土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的樁基設(shè)計(jì)

李 坤 山西潞安工程勘察設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司

1 前言

在工程結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合實(shí)際工況，通過實(shí)地勘查、數(shù)據(jù)分析、工程建模等方式，合理計(jì)算各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的優(yōu)化。其中，在樁基設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)綜合考慮土建工程樁基標(biāo)高、沉降參數(shù)、樁基各項(xiàng)尺寸比例、性能試驗(yàn)方法等，做好數(shù)據(jù)采集、分析與計(jì)算工作。同時(shí)，需要注意樁基工程抗震功能的強(qiáng)化，通過對土建工程各項(xiàng)設(shè)計(jì)影響要素的調(diào)查、分析與整合，合理設(shè)計(jì)施工方案，為實(shí)際工程提供針對性的建設(shè)指導(dǎo)。

2 土建項(xiàng)目施工樁基設(shè)計(jì)的主要影響問題

2.1 樁基標(biāo)高影響

在樁基整體設(shè)計(jì)階段，需要結(jié)合樁基承載系數(shù)對標(biāo)高進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)前，影響設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算準(zhǔn)確性的因素包括兩方面，首先是在地質(zhì)方面的報(bào)告存在誤差,而樁的真實(shí)能夠支撐的力量大于最初的估計(jì)數(shù)值。因此，為保證樁基支撐性能能夠滿足土建工程的承重、剛性與強(qiáng)度等方面的要求，需要對樁基進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，包括承載測試、長度尺寸等。

土建施工地點(diǎn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與土層性質(zhì)等也是影響樁基設(shè)計(jì)標(biāo)高點(diǎn)的重要因素。如果工程建設(shè)地點(diǎn)的地質(zhì)屬于軟弱地基，如，沙土含量高、含水量高、土質(zhì)疏松等地層，在設(shè)計(jì)樁基時(shí)，需要在合理規(guī)劃建設(shè)與加固方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工況調(diào)整標(biāo)高，同時(shí)，按照設(shè)計(jì)方案的工序安排開展實(shí)際施工，最大限度地避免安全風(fēng)險(xiǎn)問題。

2.2 沉降數(shù)據(jù)影響

土建工程的沉降數(shù)據(jù)計(jì)算是影響設(shè)計(jì)方案可靠性、執(zhí)行性的關(guān)鍵要素，在工程樁基實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要求事先對摩擦樁基模型的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在高程建筑設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮主樓與裙樓間沉降縫的大小、位置與尺寸設(shè)計(jì)，通過合理的控制手段降低差異沉降產(chǎn)生的影響，避免由于大型建筑樁基沉降程度的不同導(dǎo)致的施工風(fēng)險(xiǎn)。

例如，選擇在同一整體大面積基礎(chǔ)上建有多棟高層和低層建筑，如果忽視變形參數(shù)的計(jì)算，不依照GB 50007—2011第5.3.12條規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)性能就會(huì)受到不利影響。

2.3 樁基長度、細(xì)度比值

樁基在長度與細(xì)度設(shè)計(jì)參數(shù)比值也是影響樁基承重、抗變形等性能的重要因素，合理設(shè)計(jì)樁基長度、細(xì)度、材質(zhì)與制作方法等，能夠保證樁基在高層建筑、地下建筑、復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑等工程建設(shè)過程中的穩(wěn)定性。如在承重樁的設(shè)計(jì)時(shí)，在樁的頂部垂直方向力的作用下,如果樁的直徑比較細(xì),由于壓力過大將會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不足的問題。

2.4 樁基性能試驗(yàn)與檢測方式

建筑領(lǐng)域建設(shè)技術(shù)的突破式發(fā)展與施工管理信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得現(xiàn)階段復(fù)雜環(huán)境、高層建筑等項(xiàng)目中的土建工程安全性與可靠性得到了一定的保障。當(dāng)前，在復(fù)雜環(huán)境的建筑樁基設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合建筑整體高度、層數(shù)、自重等因素，對建筑主體需要的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免由于自重過大、樁基支撐力度不足、結(jié)構(gòu)不合理等因素造成的塌陷、裂縫、不均勻沉降等施工風(fēng)險(xiǎn)。為此，在工程設(shè)計(jì)與施工階段開展性能實(shí)驗(yàn)，對建筑材料、樁基結(jié)構(gòu)等進(jìn)行測試，可以有效提升設(shè)計(jì)方案的可執(zhí)行性與專業(yè)性。

