土木工程樁基設(shè)計(jì)與應(yīng)用

聶旭東

（山西路晟交通建筑設(shè)計(jì)有限公司，山西太原 030001）

當(dāng)前，土木工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，遇到的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，這對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來較大影響。因此，越來越多建筑單位應(yīng)用樁基施工技術(shù)，加強(qiáng)基礎(chǔ)穩(wěn)定性，這就需要做好前期設(shè)計(jì)工作，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強(qiáng)建筑的整體效果。

1 土木工程樁基概述

樁基作為工程基礎(chǔ)，在建筑中具有重要的作用。土木工程中，樁基是維持基礎(chǔ)穩(wěn)定性的關(guān)鍵，是減少安全事故發(fā)生，增加建筑工程效益的重要元素。在樁基設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員先要做好現(xiàn)場調(diào)查研究，收集齊全資料數(shù)據(jù)，確定樁基的基本參數(shù)，如尺寸、結(jié)構(gòu)形式、承載力等，之后再進(jìn)行樁身的設(shè)計(jì)與承臺(tái)計(jì)算，繪制完整的施工圖紙，指導(dǎo)施工作業(yè)。

2 土木工程樁基設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)流程

工程設(shè)計(jì)流程為：現(xiàn)場調(diào)查→資料收集和整理→基本參與確定→單樁承載力計(jì)算→樁身設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算→圖紙繪制。在基本參數(shù)確定中，要明確單樁的結(jié)構(gòu)尺寸，確定樁基數(shù)量，科學(xué)規(guī)劃樁基平面布局。

2.2 樁基選型

首先，對(duì)樁基所在地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、施工技術(shù)條件、環(huán)境變化情況予以綜合考量，剔除不良因素，注重設(shè)計(jì)可行性。其次，持力層的確定。樁基設(shè)計(jì)中會(huì)遇到不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這時(shí)需要根據(jù)底層分布特征確定樁基類型和位置，注重樁基的穩(wěn)固性。一般情況下，持力層會(huì)確定在巖層或硬土層中，如果樁長度所達(dá)深度位置沒有硬涂層，可選擇強(qiáng)度中等以上的土層，或壓縮性中等的黏土層。最后，樁長度與承載埋設(shè)深度的確定，一般要求承臺(tái)頂面在地面下100mm為宜。

2.3 單樁設(shè)計(jì)

（1）截面尺寸。單樁截面尺寸一般會(huì)與布樁構(gòu)造及單樁承載力要求有直接關(guān)系。在設(shè)計(jì)中，要求同一樁基內(nèi)樁徑尺寸一致；荷載分布不均衡的情況下要按照地基土體結(jié)構(gòu)特征和荷載承受能力實(shí)行單樁布設(shè)，確定樁體直徑和截面尺寸。尤其要注重灌注樁的選擇；在樁材強(qiáng)度高于端承樁持力層強(qiáng)度且基土層較為合適的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇擴(kuò)底灌注樁。

（2）平面布局。要求群樁截面與荷載中心位置重合，注重單樁荷載劃分的均衡性；樁體要圍繞承臺(tái)外圍空間布設(shè)；為增加群樁截面的慣性矩，要求樁及垂直水平上的受力明顯高于荷載和彎矩方向上的橫截面軸線距離；箱基、帶梁筏基、以墻下條形為基礎(chǔ)的樁，宜沿梁或墻作雙排或單排布置，減小承臺(tái)梁寬度或底板厚度。

圖1 樁身設(shè)計(jì)

（3）樁身設(shè)計(jì)。樁身設(shè)計(jì)是樁基設(shè)計(jì)中的重要部分，也是最為繁雜的部分。樁身設(shè)計(jì)的內(nèi)容以配筋率、配筋長度、混凝土強(qiáng)度確定、樁頂構(gòu)造設(shè)計(jì)為主。本文通過對(duì)預(yù)制樁、灌注樁及預(yù)應(yīng)力樁的分析，對(duì)上述參數(shù)加以確定和計(jì)算。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)為：預(yù)制樁要求強(qiáng)度等級(jí)在C30以上、灌注樁的強(qiáng)度等級(jí)在C25以上，而預(yù)應(yīng)力樁的強(qiáng)度等級(jí)在C40以上；配筋率方面，打入式預(yù)制樁不可小于0.8%，靜壓式預(yù)制樁不可低于0.6%。灌注樁要控制在0.2%~0.65%之間；配筋長度的確定需綜合考慮抗彎矩能力和水平荷載情況。如樁基承臺(tái)下面存在淤泥質(zhì)土或液化土層，配筋長度應(yīng)能穿越淤泥質(zhì)土或液化土層。

對(duì)于地震區(qū)或抗拔樁等類型的樁體，要求采用長配筋的設(shè)計(jì)方式。而鉆孔灌注樁的配筋長度要求在樁長的2/3以上；樁頂構(gòu)造設(shè)計(jì)中，要求樁頂嵌入承臺(tái)的距離在50mm左右，從承臺(tái)內(nèi)延伸出的主筋錨固長度控制在30—35d。灌注樁的樁基直徑較大時(shí)，內(nèi)部縱筋長度應(yīng)與錨固長度一致。

圖2 承臺(tái)設(shè)計(jì)

