建筑结构设计中的桩基设计要点探讨

建筑结构设计中的桩基设计要点探讨

曾庆璋

深圳市建筑设计研究总院有限公司

摘要：随着建筑业的迅速发展，桩基础在当前的建筑工程中得到了越来越广泛的应用，桩基础能提供良好的承载力保障,有利于建筑结构稳固性的提高,进而带动建筑整体质量的提升。桩基础的设计需结合地质条件，综合考虑各方因素选用合理的基桩类型、桩径、桩长，合理计算基桩的承载力，根据工程特点合理布桩,在满足建筑工程承载力要求的同时,方便基桩施工，保证工程合理性及经济性。

关键词：基桩选型；基桩承载力；基桩布置；

桩基基础的设计是设计的重要内容，它直接影响到整个工程的安全和质量，必须结合工程的实际计情况来进行桩基础设计。设计过程中，必须充分各种影响因素，结合工程现场的施工条件等因素，合理、经济的进行桩基础设计。

1、基桩的选型

    在建筑结构设计中，基础设计是非常重要的一部分，基础设计及施工质量的高低直接影响到工程的安全性和使用寿命。因此，选择正确的基础设计的关键之一，二桩基础则又是一种重要的基础型式。

   基桩按承载特性可分摩擦桩与端承桩，按工艺特性可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩，按桩径可分为小直径桩、中直径桩及大直径桩。在进行基桩选型时，需要根据工程的具体情况综合考虑各种因素。首先需要考虑的是建筑物的荷载情况，其次，需要考虑建筑物所在场地的地质条件，包括地质构造、土层类型、土层厚度、土层密实程度等，结合建筑物的荷载及场地的地质条件来确定基础的类型，当建筑物荷载比较大或者场地天然地基承载力特征值不高的情况下可以优先选择桩基础，然后根据工程的实际情况进行基桩选型，不同类型的基桩具有不同的特点和适用范围，比较常用的有预制桩及混凝土灌注桩。基桩选型，还需要考虑工程场地施工条件和预算等因素。不同类型的基桩施工方式和施工条件不同，对施工人员的技术要求也不同，因此需要根据实际情况进行选择，此外，基桩的选型也要考虑其对环境的影响。

   总之，基桩的选型应该根据建筑结构体型类型、荷载大小、地质条件、施工设备、场地条件及施工经验等因素，按安全经济的原则选择。

2、桩径及桩长

   桩径和桩长是桩基设计中的两个关键参数，合理的取值能确保单桩承载力能满足设计要求，选择合适的桩径和桩长可以大大提高基桩的承载力和稳定性，同时保证基桩的经济性，以保证工程桩基础设计的可行性。

   在确定基桩类型的情况下，桩径的选取需要考虑荷载情况和地质条件。比如当选用钻孔灌注桩时，如果单柱或者混凝土墙体的竖向荷载比较大，可以适当选用大直径的灌注桩，根据单桩所需承载力大小来确定桩径及桩长，采用大直径灌注桩时，计算基桩竖向抗压承载力时，应该按《建筑桩基技术规范》考虑大直径桩的尺寸效应，尺寸效应的本质是桩在成孔过程中产生的应力释放引起的孔壁和孔洞出现松弛变形，导致侧阻力有所降低，侧阻力随桩径增大而减小，对入岩段（完整或较完整的岩体）可不考虑，在计算单桩抗拔承载力时也不考虑大直径桩的尺寸效应。

3、基桩竖向受压承载力

   基桩的竖向受压承载力是桩基设计中非常关键的一个参数。基桩其竖向受压承载力的大小直接影响着建筑物的稳定性和安全性。基桩的承载力大小、侧阻和端阻的群桩效应、 承台底土抗力分担荷载效应这三个因素会直接影响桩基础的竖向承载力。不同的基桩类型，按照规范采用相应的计算方法，例如，根据土层物理指标计算大直径挖孔灌注桩时，需要考虑大直径桩的尺寸效应，适当较小桩侧及桩端阻力，当采用护壁施工时，由于护壁与桩身周围的土层直接接触，混凝土施工质量可能达不到要求，因此，不宜过多考虑混凝土护壁的作用以确保结构的安全。

