桩基础设计常见问题分析

摘要：新时期高层建筑已经成为建筑业发展、社会进步的物质和技术表现形式，得到设计部门和建设部门的重视，高层建筑桩基础设计无论是在造价还是在结构上都占据着重要的位置，因此，高层建筑桩基础设计成为整个设计的重要组成部分。本文结合实例从桩形选择、桩长设计、桩偏差处理、质量问题等几个方面出发，对桩桩基础设计中的常见问题进行了分析。

关键词：桩桩基础设计；岩溶区；优化

中图分类号： S611 文献标识码： A

引言

高层建筑是当代工程建设的主体，这就对地基桩基础产生了更高的要求。桩基础在建筑结构中比较广泛地应用在高层建筑物的桩基础设计中。在应用的时候就需要设计人员多方面的进行考虑，设计出一个实用、可靠并且最大限度的减少造价的方案。

一、高层建筑桩基础选型的影响因素

（一）、周围环境因素对高层建筑桩桩基础选型的影响

一是，高层建筑施工的振动和噪声要对桩基础带来各种影响，因此需要对此加以控制和预防，以便高层建筑桩基础能够持久、稳定和安全。二是，高层建筑施工中的空间因素也会给桩基础类型带来一定的影响，要选择既利于施工又有利于稳定的高层建筑桩基础类型。三是，高层建筑施工中挤土效应，高层建筑桩基础桩基的入土和挤土会产生挤土效益，这会对周边建筑和地下管网造成影响，应该从最小影响原则出发，优先选择挤土效应最小的桩基方式进行高层建筑桩基础施工。

（二）、高层建筑上部结构对桩基础选型的影响

上部结构对高层建筑桩基础类型、深度、浮力等重要参数存在着直接的影响，由于上部结构种类的不同，会引起高层建筑桩基础荷载大小和分布的不同，要在设计高层建筑桩基础时予以注意。同时，不同类型的高层建筑上部结构会因自身的类型不同而产生不同的沉降幅度和变形幅度，因此，带来高层建筑桩基础形式上的不同。地下室的种类和形状也会对桩基础选型有一定影响，要在设计高层建筑桩基础时做以重点考量。

（三）、地质条件对高层建筑桩基础选型的影响

地质条件中两项情况对高层建筑桩基础选型影响最为显著，一是，地基持力层情况，持力层是承受高层建筑桩基础负荷的土层，要根据持力层承载能力大小和压缩模量变化幅度选择高层建筑桩基础类型；二是，穿越土层基本状况，应该根据土层中地下水影响和桩基穿越能力的大小选择高层建筑桩基础的类型。

二、桩基设计步骤

（一）、通过试验确定单桩竖向承载力

在设计的最初阶段，我们通常是依据承载力和地基土的物理指标之间的经验关系来进行单桩竖向承载力的估算。但是，有时候桩的估算值会和实际的承载力之间产生很大的误差，根据桩基技术规范，需要进行试验桩和试打桩等试验的验证，并且根据结果进行适时的调整。

在进行施工图设计的时候，我们通常会采用静载荷试验产生的桩承载力以及其他的设计参数。这种方法比较适合应用在设计等级较高并且地质条件比较复杂的桩基础工程之中。但是有些桩基础设计受到时间的约束，有时会首先依据地质报告所提供的参数进行单桩承载力的测试，并依照估算出的单桩承载力的值进行桩基础设计施工，在建设当中存在很大的不科学性，如果确定的结果与估算的要求相符合则危害就会很小，要是误差过大便会产生很大的危害。

（二）、桩型、桩长和桩径的选择

充分掌握建筑场地地质条件，并考虑施工设备、施工条件等因素，合理选择桩型,所选定的桩型的施工工艺应适用于该地质条件，确保桩的质量，并具有技术合理性和经济优越性。在同一桩桩基础中不宜采用不同材料、不同直径和长度相差过大的桩，以避免桩基础产生不均匀沉降或丧失稳定性。在岩溶地区，桥梁桩基通常应优先考虑钻(挖)孔灌注桩。

桩长确定的关键在于选择桩底持力层，因为桩底持力层对于桩的承载力和沉降有着重要影响，设计时可先根据地质条件选择适宜的桩底持力层初步确定桩长，并应考虑施工的可能性(如打桩设备能力或钻进的最大深度等)。由于受桩端岩层厚度的影响，岩溶区桥梁桩基嵌岩深度不宜过深，当岩面较为平整且上覆土层较厚时，嵌岩深度宜采用0.2d或不小于0.2m。

桩的横截面(桩径)可根据所选用桩型的特点与常用尺寸综合确定，桩的截面尺寸种类不宜过多，还应与桩长相适应。对初步选定的桩截面进行初步设计和验算。根据不同截面类型(或持力层)桩的单桩确定其承载力特征值。

