建筑桩基础的设计与施工探析

摘    要：　针对在建筑基础中常用的桩基础, 对包含静载试验、桩型与桩长设计、桩偏差控制与处理、施工过程中特殊情况的处理在内的设计要点进行深入分析, 为保证桩基础设计质量提供可靠的参考依据。

　　关键词：　建筑结构; 桩基础; 设计;
 

　　如今, 城市中不同类型的建筑大量兴建, 建筑基础的造价在总投资中占据很大比例。基础以桩基础形式为主, 选择合适的桩基础类型, 做好桩基础设计, 无论是对基础安全, 还是降低造价, 都有重要作用。

　　1、 静载试验

　　在现阶段的桩基础设计工作中, 因受时间等因素的影响, 通常只能将地质报告作为依据确定单桩的承载能力, 再以估算值为依据, 进行后续设计与施工, 待施工完成后, 挑选合适的桩基开展静载试验。事实上, 该过程并不科学, 如结果与估算要求相符, 则可结束施工, 否则由于桩基已经成型, 补桩将变得十分困难, 而且地质报告也会存在出入, 导致施工受到影响。此方面主要存在两个问题: (1) 以地质报告为依据确定的桩端土承载能力与桩头土摩擦力, 均属经验值, 不可直接利用。近几年, 从检测中可以看出, 很多桩基的承载能力比计算结果大, 甚至有极大的偏差, 所以按照试桩确定的承载力, 比按照勘察报告确定的承载力更加经济合理。 (2) 如果场地不均匀, 或者是地质报告存在偏差, 则若不考虑试桩而单纯按照地质报告开展施工, 则会使施工面临很大的困难, 并造成浪费。可见, 在设计工作中, 必须重视并做好静载试验, 它是十分重要和关键的环节, 如图1所示。主要是因为静载试验质量对桩基类型、规格及深度具有直接影响, 并且与施工的难以程度也有十分密切的关系。通过细致到位的静载试验, 获得准确的试验结果, 可以保证设计方案的合理性、可行性及经济性, 其效益将远远大于单纯的缩短工期[1]。此外, 在条件允许的情况下, 还应对桩基进行破坏性试验, 从而进一步挖掘桩基性能。

　　图1 静载试验

　　2、 桩型与桩长设计

　　在桩基的设计工作中, 桩型与桩长的选择将直接影响到基础设计, 保证桩型与桩长的科学性、合理性, 有助于提高经济效益。以某住宅项目为例, 最初因时间方面的原因, 建设单位要求采用D400预应力管桩, 按地质报告将桩长确定为16m, 将承载能力确定为850k N, 据此基础造价在160元/m2左右, 占据总造价很大比例。之后的设计工作中, 充分结合现有经验, 在不改变桩长的基础上, 采用预制钢筋混凝土小方桩, 施工工艺如图2所示, 其承载力在600k N左右, 规格为250×250。该方桩的造价仅有50元/m, 可节省近一半的造价。

　　图2 预制钢筋混凝土小方桩施工工艺

　　另外, 桩长的选择同样十分重要, 以某采用桩阀基础的建筑为例, 按勘察报告需采用D500预应力管桩, 供选桩长主要有以下几种: (1) 25m, 其承载能力为900k N; (2) 34m, 其承载能力为1300k N。若采用桩长为25m的桩基, 则需要布置290根;若采用桩长为34m的桩基, 则需要布置200根。如果从桩基角度讲, 工程桩总延米实际数量十分相近, 而从筏板设计角度讲, 可将桩长为25m的桩作为满樘布桩, 此时筏板的厚度在1200mm左右, 将桩长为34m的桩作为墙下布桩, 此时筏板的厚度为900mm, 取得了良好的经济效益。基于此, 在实际的设计工作中, 应进行多方案对比, 选择适宜的桩型和桩长, 其必将直接影响设计的经济性、合理性[2]。

