建筑结构设计中的桩基设计要点研究

建筑结构设计中的桩基设计要点研究

刘晓霞1,王杰2

身份证号码：612526199003197898

1. 身份证号码：612732198711124829

摘要：桩基础设计合理性及科学性，关乎建筑结构稳定性及可靠性，需对其加以关注。桩基础设计过程中，应掌握设计各要点，并严格依照相关要求做好取值及试验，综合性考量现场地质条件，保证设计与后续施工吻合性，确保桩基设计合理性及可靠性，为建筑施工安全性及质量保证予以支撑。

关键词：建筑施工；桩基施工；施工技术

引言

桩基属于建筑结构的基础部分，有效建设桩基对于保障上方结构稳定和建筑整体安全具有重要作用。为了充分发挥出建筑桩基施工技术的应用优势，需梳理技术的应用流程，准确把握施工要点。

1建筑桩基础结构的分类

1）根据承台的高度，建筑桩基础包括高承台桩基础、低承台桩基础等。在房屋建筑结构中，低承台桩基础较为常见。2）按照承载力的产生原理，桩基础可分为摩擦桩、端承桩两种。对于存在不良地质的建筑项目，可采用端承桩，使其穿过软弱地层，落在坚硬土层内，承托建筑结构产生的荷载。这类桩基础结构中，桩身和土层的摩擦力较小。若基础桩在软弱土层中的深度较大，桩侧土和桩身相互摩擦后，将建筑荷载分散到土体内时，桩身、土层会存在相对位移，桩端土具有基础的承载作用，这类桩基础可称之为摩擦桩。3）按照桩身材料，建筑桩基础包括木桩、钢桩、混凝土桩、现浇钢筋混凝土桩等。随着建筑质量要求的提升，钢筋混凝土桩在建筑桩基础结构中较为常见。设计人员可结合建筑结构设计需求，通过预制、现浇的方式布设钢筋混凝土桩。

2建筑结构设计中桩基设计要点

2.1桩型选择

建筑桩基结构设计时，设计人员应结合建筑结构、建筑荷载、桩基础区域土层类别、施工环境、地下水分布情况选择桩型。通常情况下，对于设计为排架结构、框架结构，且建筑地基为坚硬土层、桩基埋深不大的建筑，可设计为灌注桩，以预防建筑沉降，提升建筑桩基础的承载力，桩基结构可设置为单桩单柱。民用建筑、工业建筑的桩型选择相对复杂，建筑楼层设计高度、场地条件、建筑荷载性质都会影响桩基选型。比如，设计人员可根据楼层高度选择桩基结构，楼层数小于10层的建筑，桩基可设计为桩径为500mm的灌注桩或300mm的混凝土预制桩。楼层数为10~20层的建筑物，灌注桩直径应在600~1000mm，预制桩直径应控制在400~500mm。按照现场地质条件选择桩型时，硬土层、岩层工况下，桩基埋深浅时，一般采用灌注桩。存在淤泥、淤泥土等软土地基的建筑物，为避免桩基础出现缩颈问题，通常可设计为预制桩。黏土、砂土、粉土等地质中，冲孔灌注桩较为多见。

2.2桩身规格设计

1）桩长计算。计算桩长时，设计人员应根据桩端持力层确定持力层进入土层的深度。桩端持力层是影响建筑地基承载力的重要因素，应选择承载力高且硬度较大的土层作为持力层，并控制好桩基嵌入持力层的深度。使其进入持力层后，阻力大小符合桩基设计规定，并且桩长符合持力层临界深度。桩端进入持力层深度较小时，桩端阻力会变小，容易导致桩端剪切破坏。具体的临界深度可根据建筑地基范围内的土层性质决定。地基土质为碎石、砂土时，临界深度一般为3~10d（d为桩径）。黏性土与粉土层中，临界深度一般为2~6d。2）桩径选择。桩径取决于建筑桩基承载力、地质条件、桩基选型。桩基设计为端承桩时，建筑基础层土质、工艺水平都会导致桩径存在差异。

