簡析建筑結構中樁基礎設計要點

鹿道凡

摘要：近年來隨著我國經濟的迅猛發(fā)展及國人的生活水平的不斷提高，“高、大、尚”的建筑大量興起，樁基礎作為一種適應性較強的基礎形式，在應對各種地質情況、荷載工況和功能需求時都顯得游刃有余，不管是設計還是施工都對其青睞有加，由此得到了快速發(fā)展和廣泛應用。但是樁基礎作為一種深基礎，造價一般要高于淺基礎，尤其對于高層建筑或大型項目基礎工程在總成本中占比較高，因此通過科學的設計方案選擇安全合理的樁基方案，對節(jié)省資源降低造價意義非凡。本文重點對建筑結構中樁基礎設計要點進行分析總結，并提出相關建議。

關鍵詞：建筑結構；樁基礎；設計要點

近年來隨著我國城市化進程不斷加快，土地資源越來越稀缺，由此高層和超高層建筑大量涌現，在基礎設計時樁基礎以其安全性高、變形較小、施工方便等優(yōu)點，備受設計和施工的青睞，因此得到了快速發(fā)展和廣泛應用。但是由于樁基礎造價一般會高于天然基礎，為了實現安全合理、經濟適用的設計目標，掌握樁基礎設計要點，整體把控設計質量已是當務之急。

一、建筑結構設計中基礎設計原則

建筑結構基礎是整個建筑保持穩(wěn)定以及發(fā)揮相關功能的關鍵，因此設計時需要充分考慮建筑規(guī)模、高度、材料及地質環(huán)境等，一般情況下，建筑結構基礎設計應當遵循以下原則：

（一）重視業(yè)主溝通

因為現代建筑不僅需要保持本身質量和安全，還需要滿足項目業(yè)主多方面需求。而建筑基礎結構與建筑功能、外觀、質量等方面都息息相關，所以需要在充分了解業(yè)主需求要求的基礎上，遵循專業(yè)理念進行設計。只有這樣，才能夠提升業(yè)主滿意度，避免后續(xù)返工情況增多。

（二）實事求是

任何建筑項目都是基于一定規(guī)模土地資源上進行規(guī)劃建設的，項目場地地質狀況、自然及人文環(huán)境情況都會影響項目設計，因此進行建筑基礎結構設計時，需要對建筑項目工程實地情況進行了解調研，充分考慮多方面因素，保證設計方案科學適用。

（三）重視現代科學理論

人類建筑歷史發(fā)展歷程當中，建筑設計理念和技術都在不斷發(fā)展和進步，尤其是近些年來建筑設計和建造行業(yè)受到了多種新興材料及技術支持。無論是從提升建筑質量安全品質角度，還是從提升建筑節(jié)能、生態(tài)、舒適度角度來講，建筑基礎結構設計都應當重視對新材料、新工藝、新技術理念的應用，同時綜合考慮成本花費和施工難度，尋求最優(yōu)設計方向。

二、建筑結構中樁基礎設計要點分析

樁基礎主要由工程樁、承臺或筏板組成，其中工程樁的設計參數需要根據建設場地地質條件和擬建項目的力學特點確定，因此首先需要做好地質勘察工作，再結合上部結構特點、地基變形控制要求、當地施工工藝和質量水平來選擇合理的樁型、樁徑、樁長及單樁承載力；承臺或筏板是連接工程樁和上部結構的重要構件，一般多層框架結構豎向構件間距較大且上部荷載較小較適合采用樁承臺基礎，而剪力墻結構豎向構件布置較為緊湊且荷載較大通常會采用樁筏板基礎。在實際項目的樁基設計中，如何才能做到安全使用、經濟合理，下面就從幾個實際案例出發(fā)來談一談樁基礎設計中需要關注的要點。

（一）地質狀況評估

在建筑基礎的方案設計過程中，需綜合考慮建筑的結構形式、荷載情況、基礎埋深、地質條件和施工工藝等因素來選擇合理的基礎方案，在這些因素中建設場地的地質條件對基礎方案的選擇有著至關重要的影響。A工程為一住宅項目，由8棟塔樓和2層滿堂地下室組成，地下室埋深約9.6m，擬建場地的地質情況見表一。該項目地下室底板置于（2-3）淤泥質粘土層上，地基承載力特征值fak=65KPa；由于該土層力學強度低，壓縮性高不適于采用天然基礎，另考慮到抗浮問題，宜采用樁基礎來滿足抗壓和抗拔承載需求。

（二）樁基選型

樁基礎設計過程中，為保證設計方案的安全適用、經濟合理、施工方便，一般會進行多方案比選，綜合設計、工程、成本等多個方面的評價，來確定樁型、參數和工藝。同樣以A工程為例，在該項目地下室樁基選型時進行了多方案分析比選，參與比選的方案見表二。由于考慮到（4-1）粉質粘土層壓縮模量較大，厚度約15m左右，管樁穿越該土層非常困難，擠土效應也會較為明顯，且樁頂標高處在（2-3）淤泥質粘土層中，土體對樁身的水平約束較弱，基坑開挖時極易造成樁頭歪斜或斷樁等質量缺陷，因此首先排除管樁方案；后針對Φ600mm和Φ800mm的灌注樁方案進行了施工和成本分析，考慮到兩者工藝相同，而Φ600mm灌注樁方案的成本較優(yōu)，因此Φ600mm灌注樁方案為中選方案。

