房屋建筑結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)選型和樁基應(yīng)用探討

劉會(huì)　朱強(qiáng)

摘要：最近幾年，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，房屋建筑呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的趨勢(shì)，不僅功能越發(fā)豐富，結(jié)構(gòu)也日漸趨于復(fù)雜，尤其是在高層房屋建筑中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求極高。做好房屋建筑的基礎(chǔ)選型，提升基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和承載能力，關(guān)系著房屋建筑整體的施工質(zhì)量。本文對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)選型進(jìn)行了分析，并就樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；基礎(chǔ)選型；樁基設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU470 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3024（2017）05-132-02

前言

對(duì)于房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，基礎(chǔ)的選型和設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，其本身具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性的特點(diǎn)，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，必須重視基礎(chǔ)選型工作，分析影響建筑基礎(chǔ)選型的因素，充分考慮細(xì)節(jié)問(wèn)題，確保基礎(chǔ)能夠滿足建筑主體結(jié)構(gòu)的各種要求。樁基礎(chǔ)是當(dāng)前房屋建筑尤其是高層建筑中一種非常常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式，能夠?qū)浲恋鼗M(jìn)行加固處理，提升基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性，也因此受到了越發(fā)廣泛的關(guān)注。

1房屋建筑結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)選型問(wèn)題

在房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)考慮兩個(gè)方面的影響因素，一方面是地質(zhì)條件，其本身的相對(duì)復(fù)雜，與建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直接相關(guān)的特征同樣有兩個(gè)，其一，持力層特點(diǎn)，作為與基礎(chǔ)直接接觸的土層，持力層承受了來(lái)自房屋建筑的絕大部分荷載，其土壤形式、壓縮模量、承載能力等都是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須關(guān)注的問(wèn)題：其二，樁基穿越土層的情況，如地下水分布及特點(diǎn)、樁基深度等。另一方面是施工環(huán)境，分為自然和人工環(huán)境，自然環(huán)境包括了氣候、溫度、降水、抗震需求等。就目前而言，房屋建筑基礎(chǔ)施工中采用的多是鋼筋砼，其在低溫環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，必須采取有效的應(yīng)對(duì)措施?？拐鸬燃?jí)則直接關(guān)系著建筑對(duì)于地震災(zāi)害的抵御能力，要求做好抗震縫的設(shè)置工作。人工環(huán)境對(duì)于建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的影響，一是施工振動(dòng)，二是擠土樁的應(yīng)用，都會(huì)在周邊引發(fā)擠土效應(yīng)，導(dǎo)致應(yīng)力的變化，影響基礎(chǔ)的受力狀態(tài)，應(yīng)該盡量避免。這里針對(duì)幾種比較常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式，對(duì)建筑基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

（1）獨(dú)立基礎(chǔ)：這種基礎(chǔ)是傳統(tǒng)房屋建筑中最為常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式，不僅適應(yīng)性和抗震能力良好，而且成本低廉，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要充分考慮地籍圖的特點(diǎn)，例如，在壓縮性強(qiáng)的地基上，應(yīng)該采用剛性基礎(chǔ)，提升基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和承載能力。一般情況下，獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)置在承重柱下，與現(xiàn)澆混凝土柱一同澆筑。

（2）樁基礎(chǔ)：相比較其他基礎(chǔ)形式，樁基礎(chǔ)本身具備更強(qiáng)的承載能力和穩(wěn)定性，可以有效應(yīng)對(duì)地基的不均勻沉降問(wèn)題，在軟土地基中應(yīng)用廣泛，也可以對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)加固處理。在進(jìn)行樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，如果房屋建筑整體采用框架結(jié)構(gòu)，則可以在基礎(chǔ)的中部進(jìn)行加密布樁，同時(shí)增加中部樁體的長(zhǎng)度，對(duì)基礎(chǔ)的支撐受力方式進(jìn)行調(diào)整，以減小差異沉降問(wèn)題。

（3）箱型或筏型基礎(chǔ)：一般用于地基承載能力不足，或者對(duì)于基礎(chǔ)承載能力要求較高的房屋建筑中，如果建筑設(shè)計(jì)有地下室，也可以采用筏板基礎(chǔ)，將其直接作為地下室的地面。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從降低基礎(chǔ)彎曲應(yīng)力的角度考慮，應(yīng)該將上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)放在一起進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。箱型基礎(chǔ)和筏型基礎(chǔ)為大體積混凝土，在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮溫度裂縫的預(yù)防問(wèn)題，設(shè)置伸縮縫來(lái)抵抗應(yīng)力變形。

