刍议桩基工程基础设计要点

刍议桩基工程基础设计要点

刘吉光

刘吉光杭州铁路设计院有限责任公司310006

摘要：世界各城市的生产和消费的发展达到一定程度后，莫不积极致力于提高城市建筑的层数。实践证明，高层建筑可以带来明显的社会经济效益。

高层建筑桩基础设计无论是在造价还是在结构上都占据着重要的位置。本文从桩形选择、桩长设计、桩偏差处理、质量问题等几个方面出发，对桩桩基础设计中的常见问题进行了分析。

关键词：高层建筑；桩型；基础设计

桩基工程作为高层建筑的基础之石，是一项繁重而复杂的过程，在此过程中设计人员应在深刻理解规范的基础上，注重概念设计，选择合适的桩型，优化桩的布置方式，正确合理的使用计算软件，使上部结构荷载直接、有效、分散的传递到土中，统筹兼顾，从各方面使之合理化，做到“安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境”。

一、静载荷试验目前的桩基础设计过程往往受到时间的约束。首先根据地质报告提供的参数确定单桩承载力设计值，根据这个估算的单桩承载力直接进行桩基础设计并施工，等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验。这个过程具有相当的不科学性，结果符合估算要求则皆大欢喜，否则因工程已施工完毕补桩困难，且有时因地质报告有出入会给施工带来诸多不便。

主要存在两个问题：一是根据地质报告提供的桩周土摩擦力标准值及桩端土承载力标准值由《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）计算的场区单桩承载力标准值是一个经验数值，不宜直接采用。近年来笔者通过各类桩基础中试桩及工程桩的检测，发现绝大多数桩的实际承载力均大于计算值，有些相差较大，因此按试桩获得的实际承载力将会比按勘察报告估算的承载力来布置基础会产生更大的经济效益；二是当场地不均匀或地质报告数值有偏差的情况下，不进行试桩而直接按地质报告进行工程桩施工将给施工带来巨大的困难且造成不必要的浪费。

二、合理选择桩型及桩长桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择均会对基础设计产生重大的影响，合理的桩型及桩长选择将产生巨大的经济效益。笔者在某项住宅设计中，起初考虑时间原因采用D400的预应力管桩，根据地质报告采用桩长L=16m，单桩承载力极限标准值为850kN，预算基础部分造价约为160元/m2，在整个住宅造价中占了相当大的比例；随后笔者结合本工程特点，桩长不变，将桩型改为250×250的预制钢筋混凝土小方桩，单桩承载力极限标准值为600kN，采用小方桩后预算造价约为90元/m2，综合经济价值明显。由此可见，选择合理的桩型对工程的造价产生巨大的影响。

同样，桩基础设计中桩长的选择也至关重要。在某一高层住宅桩基础设计中，根据勘察报告采用D500预应力管桩，可选桩长有：桩长25m，单桩承载力特征值Ra=900kN；桩长34m，单桩承载力特征值Ra=1300kN。

采用25m桩，约需要桩数290根；采用34m桩，则需要桩数200根。从桩本身而言，两种方案总的工程桩延米数量相当，但仔细分析可知：采用25m桩为满樘布桩，所需筏板厚约为1200mm；采用34m桩为墙下布桩，筏板厚可减至900mm，经济效益明显。因此，设计人员在桩基础设计中一定要考虑施工可行性等多方面进行多种方案比较，选择合理的桩型与桩长。

三、关于桩位偏差的控制和处理桩基础施工中必须严格控制桩位偏差，特别是对于承台桩及条形桩，桩位偏差将产生很大的附加内力使桩基础设计处于不安全的状态。对于桩位偏差的控制主要在两方面：其一，桩位的竖向偏差。当桩端位于一般土层时，应以控制桩端设计标高为主，贯入度为辅。2008年桩基规范没有桩顶偏差具体要求，参见《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.4.12条规定控制桩顶标高的允许偏差为-50～+100mm，但实际施工中偏差通常远比规定大。当桩顶标高高于设计标高时，则需劈桩，对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽，劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需补桩头，这既影响工期又浪费金钱。因此施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致。其二，桩位的水平偏差。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第7.4.5条规定斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜角正切值的15%，在施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理。针对4～16根承台的桩基，JGJ94-2008规范第7.4.5条中规定允许偏差为1/2桩径或1/2边长。笔者强调实际施工时，桩放样复测位置及垂直度不得大于0.5%，沉桩中也应分段复测桩位的偏差和垂直度偏差。

