浅谈桩基础设计

摘要：桩基础是高层建筑常采用的基础形式，其设计的合理性、经济性关系到整个建筑的安全和造价，本文通过一些工程实例分析如何合理选择桩型、用抗压静载试验确定单桩承载力，并针对施工中桩偏差的控制和处理提出了相应的建议。关键词：桩基础；设计

Abstract: The pile foundation is often in the form of high-rise buildings, the design is reasonable, economy related to the construction safety and cost, this paper through the analysis of some engineering examples how to reasonable selection of pile type, use the static compression test to determine the bearing capacity of single pile, and puts forward the corresponding suggestions in control and treatment of construction pile deviation.Keywords: pile foundation; design

随着我国市场经济的发展，现代化进程的加快，城市中各类高层建筑如雨后春笋般拔地而起，高层建筑的基础多采用桩基础，桩基础的合理设计，对于保证结构安全、节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。本文针对桩基础设计及施工中存在的问题进行探讨。

一、正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类型 通常认为，凡嵌岩桩必为端承桩，凡端承桩均不考虑土层侧阻力。实际上，大量现场结果表明：桩侧阻力、端阻力的发挥性状与上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质和嵌岩深径比、桩底沉渣厚度等因素有关。 一般情况下，上覆土层的侧阻力是可以发挥的，而且随着长径比L/d的增大，侧阻力也相应增大；只有短粗的人工挖孔嵌岩桩，端阻力先于土层侧阻力发挥，端阻力对桩的承载力起主要作用，属端承桩。对L/d>15－20的泥浆护壁钻(冲)孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，桩侧阻力均先于端阻力发挥，表现出明显的摩擦型。对于L/d≥40，且覆盖土层不属于软弱土，嵌岩桩端的承载作用较小，此时桩基受力状态为摩擦桩，桩端嵌入强风化或中风化岩层中即可。在某些地区，泥质软岩嵌岩灌注桩L/d>45时，嵌岩段总阻力占总荷载比例小于20%；L/d>60时，嵌岩段端阻力占总荷载比例小于5%。究其原因，一方面由于嵌岩桩桩身的弹性压缩，导致桩顶沉降，这个弹性压缩量引发了桩周土体的剪应力，也即是土对桩的摩阻力。另一方面，钻孔桩的孔底残留的沉渣，形成一个可压缩的软垫，至使桩底也会产生沉降，这一沉降和上述桩本身的压缩导致桩身与土体、嵌岩段桩身与岩体产生相对位移，从而产生侧阻力。而这种桩身弹性压缩和桩底沉降是随着长径比l/d的增大而增大的，因而导致摩擦力和侧阻力的增大。 同时，传递到桩端的应力也随嵌岩深径比hr/d的增大而减小。当hr/d>5时传递到桩端的应力接近于零；但对泥质软岩嵌岩桩，hr/d=5－7时，桩端阻力仍可占总荷载的5%～16%。 由此可见，端承桩和摩擦桩的区分，不能单纯从是否嵌岩来区分，要考虑上覆土层的性质和厚度、桩长径比、嵌入基岩性质、嵌岩深径比和桩底沉渣厚度等因素。

二、认真对待地方的经验规范

由于岩土工程的地区性特别强，尤其是一些基于经验的参数，与自然条件、地质条件有着密切的关系，全国性的规范所提供的经验参数，是基于全国的资料统计的，覆盖面比较大，可以用于全国范围，但其取值必然是谨慎的，安全度是比较高的。如果地方有资料，有经验，其针对性就比较强。例如某标准化厂房，根据地质勘查报告，采用静压管桩，单桩承载力极限值约为3000KN，实际施工中检测桩大部分单桩承载力极限值只有1500KN左右。经分析，全国的建筑桩基技术规范提供的桩侧极限摩阻力比该地区的经验取值大了一倍。地方的建议值比较符合实际检测结果。

因此，当全国性规范所提供经验参数与地方经验不一致时，应当慎重的考虑地方经验来取值。当有不同取值方法而难以判断时，最好的办法就是先做桩的载荷实验，按照实验的结果来取用单桩承载力，这样就可以很大程度上避免工程事故的发生。

三、重视桩基设计中的抗压静载实验

根据规范要求，在进行桩基施工前必须进行桩基抗压静载实验。然而在施工过程中，为了缩短工期，好多单位直接跳过了这个环节，工程结束以后再进行抗压载荷实验，这种做法是不科学的，下面就两个实例来说明这方面的问题。

上海有一家著名的房地产公司，当一个小区开发时，他们要求设计先做了试桩的方案，进行先期试桩，试桩的加载量往往要高于查表预估的单桩承载力，然后要求勘察单位根据试桩报告的结论提供勘察报告中的单桩承载力建议值。这样做既符合了规范规定的原则，又非常稳妥地采用了比较高的单桩承载力，节约了建设资金，同时也避免了预估承载力可能过高的风险。虽然先期试桩需要时间和费用，但这样做的结果是经济、安全的。

还有一个实例是建设方为了节省桩的费用，希望能够通过试桩得到比预估的单桩承载力更高的数据。在一个用桩量很大的车间里，准备做相当多的一批试桩，然而试桩的结果却出乎他们的预期，一连几组试桩的结果，都只达到预估单桩承载力的80%左右，于是就停止了试桩研究出现问题的原因，分析结果表明预估单桩承载力的方法比较单一，桩端持力层比较软弱，因此试桩的结果低于按规范参数预估的数值。于是就修改设计，重新再做试桩，虽然耽误了工期，没有达到原来的预期，但避免了一场大事故。

所以，桩基础设计过程中抗压静载试验是一个十分重要的环节，直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度，、施工难度。通过科学试验，取得准确数据，使设计方案更加合理、可行和经济，远远超过缩短工期所获得的效益。

四、关于桩偏差的控制和处理

桩基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态。对于桩位偏差我们主要控制两个方面，其一是竖向偏差，根据JGJ94-94第7.4.12条我们控制桩顶标高的允许偏差为-50~+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，笔者建议针对目前的施工质量，设计中可以考虑2mm左右的偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作。其二则是桩位的水平偏差。根据JGJ94-94第7.4.11条控制各桩位偏差，施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理。这里针对4~16根承台的桩基，JGJ94-94规范第7.4.11条中规定允许偏差为1/3桩径或1/3边长，而根据GB50202-2002第5.1.3条则规定允许偏差为1/2桩径或边长。这显然是矛盾的，在实际过程中很容易与施工验收方产生不同的理解，因此笔者强调在设计过程中可以明确桩位偏差允许值所执行的标准。另外，对于小直径桩（D≤250）笔者强调必须对其偏位进行严格控制而不应按上述规范标准，笔者建议对承台桩可控制70mm；而对于条形承台则区分垂直于条形承台方向50mm，平行于承台方向为70mm，当然这些要求必须在施工前予于明确。当然桩位偏差满足规范或设计要求仅仅代表桩基本身验收合格，而对于由此引起的承台整体偏心或基础高度损失，我们必须另行处理。对于桩偏心我们可以采取增加承台刚度或加大拉梁刚度、配筋来解决，这在实际工程中需针对具体情况相应处理。

五、小结

桩基工程是一繁重而复杂的过程，设计人员一定要考虑到每一个环节，统筹兼顾，从各方面使之合理化。桩基础不仅要保证建筑物安全，更要充分考虑经济因素，这样才能做出最优、最合理的设计。

参考文献：

JGJ 94-2008建筑桩基技术规范

JGJ 106-2003 建筑基桩检测技术规范