建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中樁基設(shè)計(jì)研究

李宜祥

（風(fēng)脈能源（武漢）股份有限公司，湖北 武漢430206）

新時(shí)期，建筑工程項(xiàng)目不斷增加，在有效的進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程，應(yīng)該結(jié)合建筑項(xiàng)目實(shí)際，科學(xué)的開(kāi)展有效設(shè)計(jì)，以此才能全面提高建筑建設(shè)質(zhì)量。在具體研究過(guò)程，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括諸多方面，作為設(shè)計(jì)人員，要全面了解個(gè)部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容，從而才利于不斷提高設(shè)計(jì)水平，下面通過(guò)對(duì)樁基設(shè)計(jì)的分析，具體總結(jié)有效的設(shè)計(jì)措施。

1 建筑樁基工程概述

在現(xiàn)代化的建筑工程之中，樁基作業(yè)是諸多作業(yè)的基礎(chǔ)，也是整個(gè)施工中的核心環(huán)節(jié)。如果建筑物的樁基出現(xiàn)穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，在外力作用下會(huì)引發(fā)建筑物倒塌等危險(xiǎn)事故，造成難以挽回的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)甚至人身安全問(wèn)題。建筑樁基包括了樁身和承臺(tái)兩個(gè)部分，二者相互連接并置入地下，共同對(duì)建筑物的荷載產(chǎn)生建筑力。目前來(lái)看我國(guó)最為主要的樁基有兩類，分別是預(yù)制樁和灌注樁。后者灌注樁施工的過(guò)程之中，大多要采用鉆孔壓漿的方法，完成泥漿噴注的要求。樁基承載這建筑物穩(wěn)定的主要功能，在外力作用下，會(huì)使得建筑物形成豎向壓力，樁基則將壓力進(jìn)行分散，土層做好豎向壓力的承載工作同時(shí)，降低對(duì)建筑物的壓力。此外，在建筑物的正常使用過(guò)程之中，天氣等自然原因也會(huì)造成對(duì)建筑物的壓力，存在引發(fā)垮塌等問(wèn)題。樁基施工的過(guò)程中，需要做好對(duì)其穩(wěn)定性的研究，如果發(fā)生沉降等問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致其使用穩(wěn)定性不足，造成安全隱患。所以，在建筑施工的過(guò)程之中，需要加強(qiáng)對(duì)施工地點(diǎn)的勘察工作，充分了解建筑物的需求以及基本狀況，制定專門(mén)的施工策略與方法。針對(duì)建筑工程的每一個(gè)細(xì)節(jié)都要有具體的實(shí)施方法，嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)的規(guī)章制度來(lái)運(yùn)作，保證工程的正常推進(jìn)。

1.1 鉆孔灌注樁

鉆孔灌注樁是目前建筑結(jié)構(gòu)中運(yùn)用較多的一種基礎(chǔ)類型。其施工工序是首先做好打孔工作，在孔洞結(jié)構(gòu)中放置專門(mén)的鋼筋籠，在進(jìn)行施工作業(yè)的方式，混凝土最終會(huì)形成專門(mén)的樁體。鉆孔灌注樁是一類非常有特點(diǎn)的工程方法，其先成孔后制樁的方式較為別致，因此對(duì)施工的技術(shù)人員要求也相對(duì)較高，成樁的形式相對(duì)較為固定，但其成孔的垂直度無(wú)法起到應(yīng)有的保障作用與價(jià)值。對(duì)此，在施工的過(guò)程中要格外加強(qiáng)鉆機(jī)使用的可靠性和安全措施，要保證整個(gè)鉆孔作業(yè)中加強(qiáng)鉆機(jī)的穩(wěn)定任務(wù)，在保證其成型的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)偏移可能性的同時(shí)，還能夠以此保證操作施工的安全性，確保技術(shù)人員能夠以穩(wěn)定的方式完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的建造。

1.2 人工挖孔樁

區(qū)別于鉆孔灌注樁技術(shù)，人工挖孔樁技術(shù)顧名思義需求建筑人員自行挖空，其優(yōu)勢(shì)在于挖孔的效果相對(duì)較強(qiáng)，且其成本相對(duì)較低、可靠性強(qiáng)。還有一個(gè)最大的優(yōu)勢(shì)在于，人工鉆孔的方式不會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，但其對(duì)人力資源的要求則相對(duì)較高，目前仍然是我國(guó)最為主要的鉆孔樁方式。該技術(shù)的要點(diǎn)在于，需要首先確定規(guī)模以及施工時(shí)間后，再進(jìn)行人員分配和混凝土的制備，保證工程的效果。

1.3 靜壓力樁

顧名思義，所謂的靜壓力樁即為使用樁架的本身質(zhì)量以及建筑物的向下壓力所制成樁基的一種方法，這種方式能夠保證樁基的位置準(zhǔn)確，且工藝具備無(wú)噪音的特點(diǎn)，其產(chǎn)生的向下震動(dòng)感也不會(huì)較為明顯，操作也較為簡(jiǎn)易。最后，靜壓力樁的方式是所有方式中成本最低的一類，在小型建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛。

