基础设计感悟

摘要：根据个人基础设计的经验，分析一下结构工程师在基础设计中容易忽略的问题。基础设计是工程的关键部位，决定项目的造价、安全、进度。

关键词：成本控制 单桩承载力确定 管桩注意事项 桩长控制 桩检

一、 前言

基础施工走在整个工程施工的最前列，基础设计的好坏直接决定工程质量和进度。一份好的基础施工图能节省甲方造价、方便工程队施工、减少发生工程事故的机会，从而加快工程进度，产生最大化的经济效益。基础约占工程总造价的30%，在复杂地质中的基础设计是最能考验一个结构工程师的炼金石。基础形式多样、学问高深。高层建筑中最常用的基础形式是桩基础，下面重点介绍桩基础在设计中要注意的问题。

二、 桩基础的成本控制

桩基础中最常用的有管桩和灌注桩。首先地质勘察报告会根据场地的情况建议我们选用合适的基础形式承受在合理的持力层。我们应通过模型的计算，确定竖向构件需要的承载力，再从地质报告提供的基础建议中选取最优值。桩数富余度不应太大，避免出现过多N根桩刚好差一点，N+1根桩才行的情况，这样桩的成本上去了。在设计中桩心距加大，承矩也会变大，导致承台配筋容易加大（在满足最小配筋率以上的配筋）。根据DBJ-15-31-2003《广东省建筑地基基础设计规范》不扩底钻（冲）孔桩及挖孔桩的桩心距在一般情况下取2.5倍桩径，比国家规范的3倍桩径要少。广东的项目可按2.5倍设计，节省承台的混凝土及钢筋，同时好布置基础，不容易出现因承台重叠难布置的情况。

三、 桩基础单桩承载力的确定

灌注桩的单桩受压承载力特征值应该由桩身的强度确定，并用入岩深度去保证，当入岩深度不能保证时，考虑用扩底的方法满足。抗拔承载力应以桩身裂缝控制，根据广东省DBJ 15-92-2013《高层建筑混凝土结构技术规程》在计算裂缝宽度时，钢筋保护层厚度大于30mm时取30mm，比国家规范的取值稍松。广东省的项目可按此保护层厚度计算，通过加密钢筋布置，桩的抗拔力往往能取得比较满意的值，以有效桩长保证这个值。灌注桩的质量较大，在考虑单桩抗拔力时应该考虑本身的自重。以1米桩径、桩长为20米的灌注桩为例，桩身自重为235.5KN，桩身裂缝控制提供的抗拔力约为1400KN，自重占桩身裂缝控制抗拔力的1/7以上。这种考虑得当，桩数得以减少，成本得到控制。由于管桩是预制的，单桩竖向抗拔承载力特征值已经是固定：ф400-95抗拔桩，Rta=200～350kN，ф500-125抗拔桩，Rta=400～650kN；用入岩深度满足。桩兼有抗压和抗拔的作用，裙楼和纯地下室，特别是纯地下室，往往以抗拔力控制。当柱下的桩基础抗压承载力满足，抗拔大多数情况下是不能满足要求的，此时再加桩的数量，承台也会加大。桩和承台的成本增加有点浪费，可考虑使用抗拔锚杆增加抗拔力。锚杆纯抗拔，比桩造价低、施工方便。锚杆间距一般1.5m～2m，可在承台布置。孔径有150和200两种；钢筋形式2（22）25 ～3（22）25；150承载力一般为300 ～ 400kN；造价约190 ～200元/m；200承载力一般为450 ～ 550kN；造价约280 ～300元/m；持力层为中、微风化岩层，入岩深度宜5～8m。

四、 管桩基础的注意

管桩由于造价较低，且符合广东地质的使用要求，在广东地区，管桩的应用量占到整个桩基应用量的60%以上。预应力管桩成为广东地区设计人员首选的桩型。管桩的施工方法分为锤击法施工和静压法施工。我的建议是尽量采用锤击法施工，特别是短桩和抗拔桩的施工，情况不允许的情况下，才采用静压法施工。在市区内，对施工噪音分贝有要求，往往不能采用锤击，只能用静压。静压对场地的平整度、密实度有要求，在施工的初期往往不能保证，会耽误工期，而且锤击法施工会比静压法施工快。

管桩的桩长应准确判断，桩长短了达不到单桩承载力，对工程造成了严重的安全隐患；长了容易断桩，断桩后要进行补桩，承台的面积肯定要加大，配筋也会相应增加，这就造成了桩和承台的浪费。这就要求设计人员对地质报告和入岩深度具有较强的把握度。特别是管桩由较软弱土层直接进入强风化或中风化时，很容易造成断桩，结构设计师需准确判断大约桩长，提醒施工人员到达哪个设计标高时注意断桩，需慢打。根据打桩的经验，管桩可以打入N =50～60的强风化岩层中约1～2m，这个N是经杆长校正后的击数，跟实测击数N′是不同的概念。设计人员容易混淆，一定要准确地区分。N跟N′有个修正系数，N′*小于1的修正系数=N。而且这个修正系数与桩长有关，桩长越长，修正系数越小，N跟N′的差距越大。设计人员在预估桩长时一定要采用修正后的标贯值。

控制管桩的要点：由于管桩是预制的，桩身的质量基本就定下来了。最薄弱的地方也是质量控制最关键的部位是钢接头，施工时桩与桩拼接的部位是整条桩长中“木桶效应”中最短的板块。钢接头的焊接的必须严格要求，而且这个接头在施工完毕后，在使用过程中在地下水升降范围内很容易被腐蚀；在腐蚀性介质中，也容易腐蚀。在腐蚀性条件下，需做好钢接头的防护工作。同时推荐采用单节管桩，桩尖宜采用混凝土锥形连体桩尖。

五、 桩长的控制

对地质复杂、勘察孔位较疏、有夹层的地形情况，我们一般要求甲方在桩施工前进行超前钻。建议塔楼每桩一钻，裙房每个承台一钻，再由结构工程师计算出每桩的桩长。当桩穿过淤泥、粉砂等软弱土层时，我们应考虑负摩阻。此时应先判断此桩属于摩擦桩还是端承桩，根据JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》5.4.3，桩在计算负摩阻时对摩擦桩还是端承桩是有所区别的，软弱土层越长，区别越大。负摩阻是考虑桩长的关键。此外当有液化土层时，需按GB 50011-2010 《建筑抗震设计规范》4.4两种情况进行验算，取其最不利情况设计，这点结构工程师往往易忽略。有负摩阻和液化土层一般要加长桩长才能满足单桩承载力，需引起结构工程师的重视。桩在塔楼内外的单桩承载力以及桩长应该有所区别，这个除了节省造价外，对整个工程的基础沉降也是有好处的。

六、 桩检

设计要做到全盘考虑。除了设计本身外，还要考虑施工以及施工完成后的检测验收。桩施工后要桩检，根据JGJ 106-2014 《建筑基桩检测技术规范》，建筑桩基设计为甲等的灌注桩，检测数量不应少于总桩数的30%，同时不少于20根，且每个柱下检测桩数不应少于1根。一般工程总桩数的30%是比20根多，这就要求我们在设计造价相差不大的情况下，采用大直径桩，减少桩数。同时检测技术规范要求抗拔试验检测不少于总桩数1%，且不少于3根；静载检测数量不少于总桩数1%，且不少于3根。如果我们在设计时选取桩的种类过多，那每种类型是所有桩数的1%，且不少于3根，很多工程总桩数的1%比不同类型的桩3根加起来要少。桩检测的数量过多，费用高、时间成本也高，所有我们在取桩型时要综合考虑。