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摘要:在房屋的方案设计工程中,往往需要结合考量房屋的构造类型、荷载状态、地基埋设深度、地质状况,以及施工工艺等各种因素来选定最适宜的基本方法,桩基础工程因其承载力大、变形较小、安装简单的特性,特别受到了建筑设计人员与施工单位的重视,从而获得了广泛应用。
关键词:建筑结构;桩基础;设计
前言
桩基础结构作为建筑工程施工的重要组成部分,既有助于提高建筑工程施工整体的稳定性,又能为建筑工程施工提供强有力的技术支持。为此,对桩基础设计与施工要点进行深入探究十分必要。
1桩基础设计的基本要求
第一,桩基础设计质量可影响建筑结构的可靠性,因此需准确计算荷载,合理确定弯矩、挠曲变形等参数,改进强度设计方案,以确保桩基础的承载力满足建筑荷载的相关要求,并避免过大的沉降量或不均匀沉降等问题。第二,桩基础的布置及桩身规格可影响建筑结构的稳定性及安全性,因此设计人员需结合实际情况,准确计算桩基础内力,同时确定桩身材料强度、配筋率等参数,以保证桩基础承载力符合标准要求。第三,在桩基础设计过程中,需在满足性能要求的基础上注意控制工程造价,以提升桩基础的经济性。
2建筑结构中桩基础设计要点
2.1桩型的选取方式
桩基选型是桩基础设计中的要点内容,也是一项基础性设计工作。桩基选型的合理性,对基础安全起到了决定性作用。桩基选型难度很大,需要考虑大量的因素,比如现场的地质条件、建筑物的特征、各类桩的施工难度以及地形等,唯有全面考虑才可以选取出最为合适的桩型。由于选取的基本标准存在差异,因此最终选型也会有很大区别。桩型选取方式有以下4种。
(1)根据荷载类型进行选取
一般荷载主要有竖向荷载、水平荷载等,这些都会直接影响桩的竖向、水平承载力,所以在选取桩型的过程中需要对此进行充分考虑。假如承载过大,就必须对桩径与桩长进行加大。如果单桩承载力太小,则要增加桩的数量,否则难以将地基的价值有效发挥出来。
(2)根据地质条件进行选取
在工程项目的施工中,经常会遇到各种各样的地质条件,如黏土地质、淤泥地质、硬土层等,对此需要根据地质条件选择合适的桩型。黏土地质比较适合使用冲孔灌注桩。淤泥地质适合使用预制桩,一般不建议选择灌注桩,因为其成型可靠性较低,桩身质量无法得到保障。对硬土层建议使用灌注桩。
(3)根据施工条件进行选取
在市区进行施工,建议选择静压预制桩。静压预制桩不会影响周边居民的正常生活,施工周期也不长。打入式预制桩通常有预应力管桩、预制方桩两类,前者具有较高的承载力和比较强的穿透力,经济性也比较好;后者则具有施工速度快、强度大等优势,但需要耗费大量钢材,使用的成本比较高。
2.2优化桩间距设计
桩间距设计可对桩基础的承载力、施工难易度产生较大影响,因此设计人员需结合实际情况确定桩间距。第一,设计人员需依据桩基础类型确定桩间距,摩擦桩可对桩侧土体产生较大影响。如桩间距过小则可能导致发生沉降,因此需适当增加桩间距。端承桩的承载力源自桩端,对周边土体的影响轻微,因此可适当缩小桩间距。第二,在确定桩间距过程中,设计人员需分析成桩过程中可能产生的挤土效应。如桩基软土挤土效应较大,需适当增加桩间距,建议将最小桩间距设定为3.5d(d为桩径),以避免后续施工引发桩基础上移或倾斜。第三,设计人员在确定桩间距过程中需考虑承台下方区域土层的抗力。如桩基础为非端承桩复合桩基,桩数量为3根以上,承台下方无软土、液化土、湿陷性黄土、新填土等不良地基时,桩间距需大于4.5d。第四,如建筑工程桩基础为挤密桩,核心筒下桩数量较多时,过小的桩间距可导致沉桩难度增加,相同承台下桩端标高差距过大,施工难度升高,因此在设计过程中需适当增加桩间距。