2 進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)完善的措施

2.1 加強(qiáng)數(shù)學(xué)函數(shù)有限元法的應(yīng)用

當(dāng)前在樁基設(shè)計(jì)的過(guò)程中有限元法的應(yīng)用比較廣泛，有限元法能夠?qū)⒓蟽?nèi)的元素進(jìn)行合理的分割，然后進(jìn)行近似方程或者是函數(shù)的計(jì)算。有限元法的計(jì)算方式能夠滿足不同的樁基設(shè)計(jì)的計(jì)算需求，并且通過(guò)有限元法的應(yīng)用也能夠使設(shè)計(jì)人員獲取樁體幾何信息的效率得到提升，所以在進(jìn)行樁基承載力的計(jì)算過(guò)程中有限元法的作用非常重要。相較于過(guò)往的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，有限元法的出現(xiàn)能夠更為精準(zhǔn)地表現(xiàn)出樁基的實(shí)際狀態(tài)。過(guò)往的建筑設(shè)計(jì)的流程之中，由于重視程度不足所以針對(duì)樁基以及土地結(jié)構(gòu)的作用力的計(jì)算工作上，往往以相對(duì)較為簡(jiǎn)易的方式推進(jìn)，通常技術(shù)人員僅僅采用文克爾假定法完成對(duì)土地受力分析的計(jì)算任務(wù)。在計(jì)算的流程之中，只需要針對(duì)樁基打壓的下方土層展開(kāi)最為主要的計(jì)算工作。但在實(shí)際建筑物的使用過(guò)程之中，土地產(chǎn)生形變的原因并非只有上述一類條件，土地變形與其荷載實(shí)際上成正比關(guān)系。該計(jì)算方法盡管相對(duì)較為高效、快捷，但其誤差的情況較大。尤其是針對(duì)規(guī)模較大的建筑物，將無(wú)法客觀地反饋流程，使得進(jìn)化的結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。

2.2 提高樁土符合計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確程度

樁基設(shè)計(jì)的流程之中，需要注意不能僅僅對(duì)單個(gè)樁基的承載力進(jìn)行計(jì)算，而是要從整體出發(fā)確保整個(gè)地基群落的性能，有限元法的計(jì)算方式能夠?qū)胃鶚痘男阅軈?shù)進(jìn)行分析，而為了從根本上對(duì)地基結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，需要以全體的承載力進(jìn)行計(jì)算，需要以隨機(jī)應(yīng)變的方式應(yīng)對(duì)樁基結(jié)構(gòu)的變化。樁體整體群落承載力的計(jì)算流程之中，要以復(fù)合計(jì)算的方式進(jìn)行相應(yīng)的流程，該模式的運(yùn)作是建立在單獨(dú)的樁基展開(kāi)計(jì)算為基礎(chǔ)的，通過(guò)不同的運(yùn)算方式與法則，進(jìn)行復(fù)合化的計(jì)算流程，達(dá)到整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算。為了進(jìn)一步提升運(yùn)算的效率以及效果，在原有基礎(chǔ)上可進(jìn)行離散單元的跨度整體計(jì)算工作，減少模擬計(jì)算量，達(dá)到快速計(jì)算的目的。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，部分規(guī)模相對(duì)較小的樁基會(huì)出現(xiàn)沉降效果與預(yù)期不符合的問(wèn)題，而這一不足大多是由于在進(jìn)行樁基計(jì)算的時(shí)候，樁基施工與承載力之間的比例沒(méi)有計(jì)算正確。為了有效避免這一問(wèn)題的發(fā)生，就需要利用好地基結(jié)構(gòu)中針對(duì)“土體彈性模量”與泊松比相互結(jié)合的方式，做好材料參數(shù)的荷載沉降。

2.3 優(yōu)化樁體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)不同的建筑工程施工需求，樁承臺(tái)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在建筑高度較低、上部荷載較小的乙丙級(jí)樁基的設(shè)計(jì)當(dāng)中，若建筑高度在100m 以上，則對(duì)樁體的承載力和沉降設(shè)計(jì)提出了較高的要求，為此，施工人員可以采取樁筏基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。若樁的持力層較深，樁的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則樁基的承載力較大，在墻柱下布設(shè)樁結(jié)構(gòu)時(shí)要先選擇樁筏基礎(chǔ)，或者可采用間距相等的樁筏基礎(chǔ)。

樁筏基礎(chǔ)的施工過(guò)程之中，要以荷載結(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行考量，同時(shí)同步將厚度、建筑物的沉降量等納入計(jì)算的考慮范圍之內(nèi)。為了提升結(jié)果的準(zhǔn)確性，大多需要以彈性的脊梁作為運(yùn)算的第一步驟，只有降低了地基結(jié)構(gòu)的梁變形情況，才能減少壓力。計(jì)算的時(shí)候需要完成上層結(jié)構(gòu)壓力與樁體豎向結(jié)構(gòu)的剛度分析，對(duì)此要一定程度上做好上層結(jié)構(gòu)壓力的分析，對(duì)樁筏基礎(chǔ)進(jìn)行針對(duì)性地設(shè)計(jì)作業(yè)，使得大平面的剛度得到保證，使得沉降不均勻或受力不平均的問(wèn)題解決，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在地基結(jié)構(gòu)的內(nèi)部計(jì)算過(guò)程之中，要適度減少針對(duì)樁基內(nèi)部的配筋，使得工程發(fā)揮最大程度上的價(jià)值。此外，樁體的安裝方向也會(huì)不同程度上影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的變化，尤其是對(duì)承載力上限有一個(gè)明確的影響，所以需要以國(guó)家相關(guān)法律規(guī)章制度以及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果技術(shù)人員私自提升厚度，也會(huì)對(duì)建筑物的使用帶來(lái)一定的安全隱患。

總之，在樁基設(shè)計(jì)過(guò)程，要結(jié)合建筑工程實(shí)際，科學(xué)的引入更加完善的設(shè)計(jì)方案，以此才能不斷提高設(shè)計(jì)效率。在進(jìn)行實(shí)踐研究過(guò)程，作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該不斷提高專業(yè)能力，要重視不斷加強(qiáng)設(shè)計(jì)能力，以此才能有效的提高樁基設(shè)計(jì)水平。