成排設(shè)置，或連接成壁板狀或墻體。相對于“圍護樁”而言,上述承臺下的樁，通常稱為“基礎(chǔ)樁”或“基樁”。樁除了上述兩類主要功能外還可作為錨樁、標(biāo)樁、系船樁等。而發(fā)展至今，在建構(gòu)筑物糾傾加固、增層加載、鄰房保護等方面又有隔離樁、控沉樁、限沉樁、托換樁、應(yīng)力轉(zhuǎn)移樁等等。至于樁可用不同的材料制成.可用不同的施工方法設(shè)置，似乎可以寫入定義，也可以不寫入。那么，樁的定義究竟如何表述才能做到文字簡明扼要而其內(nèi)涵基本概括無遺呢?這個問題，筆者亟盼大家共同研究討論,以收集思廣益之效。為便于研究討論，這里再酌引國外對樁的一些定義以供參考。美國的《基礎(chǔ)工程手冊》（FoundationEnginneeringHandbook,byH.F.Winterkorn&H.YFang,VanNostrandReinholdco.,1975）中第19章在樁的定義及分類一節(jié)中寫道“樁是豎直或微傾斜的基礎(chǔ)構(gòu)件。它的橫截面尺寸比長度小得多。樁被設(shè)置在土中，把作用于上部結(jié)構(gòu)的荷載和力傳遞給地基土。樁的長度與設(shè)置方法，以及樁的工作方式，都可以有很大變化;因此樁很容易適應(yīng)于不同情況和要求?！保ㄓ嵴{(diào)梅教授譯）。美國J.E.Bowles著、我國唐念慈教授等譯的《基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計》（FoundationAnalysisandDesign,3rded.1982）（中國建筑工業(yè)出版社,1987年10月）第16章中說：“樁是木、混凝土或鋼的結(jié)構(gòu)構(gòu)件用來把地表的荷載傳遞到土體中的較深處。荷載傳遞可以沿樁身豎向分布或通過樁尖使荷載直接作用到下面的土層”英國的《巖土技術(shù)辭典》（DictionaryofGeotechnics,byS.H.Somervil1e&M.A.Paul,ButterworthCo.Ltd.,1983）中第131頁在“樁”的條目中寫道：“樁是用來將荷載由水面或低強度土層傳遞至高強度持力層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。樁可以采取打入法（擠土）或鉆孔法（非擠土），可以預(yù)制（鋼管或型鋼、木材、預(yù)制或預(yù)應(yīng)力混凝土）,或就地灌注。樁可以是端承樁（即其承載力來自支承在好土或巖石中的樁尖）或摩擦樁（即其承載力來自其樁身與周圍土體之間的附著力），或兼具兩種因素的樁?！庇捎跇兜陌l(fā)展與時俱進，日新月異，從以上引文可以發(fā)現(xiàn),上述國外在二三十年前所下的定義,用于今日也顯得有點“捉襟見肘”了。這就更有必要在我們的同行讀者、專家中展開一次討論了。淺基礎(chǔ)的基本條件序號定義1D<4或D<5m2D<2B3D<B4D<B5D<B6D<5m7D=3?5m8明挖基礎(chǔ)9D<B或D<5m10D<B或D<5m淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)的荷載傳遞機理和破壞模式不同，其設(shè)計計算方法和計算參數(shù)必然有所區(qū)別。但工程實踐證明，若純以某一相對深度或決定深度來界定審計處或淺基礎(chǔ)，有事會造成計算結(jié)果與測試結(jié)果發(fā)生很大差異而使人無所適從。美國基礎(chǔ)工程專家J.E.Bowles曾說過，盡管你可以把淺基礎(chǔ)的定義略帶隨意性地定為D<2B或D<B等等，但下部結(jié)構(gòu)的實際形狀和位置卻常會明確確定基礎(chǔ)的類型。更何況就施工技術(shù)而言，似乎沒有必要在淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)之間人為劃定一個相對的或絕對的深度界限。如所熟知，通常所謂淺基礎(chǔ)一般是指獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏型基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、殼型基礎(chǔ)、大塊基礎(chǔ)及不理式基礎(chǔ)等；而樁（墩）基礎(chǔ)、沉井沉箱、錨拉基礎(chǔ)、板樁墻及地下連續(xù)墻一類的支檔結(jié)構(gòu)，則常被統(tǒng)稱為深基礎(chǔ)。這實際上已毋需按照基礎(chǔ)埋置深淺，而只按照基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要特征及其對施工技術(shù)的不同要求即可做出比較明確的分類。可以看到，有的文獻如［15，16］等，雖然仍將基礎(chǔ)工程分為淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)兩類進行討論，卻并未給出它們的量化的界定或定義。