    基桩竖向承载力计算受地质土层条件、施工工艺、计算模式等因素的影响，基桩竖向极限承载力主要还是采用原位原型试验方法，其次是根据试桩资料和经验参数确定。根据《建筑桩基技术规范》5.3.1条，基桩竖向极限承载力应该根据基础设计等级确定，甲、乙级桩基础应通过单桩静载实验确定，丙级桩基础可以由原位测试和经验确定。由于工程设计中静载试验数量较少，而且很多情况下工程土方尚未开挖，基本不可能做到设计与实际情况完全一致，所以在设计时需参考实验数据并综合判定，最终确定单桩竖向抗压承载力。

4、基桩抗拔承载力

   在设计中，当工程结构整体抗浮不满足或者结构局部抗浮不满足时，需要考虑采用抗浮措施，采用基桩抗浮也是一种常用的设计手段。

   基桩在承受竖向抗压力的同时，兼顾考虑基桩的竖向抗拔承载力，可以适当减少抗浮的成本。基桩的抗拔承载力按《建筑桩基技术规范》5.4.5及5.4.6条计算，基础等级为甲、乙级的建筑桩基，基桩的抗拔承载力应该通过现场试验来确定的，对于丙级建筑桩基，基桩的抗拔承载力可以按计算取值。桩基设计中，桩长和桩径是基桩抗拔承载力的重要影响因素，一般来说，基桩的直径和长度越大，其抗拔承载力也越大。此外，在地质条件较差的情况下，需要采取一些额外的措施来提高基桩的抗拔能力，如增加桩长、扩大桩底直径等。同时，抗拔桩需按规范要求控制其裂缝宽度，且抗拔桩配筋时应该通长配筋。当基桩抗拔承载力要求较高时，可采用桩底扩大头、桩侧或桩底后注浆等技术措施来满足设计要求。在实际的桩基设计中，基桩的抗拔能力常常受到许多不确定因素的影响，例如抗浮水位变化、土层厚度不均匀、土体的变形等，为了确保基桩的安全性和可靠性，需对这些因素进行全面考虑，采用合适的方法和技术来提高基桩的抗拔能力。

5、基桩的平面布置

   基桩的平面布置的原则可按照《建筑桩基技术规范》3.3.3条的要求，基桩的布置是桩基基础设计的重要内容，基桩布置是否合理直接影响基础设计的质量。

   基桩的布置需满足基桩的最小中心距要求，不同类型的桩基础的最小中心距要求不一样，应参考《建筑桩基技术规范》3.3.3条，有个别地区还有地方标准，布桩时也应该满足地方标准。设计时尽量满足桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合，桩筏基础的布桩宜将桩布置于柱子及剪力墙核心筒下，并适当减弱外围桩基的刚度，对于框架-核心筒结构，当基础沉降差异较大时，可以应按变刚度调平原则布桩，强化内部核心筒和剪力墙区，弱化框架区域，加大桩长或加大桩径、减小桩距可以加大桩基刚度，反之则可以减弱桩基刚度，对主楼、裙楼连接的建筑，可以加强主楼基础刚度，适当减小裙房基础刚度。

   另外，需要考虑基桩与其他建筑物、地下管线等的位置关系，需要避免与其他建筑物、地下管线等冲突，以确保建筑物的安全性和周围环境的影响最小化。避免后期施工过程中的不必要麻烦和额外费用。

综上所述，进行桩基础设计时，应结合建筑项目的地质条件，对桩基础进行合理选型，依据相关设计规范，通过计算或实验确定基桩承载力，通过合理的基桩布置，确保桩基础设计的合理性及经济性。

参考文献

[1]《建筑桩基技术规范》 JGJ94-2008 中华人民共和国住房和城乡建设部 2008-04-22.

[2]朱炳寅、娄宇、杨琦.建筑地基基础设计方法与实例分析2013-01.