2.3桩长与桩径设计
设计人员在计算桩长过程中,需分析桩端持力层的具体情况,并依据分析结果确定其进入土层的实际深度。为保证建筑地基承载力符合相关标准要求,设计人员需选择硬度大、承载力较高的土层为桩端持力层,并合理确定嵌入持力层内部桩基的深度,保证桩基进入持力层后所遇阻力符合相关规定要求,且桩长与持力层临界深度相符。在计算持力层临界深度的过程中,设计人员需依据建筑工程地基区域土层的性质确定具体数值。比如,地基为砂土或碎石土质时,可将临界深度确定为3~10d;土层为粉土或黏土时,可将临界深度确定为2~6d。此外,桩径的具体尺寸与单桩承载力、桩基类型、岩土工程实际情况均具有相关性,因此在设计过程中需考虑承台尺寸与类型、桩长度、施工工艺、工程造价等因素。
2.4桩基承载力设计方案
2.4.1桩基竖向承载力计算
在结构设计过程中,要注意方向承载力计算,分析桩基的承载力和重力。在计算竖向承载力的过程中,应注意桩基的承载力分析,对各环节与桩基进行综合分析,以满足目前桩基的设计要求。当设计过程中出现偏心竖向荷载问题时,必须改进现行桩基设计标准,以保证结构的合理性和安全性。对建筑进行全方位的荷载分析,开发灵活分析和控制方法,以确保在发生地震等地质灾害时,确保建筑物的稳定。
2.4.2单桩竖向极限承载力计算
在桩基的各个设计环节,都要注意极限承载力。在设计过程中,要区分桩基设计是甲级还是乙级。为确认单桩静载试验及乙级桩基础设计科学合理,应结合周边地质条件和工程要求等综合情况进行相应试验。必须严格控制各个环节,确保检验的准确性和充分性。如果桩基为丙级,在决策过程中必须按照现场测量方法进行测试,以便综合分析确定各个极限端口的阻力及其承载力。对于大直径桩,其限端阻力可通过岩基平板载荷试验确定。对于岩桩,也可通过岩基荷载试验确定。一般来说,桩的单边阻力和极限阻力可以使用预测装置进行测试和确定。在试验过程中,应建立相关的描述数据曲线的标准体系,以保证根据经验参数确定单桩竖向极限承载力。
2.5桩基平面设计与数量设计
在桩基平面设计过程中,设计人员需在保证桩身能够发挥正常承载作用的基础上,采取相对紧凑的布置方案,以降低承台的总面积。同时,设计人员需保证群桩截面的几何中心与桩基荷载作用点重合,以保证各桩基均匀受力。此外,不同位置桩基可采用不同的平面设计方案。比如,墙下桩基可采用单排桩与双排桩,柱下桩可采用梅花形、矩形或三角形,在确定桩位的过程中需控制水平与竖向偏差,以保证桩基的承载力符合要求。
2.6承台设计方案
在承台设计过程中,设计人员需掌握如下要点。第一,设计人员需依据承台类型确定具体设计方案。如建筑工程采用柱下梁板承台时,需将平板结构厚跨比、梁板结构高跨比设定为1/8。如建筑工程采用梁板筏承台时,则需保证厚板在400mm以上,并控制板厚/双向板短边净跨小于1/16[9]。如建筑工程采用墙下平板承台时,需保证承台厚度在400mm以上,承台厚跨比在1/20以上。第二,在承台设计过程中,设计人员需保证独立柱下柱基承台宽度在50cm以上,承台边缘与承台边桩中心点距离不得小于单桩直径,承台边缘与桩外边缘距离不得小于150mm。在墙下条形承台梁过程中,需保证承台边缘与桩边距离在75mm以上。
结束语
桩基是建筑结构中不可或缺的重要组成部分,一旦出现问题,建筑结构也必然会出现各种问题,轻则影响结构稳定性,重则可能导致不均匀沉降、倾斜、塌陷等安全事故。所以,必须要对桩基础设计及施工要点的研
究高度重视。
参考文献:
[1]何建翰.建筑工程地基基础及桩基础施工技术[J].中国建筑金属结构,2021(12):91-92.
[2]杨华宝.建筑结构中桩基础设计方案探析[J].建材与装饰,2019(24):67-68.