另外，对于小直径桩（D≤250）必须对其桩位偏差进行严格控制而不应按上述规范标准，笔者建议对承台桩可控制70mm；对于条形承台则区分垂直于条形承台方向50mm，平行于条形承台方向70mm，这些要求必须在施工前予以明确。当然桩位偏差满足规范或设计要求仅代表桩基本身验收合格，而对于由此引起的承台整体偏心或基础高度损失则必须另行处理，可以采取增加承台刚度或加大拉梁刚度、配筋来解决承台整体偏心的问题，实际工程中需针对具体情况相应处理。

四、承台、联系梁、承台梁、筏板的计算4.1桩承台应满足受弯、受剪、受冲切、局部受压，承台厚度一般由受冲切控制，同时柱纵筋在承台内的直锚长度应满足《JGJ94-2008》4.2.5条，且桩顶纵向主筋锚入承台内的长度应满足《JGJ94-2008》4.2.4条。

对双柱联合桩基承台，当两柱之间出现负弯矩时应设置暗梁或者在承台顶部配筋。

4.2承台与承台之间一般应设联系梁。联系梁的截面尺寸及配筋按下述方法确定：以柱剪力作用于梁端，按轴心受压构件确定其截面尺寸，宽度不宜小于250mm，高度一般为承台中心距的1/10～1/15；配筋则取与轴心受压相同的轴力，按轴心受拉构件计算。在抗震设防区也可取柱轴力的1/10为梁端拉压力确定截面尺寸及配筋。当联系梁上有隔墙时，联系梁按拉弯构件计算配筋，可以把计算的弯矩及轴力输入PKPM计算软件GJ模块快速计算。

4.3当采用剪力墙下设置承台梁，承台梁下布桩时，桩应尽量布置在墙下，以减少承台梁内力及配筋。承台梁计算经常出现抗剪、抗弯不足，一般都调整承台梁截面宽度、高度等，在条件允许的情况下，可以把地面以下至承台梁顶面的剪力墙墙肢加长，使独立的墙肢之间的距离缩短或者联系起来，增强承台梁与上部剪力墙刚度，使承台梁与相邻剪力墙共同工作，使之更有利于承受上部荷载产生的弯矩、剪力。应注意承台梁的计算应采用JCCAD里面的“桩筏筏板有限元计算”模块，而不是“基础梁板弹性地基梁法计算”模块。

五、施工中关于特殊情况的处理桩基达到其极限承载力而无法压至设计标高。两种原因导致：一是地质报告有误，桩实际承载力大于计算值，必须先做试桩以确定其合理的桩长及承载力；二是由于土层本身原因，譬如饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入，这需要从施工措施上去解决。首先，必须制定合理的施工顺序，例如跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次，对静力压桩来说，必须选择有足够压桩力的施工机械，避免抬机现象出现；另外，采取引孔、设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力。

压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围以内，且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。

管桩裂缝。预应力管桩以其强度高、制作周期短、比预制桩节省材料等优点在工程设计中广泛应用，但其也存在受剪能力差的不足之处。工程实践中由于垂直度偏差或挤土等原因常会使管壁产生裂缝而影响质量。分析偏差资料后，可发现垂直度偏差<0.5%的管桩，管壁基本无裂缝；而垂直度偏差>0.5%的管桩，管壁均已产生裂缝，这说明承载力已受影响，应对此类桩先纠偏再灌芯处理，使裂缝部位的传力通过灌芯部分混凝土传递，经最终静载荷试验证明是切实可行的才可以。因此，管桩的实际施工中一定要注意控制好垂直度。因为桩基工程是繁重复杂，设计人员必须考虑到每一个环节，统筹兼顾，才能使各方面合理化。

六、结束语综上所述，随着国家经济发展以及对城市基础设设施的加大投入，城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层基础部分的桩基础往往在整个建筑物投资中占了很大比例。因此，选择合理的桩基础形式对保证安全、节约投资、降低造价具有举足轻重的作用。

参考文献：[1]郑建辉.论桩基础设计的心得[J].广东科技，2011，（08）.[2]崔爱国.桩基设计经验谈[J].科技信息（科学教研），2009，（17）.