建筑基础设计时, 经常会用到桩基础, 尤其是在高层建筑中, 当建筑场地的地质条件不是很好的情况, 桩基础更是首选的基础方案之一。由于地质条件的复杂性、桩土共同作用机理、群桩效应和桩受力的复杂性等问题, 给桩基础设计带来很多的困惑和问题。由于94版《建筑桩基技术规范》的废止, 现行2008版规范的颁布实施, 使得桩基础设计时产生一些新的要求和知识点。下面是通过对08版建筑桩基技术规范的学习, 总结一些桩基设计过程中常见的问题。
1 桩的选型
地质条件是判断选用基础型式的重要依据之一。通常, 基础造价占工程总造价的25%左右。当地质条件很好时 (如压缩性较低的粘土层、中粗砂层、砾砂层、砾石层等) , 一般20层以下的高层建筑选择天然地基为持力层是完全可行的;若土质稍差一点, 采用CFG桩等地基处理方法也可用于20层以下的高层建筑。所以, 要根据工程地质勘察报告, 合理确定基础方案。当选定为桩基础时, 选择桩型必须因地制宜, 通过技术经济比较, 结合场地土质情况、施工进度等因素选择具体的桩型。根据本地的建筑市场情况。一般情况下, 泥浆护壁灌注桩地层适应能力强, 适用于黏性土、粉土、砂土、碎石土及风化岩层, 地下水位的高低对其影响不大;钻、挖孔灌注桩宜用于地下水位以上的黏性土、粉土、中等密实以上的砂土层;沉管灌注桩宜用于黏性土、粉土、砂土;夯扩桩宜用于桩端持力层埋深较浅的中、低压缩性黏性土、粉土、砂土和碎石类土;长螺旋钻孔灌注桩宜用于黏性土、粉土、砂土、非密实以上的砂土、风化岩。具体采用那种桩型还应本着因地制宜的原则进行对比分析判定。
2 单桩竖向承载力特征值
单桩竖向承载力特征值是现行2008版《建筑桩基技术规范》 (文献1) 和《建筑地基基础设计规范》里使用的术语, 而在94版桩基规范里使用的是单桩竖向承载力设计值, 两者的涵义不同, 各自所对应的荷载组合效应值也不同, 应严格区分进行设计计算。在按单桩承载力确定桩数时, 文献2的单桩竖向承载力设计值对应的上部荷载效应是按正常使用极限状态下荷载效应的基本组合值, 即设计值;而文献1的特征值对应的上部荷载效应是按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合值, 即标准值。在确定单桩竖向承载力特征值时, 不论是根据静载荷试验方法还是采用经验系数法, 都是按单桩竖向极限承载力标准值除以2, R a=Q U K/K, K-安全系数。有些时候在确定桩承载力时, 往往忽略桩本身强度的计算, 这一点应尤为注意。并且, 现行规范对桩的成桩工艺系数做了很大的调整, 类别划分的更加细致, 也应给予足够的认识。
3 桩中心距
桩的布置是桩基概念设计的主要内涵, 是合理设计、优化设计的主要环节。桩的最小中心距是桩布置的关键。桩最小中心距主要取决于两个因素:其一是保证有效发挥桩的承载力, 桩在不同桩距、不同土质条件下的群桩效应差异显著, 当桩距满足在3d~4d时, 桩的端阻和侧阻的群桩效应系数接近或略大于1, 此时群桩承载力接近单桩承载力之和, 而承台尺寸又不至于过大, 达到最优化的合理设计的目的;其二是桩的成桩工艺, 对于非挤土桩, 无需考虑挤土效应问题, 而挤土桩为减小挤土的负面效应, 如沉桩困难、桩周土侧移或向上隆起、甚至对已施工完的桩造成移位或断裂等, 桩距应适当加大。对一般高层建筑来说, 由于上部结构荷载很大, 采用大桩距会给布桩造成困难, 且不经济, 所以要从提高桩的承载力入手, 采用加大桩长、选择适宜的桩型和桩径, 适当的减小桩距。
4 桩的耐久性要求
桩的耐久性是新版规范新增加的内容之一。耐久性对混凝土工程来说意义非常重要, 设计时要给予足够的重视。桩的耐久性重要体现为:桩基础对建筑物的安全具有决定性的作用, 其耐久性决定了整个建筑物的耐久性;桩的混凝土所处的环境条件更差, 且施工时混凝土的质量不易保证;再就是桩身如发生质量问题极难修复。因此, 桩的混凝土必须满足耐久性要求。
5 桩身及承台设计
桩身设计首先是确定桩径。桩径的大小要考虑到桩的长细比、承载力、施工工艺、经济指标等因素。新版规范取消了对桩长细比的限制制。实际工程中, 端承桩的长细比普遍不大, 竖向荷载作用下, 土体内的低承台桩身失稳破坏的可能性很小;对于摩擦型桩, 桩身应力向下逐渐衰减, 且桩会随着荷载加大产生少量沉降, 更不会压屈失稳。因此桩径的选择主要是按承载力的要求控制。这里需要指出一点, 加大桩径会使承载力增加, 但随之而来的是几何倍增的混凝土用量, 得不偿失, 不应采用。文献1中对桩身配筋有详细的规定, 这里简单说说静载试验中的试桩和锚桩。实际设计中, 从经济角度考虑, 通常采用工程桩来作为试桩和锚桩, 此时, 试桩的配筋同工程桩即可, 能更为真实的反映工程桩的实际承载能力情况;而锚桩在受力分析来看接近于抗拔桩, 因此, 除满足计算以外, 其要求还要满足抗拔桩的有关规定。
根据文献1可以看出, 对承台配筋有了详细的补充规定。根据柱下独立桩基承台的受力来看, 其下部主要是受弯, 且整体受力具有双向梁的受力特性, 因此, 为保证这一受力状态的可靠性, 要求底部受拉钢筋在端部应有有效的锚固长度。并明确规定柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%, 可靠度有所提高。对柱下两桩承台的计算也有了明确的规定, 要求应按混凝土深受弯构件计算和采取相应的构造, 更加接近工程实际。
6 结语
桩基础设计繁杂而且需要考虑的各种因素远远超出了浅基础的设计, 它要求设计者对场地环境, 土层状态、施工工艺、工程造价深入了解, 并综合分析判断, 谨慎把握好每一个重要的设计环节。如今高层建筑设计愈来愈多, 有大量的工程会采用桩基础, 抓住桩基的特点和原理, 就会做到灵活运用, 更好的进行桩基础的设计。
摘要：桩基础设计中桩的选型和承载力的确定关系到工程经济指标的高低和建筑安全可靠度。最小桩间距和桩身及承台的构造满足规范要求, 保证整个桩基础的受力可靠性。
关键词：桩基础,特征值,设计值,桩中心距,耐久性
参考文献
[1] 建筑桩基技术规范 (JGJ 94-2008) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2002,
[2] 建筑桩基技术规范 (JGJ 94-94) [M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.
[3] 建筑地基基础设计规范 (GB50007-2002) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.
[4] 刘金波.建筑桩基技术规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.