2.3承载力设计

2.3.1水平承载力验算

桩基水平承载力可以确保建筑桩基的抗震性能，根据行业的相关规定，对于水平荷载力较小的高大建筑与一般建筑，单桩基础、群桩中的桩基应满足：Hi≤Rh（其中Hi是在荷载效应标准组合下，作用于建筑集装桩顶的水平力；Rh为单桩基础、群桩中基桩水平承载力的特征值）；桩身截面尺寸、桩身材料强度、建筑基础结构设计都会影响桩基水平承载力，建筑基础层体质为软土地质时，需要对地基进行换填处理后，根据其承载力设计桩基水平承载力。

2.3.2竖向承载力

建筑桩基结构设计初期，为避免单桩竖向承载力设计值和建筑承载力实际值存在差异，需要进行竖向承载力验算，验算内容包括桩基所承受的轴心荷载、偏心荷载，以及轴心竖向作用力下，桩基顶的竖向压力。验算桩基所承受的轴心荷载时，竖向承载力设计值应满足公式Nk≤Ra（Nk为轴心竖向作用力下，桩基础的平均竖向力；Ra为基桩、复合基桩竖向承载力特征值）。除此之外，设计人员可通过静荷载试验确定建筑桩基结构中单桩、复合桩基础的承载力。静荷载试验是在初步确定桩身规格后，在桩顶分别施加轴向压力、轴向上拔力、水平力，观测桩基区域的沉降、上拔或水平位移，然后依据桩身荷载与位移的基本关系，判定单桩竖向抗压承载力与水平承载力。

2.4承台设计桩基

承台设计时，需要按照承台选型设计承台。柱下梁板式承台，梁板结构的高跨比、平板结构的厚跨比一般为1∶8。设计梁板筏式承台时，板厚、双向板短边净跨比应控制在1/16以内，板厚应大于400mm。桩基承台设计为墙下平板式承台时，承台厚跨比应大于1/20，承台厚度同样大于400mm。建筑桩基础为框筒结构时，可采用筏式承台。建筑结构设计为剪力墙结构时，承台一般为平板式承台，承台配筋率取决于桩基础结构的局部弯矩。此外，独立柱下桩基承台最小宽度应大于50cm，承台边桩中心点及其边缘的间距应大于单桩直径。桩外边缘、承台边缘的间距应大于150mm。设计墙下条形承台梁时，桩边、承台边的间距应大于75mm。墙下布桩时，对于建筑结构为剪力墙的建筑体，若承台设计为筏形承台，其最小厚度应大于200mm。

3建筑桩基施工的常见问题及应对措施

3.1桩身倾斜超限

桩基施工条件复杂，在内外部因素的干扰下难免出现桩身倾斜问题，将桩身倾斜度控制在许可范围内至关重要。桩基倾斜度通常需保持在50mm以内，若超出该范围则易引发桩身完整性下降（断裂）、承载力降低等问题，严重威胁建筑安全。桩身倾斜超限与桩尖和桩身有关，如果操作不规范、倾斜度检测不准确以及控制不及时，均可能出现桩身异常倾斜的状况。针对该问题，施工单位需加强现场保护，通过适度打击的方式减小倾斜角度。常规方法无法取得良好的应用效果时，应作为废桩处理，并根据现场施工条件额外规划桩基施工方案。

3.2桩基缩颈

桩基在土层中受到过强的压力作用后可能出现缩颈现象，特别是在拔管速度较快时体现得更为明显。针对桩基缩颈问题，需规范施工，从源头上予以规避。例如，在桩基混凝土灌注期间，应以相对较慢的速度匀速拔管，通常为0.3～0.8m/min，具体拔管速度根据现场施工条件而定。当存在软土地基时，应加强对拔管速度的控制；拔管期间适度敲打桩基，借助外力作用促使混凝土由松散转向密实。混凝土灌注时，根据施工方案严格控制灌注量和灌注速度。

结束语

综上所述，为设计可靠的建筑桩基础结构，设计人员应结合建筑项目的实际需求、现场地质条件，对桩基础进行合理选型。然后，依据建筑结构相关设计规范，确定桩基础结构中桩身、桩径的设计规格，总结完善桩基设计方案的方法，以此保障建筑桩基础结构设计的合理性，为建筑结构设计水平的提升创造有利条件。

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