　　3、 桩偏差控制与处理

　　在桩基施工过程中, 其偏差必须得以严格控制, 尤其是条形状和承台桩, 其偏差一旦较大, 将产生一定附加内力, 导致基础处在不安全的状态。为此, 需要从以下两个方面入手, 对桩位的偏差进行有效控制: (1) 竖向偏差, 按现行设计规范的要求, 桩顶标高偏差不能超过-50~+100mm, 而如果施工中产生较大偏差, 则会使施工任务增加, 或造成损失[3]。如果桩顶的标高比设计标高大, 则应进行截桩, 尤其是空心桩, 在桩顶进行截桩不但施工困难, 而且经济性较差;如果桩顶的标高比设计标高小, 则应进行补桩, 这不但对工期有很大影响, 而且还会造成浪费。因此, 施工单位必须对桩顶标高进行严格控制, 尽量使标高和设计要求保持一致, 尤其是在施工中应充分考虑桩基卸载以后产生的回降量, 如果不加考虑, 则会使桩基高于设计值。设计中, 还应考虑施工误差, 以施工质量为参考依据, 在设计过程中考虑约2mm的容许误差, 通过这样的处理, 能减少截桩, 有良好可操作性。 (2) 水平偏差, 以基础质量验收规范为依据, 对各个桩位的偏差进行控制, 在施工中, 如果发现偏差相对较大, 则要进行补桩。除此之外, 对于桩径在250以内的桩, 其偏差控制不可按照以上标准, 对于承台桩, 应按70mm控制;对于条形承台, 与承台方向保持垂直的应按50mm控制, 与承台方向保持平行的应按70mm控制, 开工前, 必须将以上要求予以明确。此外, 如果桩位的实际偏差可以满足现行技术规范的要求, 仅代表桩基质量验收合格, 对因此产生的整体偏心无法满足要求, 则应予以另行处理。在桩偏心处理中, 可采用以下方法:增大承台的刚度、提高拉梁刚度、增加配筋[4]。

　　4、 施工过程中特殊情况的处理

　　4.1、 桩基达到极限承载能力但未压到设计标高

　　这一情况的产生原因由以下两种: (1) 地质勘察报告存在错误, 实际承载力比计算结果大, 应先进行试桩来确定承载能力和桩长。 (2) 因土层方面的原因, 使桩基难以压入, 此时应通过施工措施的调整来解决。制定科学的施工流程, 如采用跳打措施, 待水压力消除后对下一个桩基进行施工;在静力压桩过程中, 应准备充足机械设备, 防止抬机;采用引孔的方法, 布置排水孔来减小空隙水的压力[5]。在压桩过程中, 应将压桩力严格控制在极限强度之内, 并考虑挤土对周围既有建筑物造成的影响。

　　4.2、 压桩力远远低于设计值

　　实践表明, 这一现象的产生原因并非地质勘察报告不准确, 而主要为压桩速度相对较快, 且土层粘聚力很小, 所以在压桩的过程中将使土层剪坏, 降低了压桩力。15d后开展试桩, 验证了以上观点, 试验承载能力符合工程的设计要求。同时, 这也在另外一个角度表明了静载试验具有的重要作用和现实意义[6]。

　　4.3、 管桩裂缝

　　对于预应力管桩, 其具有强度高, 周期短, 节材等优势特点, 目前在设计工作中得到广泛应用, 然而, 它在受剪能力方面却存在不足。实践中, 因存在垂直度偏差, 会使管壁出现裂缝, 产生质量问题。在对偏差资料进行分析和汇总后, 针对垂直度偏差不足0.5%的桩, 其管壁上没有裂缝, 承载能力没有损失, 所以增加一组桩基进行试验, 确定承载能力符合要求后可无需处理。而垂直度偏差超过0.5%的桩, 其管壁出现裂缝, 对承载能力造成影响, 需对这种桩基进行纠偏后, 采用灌芯的方法进行处理, 确保裂缝处传力由灌芯承担, 这通过静载试验验证是合理可行的。基于此, 在实际工程施工过程中, 应高度重视垂直度严格控制, 这是因为桩自身抗剪能力相对较差, 易产生破坏, 进而带来经济损失。

　　5、 结束语

　　综上所述, 建筑桩基工程设计是一项十分繁琐而复杂的工作, 作为桩基的设计人员, 必须充分考虑所有环节和阶段, 做到统筹兼顾, 积极从不同的方面保证设计的合理性。合理可行的设计, 除了能保证建筑结构安全, 还能保证设计的合理性与经济性, 使桩基充分发挥应有的作用与效果。

　　参考文献：

　　[1]张强强, 郭亮.建筑结构中的桩基础设计探讨[J].建筑技术开发, 2018, 45 (02) :11~12.
　　[2]刘红涛.高层建筑混凝土结构中的桩基础设计探究[J].住宅与房地产, 2017 (30) :113+204.
　　[3]李芯月, 孙宁虎.建筑结构中的桩基础设计分析[J].黑龙江科学, 2017, 8 (12) :76~77.
　　[4]张艳, 王淑芝.建筑结构中桩基础设计分析[J].门窗, 2016 (09) :120+122.
　　[5]邓全喜.关于建筑结构中桩基础设计的若干思考[J].四川水泥, 2016 (07) :104.
　　[6]殷涛.桩基础设计 (ZJC) CAD系统软件在铁路桥梁建筑结构设计中的应用[J].哈尔滨铁道科技, 2011 (02) :17~18+20.