現(xiàn)階段，工程建設(shè)領(lǐng)域現(xiàn)代化、信息化的進(jìn)程不斷推進(jìn)，在性能試驗(yàn)方面，可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，對各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行全面收集、系統(tǒng)分析，并在短時(shí)間出具可行性分析結(jié)果。但在性能檢測試驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目中，部分工程設(shè)計(jì)、承建隊(duì)伍在信息技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，存在試驗(yàn)軟件選擇不合理、性能數(shù)據(jù)收集不準(zhǔn)確、自重?cái)?shù)值測算誤差較大等方面的問題，在一定程度上影響了性能試驗(yàn)的結(jié)果，需要設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位等加強(qiáng)關(guān)注，針對性的予以解決。

3 提升土建工程樁基設(shè)計(jì)及施工的具體對策

3.1 做好設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作

為全方位保證土建項(xiàng)目的整體質(zhì)量，設(shè)計(jì)單位應(yīng)針對樁基設(shè)計(jì)與施工建設(shè)的影響因素進(jìn)行針對性分析與控制。

首先，應(yīng)嚴(yán)格、系統(tǒng)的對相關(guān)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告進(jìn)行分析與審核，確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與全面性，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供可靠、具體的參考。

其次，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合常見的樁基建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，制定對應(yīng)的預(yù)防與控制對策，綜合、全面的分析影響工程建設(shè)的標(biāo)高、沉降、尺寸比值等技術(shù)參數(shù)，同時(shí)，結(jié)合造價(jià)方案優(yōu)化各項(xiàng)建設(shè)資源的配置結(jié)構(gòu)。

第三，在樁基設(shè)計(jì)完成后，組織相關(guān)的專家人士對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行審查，對其中存在的不足進(jìn)行完善，確定樁基建設(shè)位置、深度、長度與細(xì)度比值等符合相關(guān)土建建設(shè)質(zhì)量要求后，篩選出最優(yōu)方案。

此外，還應(yīng)強(qiáng)化土建結(jié)構(gòu)載重性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在樁基設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)與計(jì)算過程中，應(yīng)注意建筑范圍、層數(shù)、高度等數(shù)據(jù)的分析，保證樁基建設(shè)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.2 積極引進(jìn)現(xiàn)代樁基設(shè)計(jì)思想，創(chuàng)新樁基性能規(guī)劃理念

從土建建筑項(xiàng)目科學(xué)設(shè)計(jì)、高效利用、綠色施工等層面出發(fā)，對樁基施工環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行制定、優(yōu)化，是現(xiàn)代化工程領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢。新時(shí)期，基礎(chǔ)建設(shè)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；⒓苫陌l(fā)展趨勢下，土建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工需要考慮的因素更多元、復(fù)雜，不僅需要全面分析工程質(zhì)量、性能、安全、效益等方面的影響因素，同時(shí)，還需要從環(huán)境可持續(xù)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)配置、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略等角度出發(fā)，把握動(dòng)態(tài)化影響要素。

在樁基設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目中，一方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在全面、深入掌握建筑設(shè)計(jì)相關(guān)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、原則與技術(shù)，對自身的知識、技能、認(rèn)識體系進(jìn)行調(diào)整；另一方面，需要設(shè)計(jì)人員貫徹科學(xué)發(fā)展理念，以工程質(zhì)量為根本，合理設(shè)置樁基數(shù)量、位置、結(jié)構(gòu)、材料與施工參數(shù)，積極運(yùn)用信息工具，對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行計(jì)算、展示，加強(qiáng)抗震性能、承重性能等方面的測算，對設(shè)計(jì)資源進(jìn)行高效、科學(xué)配置。

此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)注重對建筑周邊建筑環(huán)境的施工影響分析，貫徹綠色施工理念，平衡工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