（4）承臺(tái)設(shè)計(jì)。承臺(tái)設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)為：承臺(tái)寬度和厚度一般在500mm和300mm左右；邊樁中心位置與承臺(tái)邊緣的距離要大于樁長度，外邊緣的距離與承載之間的距離需超過150mm，如果設(shè)計(jì)中使用的是條形承臺(tái)梁，距離要控制在75mm以上；承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)以C30為主，縱筋保護(hù)層的厚度會(huì)根據(jù)有無墊層來確定，無墊層厚度控制在70mm以上，有墊層厚度控制在40mm以上；兩樁承臺(tái)連接中，連接梁可設(shè)置在連接位置最短的方向上；單樁承臺(tái)，連系梁設(shè)置在兩者互相垂直方向上；需抗震的柱下獨(dú)立承臺(tái)，連系梁設(shè)置在兩者的主軸方向；承臺(tái)應(yīng)該與連系梁的頂面同一標(biāo)高，且聯(lián)系梁寬度設(shè)計(jì)在250mm以上。

2.4 靜載荷試驗(yàn)

靜荷載試驗(yàn)是完善樁基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，借助靜荷載試驗(yàn)，可獲取更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參數(shù)，提高樁基設(shè)計(jì)方案的可靠性、合理性。不過靜荷載試驗(yàn)難度較高，需專業(yè)人員從旁指導(dǎo)和監(jiān)督，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，科學(xué)規(guī)劃試驗(yàn)內(nèi)容，選擇試驗(yàn)方式。另外，在靜荷載試驗(yàn)中，樁基承載力的計(jì)算需要深度考量現(xiàn)場作業(yè)中存在的影響因素，保證實(shí)驗(yàn)后所得參數(shù)的準(zhǔn)確性，改善樁基設(shè)計(jì)水平。且規(guī)模較大、靜荷載試驗(yàn)難度高，相關(guān)人員需做好科學(xué)把控。

3 土木工程樁基應(yīng)用

土木工程中，樁基的應(yīng)用需要對(duì)樁基設(shè)計(jì)方案及流程實(shí)行嚴(yán)格審核，維持樁基設(shè)置的合理性，提高整個(gè)工程項(xiàng)目的穩(wěn)定性、安全性。以高層建筑為例，如果其處于地質(zhì)環(huán)境較為惡劣的區(qū)域內(nèi)，建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)變化或上層建筑重力過大等因素的影響，而出現(xiàn)沉降問題。同時(shí)，因?yàn)楦邔咏ㄖ?、超高層建筑等工程?xiàng)目整體的荷載很大，引起樁基發(fā)生局部均勻沉降的概率也較大，又因?yàn)闃痘两狄鸬慕ㄖ锏暮奢d受到影響，會(huì)產(chǎn)生傾斜、倒塌等一系列問題，導(dǎo)致樁基結(jié)構(gòu)的性能和功效得不到發(fā)揮。

因此，在樁基設(shè)計(jì)中，工作人員必須先對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征實(shí)行詳細(xì)勘察，了解土體結(jié)構(gòu)和不同類型土層的分布情況，采用科學(xué)可行的措施，增強(qiáng)樁基穩(wěn)固性，提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力，保障工程的安全性。同時(shí)在樁基設(shè)計(jì)中，要注重抗震性和經(jīng)濟(jì)性的凸顯。在土木工程施工期間，樁基技術(shù)的應(yīng)用需要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

3.1 施工流程的科學(xué)規(guī)劃

樁基技術(shù)應(yīng)用前，工程人員需先做好場地整平處理，對(duì)于不平區(qū)域可通過墊層施工方式，加大平整度，之后對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行測量放線，確定樁基位置。開挖工作要從上部開始，做好上部開挖和支護(hù)處理后，開展下方樁孔的開挖作業(yè)。這一過程中應(yīng)對(duì)標(biāo)高、軸線展開檢查，確保機(jī)械工具的安裝質(zhì)量。之后檢查樁孔的垂直度和直徑尺寸，使其符合規(guī)范要求，并將持力層中存在的殘?jiān)宄蓛簟Ｔ跇犊讬z驗(yàn)合格后，將鋼筋籠吊裝起重，完成混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)。

3.2 前期準(zhǔn)備

樁基設(shè)計(jì)前，注重資料設(shè)備準(zhǔn)備的齊全性，審查施工圖紙內(nèi)容，掌握工藝技術(shù)要點(diǎn)，并做好技術(shù)交底。監(jiān)理等部門應(yīng)與審核單位一起對(duì)樁基方案實(shí)行細(xì)致檢查，確定其可行性。最后對(duì)作業(yè)人員展開資質(zhì)核實(shí)，符合要求方能參與樁基建設(shè)。

3.3 測量放線

場地整平后，按照?qǐng)D紙及方案要求開展測量放線工作，確定樁位置，清晰標(biāo)注樁間距，為后續(xù)作業(yè)提供引導(dǎo)。

3.4 開挖

樁孔開挖可采用人工成孔方式，確定樁位后，以中心點(diǎn)開始進(jìn)行樁孔開挖作業(yè)?？咨疃纫话阍?.5m左右，開挖中需確定其垂直度，減少偏差的產(chǎn)生。開挖過程中，以人工作業(yè)方式完成護(hù)臂設(shè)置。

3.5 分類存管

該作業(yè)指的是制作完成的鋼筋材料，按照類型、規(guī)格、等級(jí)進(jìn)行分開存放和保管，且定期做好鋼筋的清潔和保養(yǎng)工作。對(duì)于鋼筋籠，制作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，提高作業(yè)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

鑒于樁基的重要性，在土木工程中必須加大對(duì)其重視力度，做好建設(shè)流程的科學(xué)規(guī)劃，注重前期準(zhǔn)備、測量放線、開挖及分類存管等工序，以此全面發(fā)揮樁基性能，維護(hù)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全性，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。