2房屋建筑結(jié)構(gòu)中樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1類型選擇

現(xiàn)階段，在建筑工程領(lǐng)域，樁基礎(chǔ)類型是多種多樣的，依照施工方式可以大致將其劃分為兩種，一是預(yù)制樁，即依照建筑土建施工的要求預(yù)制鋼筋混凝土樁，然后通過(guò)靜力沉樁技術(shù)或者振動(dòng)沉樁技術(shù)，將預(yù)制樁打入設(shè)計(jì)位置。預(yù)制樁的強(qiáng)度更高，而且質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定，也可以節(jié)約材料，適用于對(duì)基礎(chǔ)要求較高的建筑，不過(guò)在實(shí)際施工中難度較大，工期長(zhǎng)：二是灌注樁，指通過(guò)人工挖孔或者機(jī)械鉆孔的方式，在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置相應(yīng)的樁孔，然后放置鋼筋籠，澆筑混凝土成樁，具有施工簡(jiǎn)單、工期短的優(yōu)點(diǎn)，但是樁體的承載能力相對(duì)較差，而且容易浪費(fèi)材料。對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，應(yīng)該結(jié)合房屋建筑對(duì)于基礎(chǔ)的實(shí)際需求、工期、成本等，做出合理的選擇。

2.2參數(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)于樁基礎(chǔ)而言，樁型選擇非常重要，直接關(guān)系著基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，也影響了房屋建筑工程的整體效益。這里結(jié)合相應(yīng)的工程實(shí)例進(jìn)行分析：某房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建設(shè)方要求采用D400預(yù)應(yīng)力管樁，結(jié)合地質(zhì)勘查報(bào)告，樁體的長(zhǎng)度為16m，單樁極限承載力為850kN，基礎(chǔ)部分的預(yù)算造價(jià)達(dá)到了160元，m²。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，在充分滿足基礎(chǔ)穩(wěn)定性和承載能力的前提下，將樁型改成了250mm×250mm的預(yù)制鋼混方樁，樁身長(zhǎng)度保持不變，單樁極限承載力降低到了600kN，不過(guò)依然可滿足基礎(chǔ)對(duì)于承載能力的要求。經(jīng)計(jì)算，在優(yōu)化設(shè)計(jì)后，基礎(chǔ)預(yù)算造價(jià)為90元/m²，經(jīng)濟(jì)效益有了非常明顯的提高。

樁身長(zhǎng)度的合理選擇同樣關(guān)系著建筑的經(jīng)濟(jì)效益。以某高層房屋建筑為例，采用樁筏基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，選擇D500預(yù)應(yīng)力管樁，結(jié)合地質(zhì)勘查和規(guī)劃分析，可供選擇的樁身長(zhǎng)度有兩種，一是25m，需要使用290根，二是34m，需要使用200根。如果單單考慮樁體的設(shè)計(jì)，這兩種方案基本沒(méi)有太大的區(qū)別，但是由于采用的是樁筏基礎(chǔ)，從筏板的設(shè)計(jì)分析，25m樁屬于滿堂布樁，筏板的厚度為1200mm，34m樁則屬于墻下布樁，筏板厚度為900mm，可以看出，后者的經(jīng)濟(jì)效益更好。因此，在進(jìn)行樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該通過(guò)對(duì)比分析，選擇合適的樁型和樁身長(zhǎng)度，保證設(shè)計(jì)方案的合理性以及施工的可行性。

2.3設(shè)計(jì)方法

樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占據(jù)了相當(dāng)關(guān)鍵的位置，合理的樁基礎(chǔ)形式可以保證施工的安全性，確保工程的按期完成，也可以在一定程度上降低施工成本，推動(dòng)施工的順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該加強(qiáng)與建筑方的溝通和交流，做好現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，充分考慮地形地勢(shì)、地質(zhì)水文以及周邊環(huán)境的影響，對(duì)樁基礎(chǔ)的類型進(jìn)行合理選擇，做好優(yōu)化設(shè)計(jì)。

為了保證設(shè)計(jì)的效率，應(yīng)該在保證質(zhì)量的前提下，對(duì)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。例如，在單樁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以采用樁土分離模式，結(jié)合有限元模擬的方法，進(jìn)行單樁分析，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算中，考慮到數(shù)據(jù)計(jì)算的復(fù)雜性和繁瑣性，通常都會(huì)在一定程度上樁體與土體的相互作用力，而有限元法卻能夠?qū)@些客觀存在的因素進(jìn)行綜合考慮，分析土壤性質(zhì)的空間差異、明確復(fù)雜的幾何邊界條件，該可以關(guān)注力學(xué)響應(yīng)的非線性問(wèn)題。有限元法在力學(xué)問(wèn)題的解決方面有著良好的效果，而且操作簡(jiǎn)單，更能夠?qū)崿F(xiàn)二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，因此具有非常顯著的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于群樁的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，可以采用樁土復(fù)合模式，同樣進(jìn)行有限元分析，將群樁基礎(chǔ)看做是樁土合一的一種復(fù)合材料，獲得較大的單元尺度，減少單元的數(shù)量，提升分析設(shè)計(jì)的可操作性。

3結(jié)語(yǔ)

總而言之，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)選型非常重要，直接關(guān)系著建筑整體的穩(wěn)定和使用安全，關(guān)系著建筑的經(jīng)濟(jì)效益。樁基礎(chǔ)作為現(xiàn)代房屋建筑尤其是高層建筑中比較常見(jiàn)的一種基礎(chǔ)形式，具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視起來(lái)，做好樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，推動(dòng)建筑行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。