（三）重視試樁

樁基設計時，通常是根據地勘報告和當地經驗，來選擇樁型和工藝、以及估算單樁承載力。因此需要通過試樁施工及靜載試驗來驗證樁型和工藝的合理性，以及驗證承載力估算是否準確，避免在設備全面進場后發(fā)現該樁型或工藝不適合建設場地施工，以及發(fā)現單樁承載力遠小于估算值，就需要對樁的布置進行調整，從而帶來工期延誤或成本增加。

B工程為一商業(yè)項目，塔樓高度138m，采用框架核心筒結體系，原設計基礎形式核心筒區(qū)域為樁筏基礎，框架部分為樁承臺基礎，根據地勘報告預估單樁承載力為5000KN。但是由于地勘報告數據不準確，加上為了搶工期將試樁和工程樁同步施工，導致靜載檢測時發(fā)現單樁承載力只能達到設計值的80%左右，原基礎不能滿足承載需求，為了處理此問題，前前后后經過了多輪分析論證，最終采用了補打工程樁形成CFG復核基礎的解決方案，給項目帶來了巨大的成本浪費和工期滯后。

C工程采用Φ600mm鉆孔灌注樁，樁長約30m，以中風化泥灰?guī)r作為樁端持力層。在該項目的試樁過程中發(fā)生了充盈系數過大的情況，多根試樁充盈系數在1.4～1.5左右，個別樁甚至高達1.7。經事故分析及檢測驗證，該質量事故發(fā)生的主要原因為上部土層土質較差，泥漿指標不合理，導致泥漿護壁較薄，施工過程中發(fā)生了泥皮破壞，孔壁坍塌，致使充盈系數過大。找到了事故原因后施工單位對泥漿指標和成樁工藝進行了優(yōu)化，有效改善了充盈系數過大的問題，為之后的設計優(yōu)化和工程樁施工提供了重要依據。

（四）變剛度調平

即在基礎設計時根據建筑物的上部結構形式、荷載分布特點及擬建場地地質情況，將建筑劃分為不同區(qū)域來進行基礎設計，并根據各區(qū)域的特點來選擇合適的基礎形式和基礎方案，用以減少不同區(qū)域之間的地基沉降差異，降低結構內因沉降差而產生的次生應力，最終實現對由不均勻沉降造成的結構危害的有效控制。對于樁基礎來說基本思路為：通過調整樁基的剛度分布，使樁反力與上部結構荷載分布相協(xié)調，使基礎沉降趨于均勻。設計的基本原則為：（1）對于高層塔樓，宜做到“強中心弱邊緣”，即強化荷載較為集中的核心區(qū)域，弱化荷載較小的外圍區(qū)域，一般通過調整樁距、樁徑、樁長等來達到調平的目標；（2）對于塔樓與裙樓（或地下室）之間的調平，宜做到“強主樓弱裙樓”，另由于主樓和裙樓之間往往荷載差距比較大，可遵循主樓選擇剛度較大的樁基礎，裙樓選擇剛度相對較弱的天然基礎或者疏樁基礎的原則進行基礎方案設計。

D工程為一住宅項目，由3棟塔樓和1層滿堂地下室組成，塔樓高87米，地下室埋深5.5米，基礎底面落在粉質粘土層上，其修正后的承載力特征值為210Kpa。該工程塔樓采用了樁筏基礎，地下室采用了變厚度筏板基礎，同時在每個柱下設置了一根工程樁用于抗拔和控制沉降。該基礎方案順利的通過了施工圖審查，并在控制沉降差異上取得了較好的效果，同時相較于全樁基方案減少了約三百多根樁，經濟效益明顯。

（五）設計與經濟性的平衡把控

如今各類工程建設都提倡經濟性和可持續(xù)發(fā)展，因此建筑結構設計過程中也要考慮其經濟性。樁基礎設計中，除了重點考慮樁基的承載力和耐久性是否達標外，還應考慮其尺寸、材料及工藝的選擇是否與當地的工程經驗、材料供應及施工水平相匹配，施工質量是否能得到有效保證。總體而言，樁基礎設計時應力求做到安全合理、經濟適用，杜絕成本浪費，減少對資源和環(huán)境的影響，提高其經濟效益。

四、結束語

綜上所述，建筑基礎方案的優(yōu)劣對建筑整體質量和功能品質的好壞有著決定性作用，目前采用樁基礎的建筑又越來越多，因此在樁基礎設計時更應采用先進設計理念和科學的設計方法，來提升樁基礎的設計水平。本文通過案例對樁基設計過程中需要關注的要點進行了簡析，在實際設計時應充分考慮建設場地地質條件、環(huán)境情況、業(yè)主需求、當地市場情況及工藝水平，重視概念設計和細節(jié)設計，對基樁尺寸、形式、荷載等參數進行精準設計，以保證整體結構的合理性，同時降低施工難度，提高工程質量和經濟效益。只有這樣，才能不斷提升建筑行業(yè)設計和施工水平，推動經濟產業(yè)及社會快速發(fā)展。

（作者單位：武漢美好錦程置業(yè)有限公司）