淺析房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的樁基礎(chǔ)設(shè)計

【摘要】近年來，我國的城市建設(shè)速度隨著經(jīng)濟發(fā)展不斷加快，全國各地高層、超高層建筑不斷增加，最近幾年全國房地產(chǎn)開發(fā)竣工面積每年均在10億平米左右。由于土地面積不斷減少，新開發(fā)的項目絕大部分均為高層和超高層，而此類建筑由于豎向荷載大，對沉降要求嚴(yán)格，大部分均采用樁基礎(chǔ)。本文從常用樁基礎(chǔ)的類型、各類樁基礎(chǔ)適用范圍、樁基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題以及樁基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計等幾個方面并結(jié)合實際工程進行探討，供設(shè)計人員在樁基礎(chǔ)和地下室設(shè)計過程中進行參考。

【關(guān)鍵詞】樁基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；基礎(chǔ)設(shè)計；優(yōu)化措施

1、常用樁基礎(chǔ)類型

根據(jù)成樁方法，建筑工程中常用樁基礎(chǔ)類型分為預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁基礎(chǔ)、灌注樁基礎(chǔ)。灌注樁基礎(chǔ)又分為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)、人工挖孔樁基礎(chǔ)、沖孔樁基礎(chǔ)。

2、各類樁基礎(chǔ)特點及適用范圍

2.1預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁基礎(chǔ)

預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁（PHC）因其適用范圍廣、造價低、成樁質(zhì)量可靠、施工速度快等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。

PHC樁適用于以人工填土、軟土、粘性土、粉土、粉砂、細(xì)砂、中砂為覆蓋層的地區(qū)，持力層一般為粗砂、礫砂、圓礫、強風(fēng)化巖，入土深度一般為10m～50m。

2.2灌注樁基礎(chǔ)

灌注樁基礎(chǔ)具有豎向、水平承載力高、樁徑可根據(jù)上部豎向荷載不同選用不同樁徑，樁長根據(jù)地質(zhì)情況不同靈活選擇，沒有接頭等優(yōu)點。但有樁身質(zhì)量不易控制、成樁速度慢、除人工挖孔灌注樁以外的水下灌注樁樁底沉渣不易清理干凈影響豎向承載力等缺點。

灌注樁基礎(chǔ)一般以圓礫、強風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖及微風(fēng)化巖作為樁端持力層。

3 、樁基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題

3.1樁基礎(chǔ)的選型

樁基礎(chǔ)設(shè)計中的基礎(chǔ)選型是基礎(chǔ)設(shè)計過程中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)?；A(chǔ)方案的合理與否直接決定著基礎(chǔ)造價的高低及施工周期的長短。因此，方案選型階段應(yīng)根據(jù)地勘報告并結(jié)合上部結(jié)構(gòu)特點從樁基礎(chǔ)形式、成樁可行性、上部建筑對樁基礎(chǔ)承載力要求、是否需抗浮、沉降控制要求、基礎(chǔ)造價等方面進行仔細(xì)分析，必要時還需進行現(xiàn)場踏勘、試驗。

一般情況下，當(dāng)基巖埋深較深、上部土層為人工填土、淤泥、粘性土、粉土、細(xì)砂、圓礫等土層時，可優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，以風(fēng)化巖、圓礫、中砂層等作為持力層。選用預(yù)應(yīng)力管樁時，應(yīng)注意其成樁的可行性，當(dāng)持力層以上有孤石、較密實的砂層、圓礫層等難以穿越的土層時，管樁成樁困難，斷樁率高。這種情況可采取以下措施：a、改灌注樁基礎(chǔ)；b、如密實土層埋藏較淺可采用引孔的方式穿越密實土層，但引孔費用較高，采取此措施應(yīng)綜合對比造價之后確定；c、如設(shè)計樁頂標(biāo)高至密實土層有一定深度，如有效樁長大于6m以上，且底板以下土層為粘性土等具有一定承載力的土層，可將持力層改為上部密實土層，將管樁改為復(fù)合地基，樁土共同受力。筆者曾參與的一個項目即按第三種方案處理，并取得了較好的經(jīng)濟效益。

當(dāng)基巖上部覆蓋土層較薄，或采用預(yù)應(yīng)力管樁成樁困難時，宜選用灌注樁基礎(chǔ)。灌注樁基礎(chǔ)根據(jù)施工方式不同，又分為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)、人工挖孔樁基礎(chǔ)、沖孔樁基礎(chǔ)。目前在湖南地區(qū)最常用的灌注樁基礎(chǔ)為人工挖孔樁基礎(chǔ)和旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)叵滤^少、基巖埋深不深、時可采用人工挖孔樁基礎(chǔ)?；鶐r承載力不高時，還可擴底，擴底大小可根據(jù)樁身承載力確定。此外，如地下室整體抗浮不滿足要求，可采用人工挖孔擴底樁抗浮。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.4.5條可知，擴底樁可通過較短的樁長提供較大的抗拔承載力。對于豎向荷載較小的純地下室，可以選擇基巖以上土層如強風(fēng)化、圓礫等承載力較小的土層作為持力層，既能滿足向下的豎向荷載，也能滿足抗拔承載力要求。