（三）、桩桩基础设计方案检验及桩端基岩稳定性验算

根据工程原则所拟定的桩基础设计方案应进行检验，即对桩桩基础的强度、变形和稳定性进行必要的验算，以验证所拟定的方案是否合理，能否优选成为较佳的设计方案。为此，应计算桩基础及其组成部件在与验算项目相应的最不利荷载组合下所受到的作用力及相应产生的内力与位移，作下列各项验算。

当有水平静载试验资料时可以直接检验桩的水平容许承载是否满足地面处水平力作用，一般情况下桩身还作用有弯矩，或无水平静载试验资料时，均应验算桩身截面强度。 现行规范未直接提及桩的水平位移验算，但规范规定需作墩台顶水平位移验算，在荷载作用下，墩台水平位移值Δ不应超过规定的容许值[Δ]，即

式中：L―桥孔跨径(m)。

（四）、桩基优化设计方案

为进行合理的设计，按前述方法研究加劲横梁刚度、桩径变化对桩顶荷载的影响，然后综合考虑确定承台梁刚度和桩径。

加劲横梁刚度对基桩桩顶荷载的影响，为了简化计算，本文暂不考虑上覆土层桩侧摩阻力和桩底沉渣的影响。图1为在外荷载 4500kN 作用下，所有基桩桩径取 1.3m，桩顶分配得到的荷载与加劲横梁刚度变化的关系曲线图。

图 1 加劲梁刚度与基桩桩顶荷载关系曲线

由图2可知，基桩桩顶荷载随着加劲横梁刚度的变化而变化，当增大加劲横梁的刚度时，5#桩的桩顶荷载减小，说明增大加劲横梁的刚度有利于 5#桩下伏溶洞顶板满足要求。从图中还可看出，5#桩桩顶荷载减小的幅度随着加劲横梁的刚度增大而减小，同时 4#桩和6#桩的桩顶荷载随着加劲横梁的刚度增大而增大，使其与外荷载相差越来越大，从而导致加劲横梁内力的增加，所以，仅靠增加加劲横梁的刚度减小下伏溶洞基桩荷载的效果有限，还需通过改变桩径来调整。根据实际情况，加劲横梁的刚度可取 EI=2.6×107kN・ m2，其中加劲横梁的弹性模量E=3×104MPa，宽 b=1.3m，厚 h=2m。

三、桩偏差的处理和控制

在桩基础设计、施工过程中，要对桩的偏差进行严格的控制，特别是对条形桩和承台桩的控制，这样才会减少桩基础设计的不安全隐患。对于桩位的偏差，我们首先需要注意的是竖向偏差。当桩顶标的标高比设计标高大时，就需要进行劈桩，特别是对预应力管桩等空心桩的建设，桩顶上有桩帽进行劈桩既不经济又会产生困难；而当桩顶标的高比设计的标低的时候，就需要进行补桩头。在这种施工过程中就必须要进行回降量的控制，否则就需要对每根桩的标高进行设计。因此，我们进行设计的工作人员要在设计过程中对施工所存在的误差进行考虑，最佳的建议便是在施工过程中允许有2mm 的偏差产生，这样就可以对大量小的偏差桩进行劈桩，此操作可以很大程度的减少不必要的工作。

四、质量问题解决

在桩基础设计施工过程中质量问题的出现是不可避免的，因此应当正确的看待这一问题，并对桩基础设计施工过程中可能存在的质量问题，进行及时的发现与处理。在这一过程中当发现质量问题时，不应草率的进行处理，应当在进行上报之后同相关勘察、管理等部门的工作人员进行协同分析、研究，并促进正确处理方案的有效提出。通常来说，在桩基础设计施工过程中，较为常用的质量问题解决方法，主要包括补沉法、补桩法、送补结合法、纠偏法、扩大承台法、复合地基法等方法。补沉法是指在预制桩入土深度不足，或者打入桩因土体隆起问题将桩基础进行上抬时，通过补沉的方法解决问题。通常来说，在桩距较小时，桩基础设计施工人员应当优先采用先钻孔、后植桩最后沉桩的方法，对质量问题进行解决。这一方法的应用优点在于可以有效利用相应的施工反力，从而使桩基础设计施工中的质量问题得到较为便捷的处理，从而尽可能减少其对工期的延误。

结束语

随着我国国民经济整体水平的不断提升和建筑工程发展水平的持续进步，在我国建筑工程施工过程中，桩基础设计得到了越来越广泛的应用。因此桩技术设计施工人员在工作中应当对存在的常见问题有着清晰的了解，通过实践有效促进桩基础设计施工水平的不断提升。

参考文献

[1] JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S].中国建筑工业出版社.2008．

[2]杨航. 桩桩基础施工中钢筋笼上浮问题分析与预防措施［J］. 中州大学学报，2009（2）.