文獻［17］雖有淺基礎(chǔ)一章，也并未給出它的深度定義。而文獻［18］則以“地基主要受力層”的觀點代替了淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)的提法。隨著基礎(chǔ)工程的理論研究、設(shè)計計算方法和施工技術(shù)的急劇發(fā)展，如今不同的基礎(chǔ)類型還常被聯(lián)合應(yīng)用，較典型的例子如，在軟土地基的高層建筑中廣泛應(yīng)用了樁筏、樁箱基礎(chǔ)；又如近年在我國南北各地應(yīng)用較多的CFG樁加褥墊、加條基或筏基等等。因此，現(xiàn)今所謂淺基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)似乎只是沿襲傳統(tǒng)習(xí)慣，對建筑物下部結(jié)構(gòu)的某一部分提供一個概念而已。而將淺基礎(chǔ)與深基礎(chǔ)合理地聯(lián)合應(yīng)用，以充分發(fā)揮地基土的作用，乃至發(fā)揮地基基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)的共同作用，應(yīng)當(dāng)認為是基礎(chǔ)工程設(shè)計與施工技術(shù)通過20世紀(jì)后半葉的大量的科學(xué)研究和工程實踐所取得的一項歷史性的突破或創(chuàng)新19,20］。基于上述觀點，今天的深基礎(chǔ)工程，或者說，完整意義的深基礎(chǔ)工程，可用下圖表示。它也表明了深基礎(chǔ)工程是一門綜合性很強的邊緣學(xué)科。深基礎(chǔ)深部結(jié)構(gòu)體（樁、墩、錨、沉井沉箱等）（圍護結(jié)構(gòu)---如地下連續(xù)墻、SMW型圍護墻等基坑內(nèi)外土體加固（它本屬于低級處理范疇）深基礎(chǔ)工程〈撐錨體系完整意義的） 工程降水深基礎(chǔ)工程〈） ［土方開挖樁頂承臺/筏基/箱基等結(jié)構(gòu)體（后者傳統(tǒng)上屬于淺基礎(chǔ)范疇）——大體積基礎(chǔ)混凝土施工工程監(jiān)測與環(huán)境保護技術(shù)（應(yīng)是深基礎(chǔ)工程的不可或缺的組成部分，必須應(yīng)用于樁基等施工、基坑圍護結(jié)構(gòu)施工、降水< 施工、土方開挖、大體積混凝土施工等各個階段）參考文獻［I］ 高大釗.巖土工程的回顧與前瞻.北京：人民交通出版社，2011,255?256.⑵陳梁生，陳仲頤.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程.北京：水利出版社，1957,4；235.［3］ ［美］H.F.溫特科恩，方曉陽主編.錢鴻縉，葉書麟等譯校.基礎(chǔ)工程手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1983.［4］ 高大釗.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998,179.［5］ 高大釗等.天然地基上的淺基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社，1999,150.［6］ ［澳大利亞］I.K.Lee,W.White,O,GIngles著，俞調(diào)梅等譯校，巖土工程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1986,368.［7］ ［美］J.E.波勒斯編著，唐念慈等譯，基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987.［8］ 天津大學(xué)等.地基與基礎(chǔ).北京：中國建筑工業(yè)出版社，1978,331.［9］ 顧曉魯?shù)?地基與基礎(chǔ)（第二版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993,329.［10］ 華南工學(xué)院等.地基與基礎(chǔ).北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981,200.［II］ 劉成宇.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程（下冊）.北京：中國鐵道出版社，1981.［12］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑巖土工程勘察基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)（JGJ84—92）.北京：中國筑工業(yè)出版社，1992.［13］ 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