目前，由于人工單價的不斷增長，以及對于施工安全方面的考慮，人工挖孔樁的適用范圍已經(jīng)越來越小。如廣東地區(qū)已經(jīng)嚴(yán)格限制使用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，湖南地區(qū)將樁長大于16m的人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，列為危險性較大的分部分項工程，需要編制專項施工方案及組織專家論證通過。而旋挖灌注樁由于施工機械的技術(shù)進步、施工速度快、單價較人工挖孔樁低等優(yōu)點得到越來越普遍的應(yīng)用。

3.2地勘報告合理性判斷

對于地勘單位提供的基礎(chǔ)形式建議，作為設(shè)計者應(yīng)結(jié)合上部結(jié)構(gòu)荷載、底板標(biāo)高位置持力層等具體情況綜合分析比較。實際工程中，部分地勘報告取值較保守，在本可以采用筏板基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)的條件下，建議采用樁基礎(chǔ)。如筆者在長沙設(shè)計的一個項目，塔樓為22層框筒寫字樓，一層地下室。地質(zhì)條件簡單，底板標(biāo)高已接近于強風(fēng)化板巖，考慮筏板基礎(chǔ)厚度后，筏板底均已進入強風(fēng)化板巖。但地勘報告建議采用旋挖灌注樁或沖孔樁。后與地勘單位商議，并通過現(xiàn)場載荷板試驗，改為筏板基礎(chǔ)，地基承載力特征值350kPa。筆者另一個在湘潭的項目，33層剪力墻公寓，地下室底板位于圓礫層，地勘提供的承載力特征值320kPa，同樣建議采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)。通過現(xiàn)場載荷板試驗，承載力滿足要求。修正后地基承載力特征值達到550kPa，筏板基礎(chǔ)厚度1.6m。目前項目已完工，沉降滿足要求。樁基礎(chǔ)改筏板基礎(chǔ)不僅降低了工程造價，且大大加快了施工進度，經(jīng)濟效益顯著。

3.3樁基礎(chǔ)計算

目前主流的結(jié)構(gòu)計算軟件均可直接接力上部結(jié)構(gòu)計算結(jié)果進行基礎(chǔ)設(shè)計計算。但設(shè)計參數(shù)的輸入正確與否對樁基礎(chǔ)設(shè)計是否安全合理至關(guān)重要。如樁剛度的選取、是否考慮上部結(jié)構(gòu)剛度、計算方法采用彈性地基梁法或者倒樓蓋法等。

一般樁剛度的取值宜根據(jù)試樁結(jié)果確定，即樁的豎向剛度=樁承載力特征值（kN）/對應(yīng)的樁頂沉降（m），由試樁報告中的Q-S曲線的斜率求得。樁剛度大小直接影響樁計算反力大小，樁反力大小又影響其上部承臺、筏板的厚度和配筋，因此，樁剛度應(yīng)在合理范圍內(nèi)取值。

對于高層建筑，上部結(jié)構(gòu)剛度一般均較大，基礎(chǔ)設(shè)計考慮上部剛度影響，可使樁反力更均勻，配筋更經(jīng)濟合理。

對于樁基礎(chǔ)計算方法，一般應(yīng)采用彈性地基梁法計算，以考慮樁基沉降對承臺、樁筏配筋的影響。

4 、樁基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計

樁基礎(chǔ)在整個建筑物造價中占有相當(dāng)比例，設(shè)計過程中應(yīng)注意其優(yōu)化設(shè)計。可從以下幾個方面進行優(yōu)化：（1）樁基礎(chǔ)正式施工前，進行試樁，并進行破壞性試驗，以取得其最大承載力。根據(jù)筆者經(jīng)驗，大部分樁基礎(chǔ)試樁承載力均大于設(shè)計估算承載力10%～30%左右。通過試樁結(jié)果，提高原設(shè)計估算樁基承載力特征值，可優(yōu)化樁數(shù)量或減小樁長。（2）考慮樁土共同作用。對于較小的獨立承臺，不宜考慮樁土共同作用。而對于較大的樁筏基礎(chǔ)，當(dāng)筏板底持力層土質(zhì)較好時，可考慮樁土共同作用，合理選取基床反力系數(shù)，優(yōu)化樁數(shù)。（3）對于灌注樁基礎(chǔ)，宜采用單柱單樁，或在墻下布樁，減小承臺大小和高度。筆者曾優(yōu)化過一個項目，該項目為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)，樁端持力層為中風(fēng)化石灰?guī)r，樁基承載力由樁身強度控制。原設(shè)計框支柱下均采用三樁承臺，樁徑1m，承臺高度2.6m。優(yōu)化后，框支柱下均改為單柱單樁，樁徑1.5m，承臺高度改為0.9m，大大節(jié)約了工程造價并節(jié)約了工期。

結(jié)語：

總之，每個工程特點不同，地質(zhì)情況千差萬別，樁基礎(chǔ)設(shè)計相比上部結(jié)構(gòu)設(shè)計更加多變。設(shè)計時需要綜合考慮各種因素，統(tǒng)籌兼顧，才能做出既安全可靠，又經(jīng)濟合理的設(shè)計產(chǎn)品。

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作者簡介：

易亮（1982-），男，本科，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。