3.3 構(gòu)建覆蓋樁基建設(shè)全過程的質(zhì)量監(jiān)管體系

為保證設(shè)計(jì)方案對樁基建設(shè)的有效指導(dǎo)，需要施工相關(guān)單位聯(lián)系實(shí)際，確立起全過程、動(dòng)態(tài)化的工程管理機(jī)制。

首先，在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多環(huán)節(jié)、專業(yè)化審核，利用現(xiàn)代3S、BIM、遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)，對施工現(xiàn)場的地質(zhì)、水環(huán)境、氣候等自然條件進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析，通過對數(shù)據(jù)信息的全面匯總、深入整合，為設(shè)計(jì)方案的制定、優(yōu)化與變更等工作提供真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)信息參考。

其次，做好樁基建設(shè)工程的設(shè)計(jì)交底工作，在實(shí)踐工程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案的技術(shù)要求、施工順序等開展具體的建設(shè)工作，建立起覆蓋土建樁基建設(shè)全過程的質(zhì)量監(jiān)管體系，加強(qiáng)設(shè)計(jì)、施工與監(jiān)理相關(guān)部門間的溝通與聯(lián)系，完善施工管理協(xié)調(diào)機(jī)制。

第三，還應(yīng)注重建筑材料的選擇。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件，確定地基建設(shè)類型，選擇樁基建設(shè)的材料、配比方案與施工方法，確保樁基的強(qiáng)度、抗變形、硬度等性能符合土建項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)與使用標(biāo)準(zhǔn)。

在大規(guī)模、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高層建筑等工程項(xiàng)目的具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，土建樁基施工還會(huì)對周邊建筑物、管線、道路等產(chǎn)生影響，需要在工程設(shè)計(jì)階段加強(qiáng)與交通、城市管理等相關(guān)部門的聯(lián)系，對各項(xiàng)影響因素加強(qiáng)控制。

3.4 基于工程建設(shè)實(shí)況，確定樁基計(jì)算分析與檢測技術(shù)

在開展性能試驗(yàn)時(shí)，按照土建施工項(xiàng)目工程性質(zhì)、施工環(huán)境、技術(shù)規(guī)范、結(jié)構(gòu)類型等方面的不同，可以分為模擬試驗(yàn)與現(xiàn)場測試等幾方面，在性能測試時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)。

一是在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，應(yīng)對各項(xiàng)影響要素進(jìn)行系統(tǒng)性的收集，基于設(shè)計(jì)模型建設(shè)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)的要求，對樁基設(shè)計(jì)的長度、施工材料、建筑自重等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與計(jì)算。在這一過程中，設(shè)計(jì)單位與工程建設(shè)單位應(yīng)結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求，選擇計(jì)算與分析軟件，確保樁基位置、結(jié)構(gòu)與整體性能等方面的設(shè)計(jì)合理。

二是對于特殊的土建工程，需要進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，對施工材料配比、樁基承重性能、抗震性能等進(jìn)行計(jì)算，對現(xiàn)場測算的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析，依托計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，最終確定最優(yōu)方案，為樁基抗震、抗壓、抗變形等性能的優(yōu)化提供客觀參考。

4 結(jié)束語

在復(fù)雜市場環(huán)境影響下，高層建筑、地下建筑等土建工程的建設(shè)數(shù)量大幅度增長，建筑項(xiàng)目的成本、設(shè)計(jì)、功能等方面的要求也向著專業(yè)化的方向發(fā)展。為更好地滿足建筑市場的現(xiàn)代化發(fā)展需求，在進(jìn)行項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，不僅應(yīng)加強(qiáng)樁基建設(shè)結(jié)構(gòu)的研究力度，合理設(shè)計(jì)樁基標(biāo)高、尺寸比例、沉降參數(shù)。

同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合土建項(xiàng)目性能規(guī)劃設(shè)計(jì)的不同要求，對工程技術(shù)交底、質(zhì)量監(jiān)管、性能試驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，對各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算、科學(xué)分析，從而為工程項(xiàng)目的安全、高效建設(shè)提供專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)。