桩基结构设计工程的应用
桩基结构设计工程的应用【1】
摘 要：随着社会经济发展，城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。
而高层基础往往采用桩基础，因此，如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。
这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析，选择一个最优化的基础方案。
笔者就桩基础结构设计进行分析。
关键词：桩基;结构设计;工程
桩基是一种历史悠久且应用广泛的基础形式，常用于竖向荷载大而集中或受大面积地面荷载影响的结构以及在沉降方面有较高要求的建筑物的基础。
桩基工程是土建工程最重要的组成部分之一，其重要性不容置疑。
1 桩基设计中静载荷的试验
在桩基设计中，静载荷试验占有重要地位。
在如今桩基础设计过程中，容易受到时间的限制。
桩基础设计静载荷试验中，首先要根据地质报告的参数确定单桩承载能力设计值，之后再根据这个设计值进行桩基础设计施工，等到施工结束后挑选桩进行静载荷试验。
这个过程具有不科学性，如果试验结果符合要求那么就可以完成任务，如果结果不满足估计值，就会产生极大的不便。
因为施工已经完成进行修正和补桩也比较困难，同时因为地质报告对施工也会产生数值的出入，造成影响。
这里主要有两个问题，一是根据地质报告提供的桩周摩擦力标准值及桩端土承载力标准值由规范计算的场区单桩承载力标准值，这是一个经验数值，不宜直接采用。
通过对各类桩基础检测，发现大多数桩的实际承载力相对于计算值普遍偏高，有些甚至差距很大，因此，如果根据试验要求，按照试桩的实际承载力比估计的承载力来设计桩基础将会产生更大的经济效益。
二是当场地不均匀或地质报告数值有偏差的情况下，不进行试桩而直接按地质报告进行工程桩施工将给施工带来巨大的困难且造成不必要的浪费。
如果在设计中，采用静力压桩，那么在实际施工中要求每根桩都要压到要求的深度，因此就要提高桩身的强度，为了满足这一点，对每根桩都采用劈桩，这就在时间和资金上造成了浪费。
因此，桩基础设计过程中，静载荷试验是十分重要的步骤。
因为静载荷试验工作质量直接影响到桩基形式、桩规格和桩入土深度的确定，同时也对施工难易有密切影响。
通过科学试验，取得准确数据，能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。
2 桩基设计中桩型、桩长的设计
桩基设计中桩型和桩长的选择对于桩基础设计十分重要，科学合理的选择桩型、桩基能够产生巨大的经济效益。
举个例子，在一次住宅设计中，由于时间紧迫，甲方要求采用D400的预应力管桩，又根据地质报告资料显示，将桩长定为16m，单桩承载力极限标准值为800kN，预算基础部分造价约为150元/m2，根据经验，预算偏高。
因此，经笔者考场当地情况，了解当地设计经验后，最终决定设计桩长不变，将桩型改为300×300的预制钢筋混凝土小方桩，单桩承载力极限标准值为650kN，而当地预制小方桩的施工价位价钱比较低，整个基础造价降低很多且符合本项工程的要求。
因此节约了施工成本。
综合这个例子，可见合理选择桩型对工程的造价影响很大。
再则桩长的选择也对于桩基设计结果有重要的影响，同样进行举例说明，笔者在某一小区高层设计中，采用桩筏基础形式，根据地质勘查报告，选择D400预应力管桩，可选择的桩长有两种，一种是桩长20m，单桩承载力特征值800kN，另一种是桩长30m，单桩承载力特征值1000kN。
如果在设计中采用20m桩，将需要300根，如果选择30m桩，需要200根。
两种方案工程桩延米数量相当，但是筏板设计不同，用20m桩为满樘布桩，所需筏板厚约为1100mm，而采用30m桩为墙下布桩，筏板厚可减至800mm，具有明显的经济效益。
因此，设计桩基础时，要准备多种桩型和桩长的桩以供选择，对方案进行预算成本的比较，选择既能满足工程要求又具有很好的经济效益的方案。
3 土建工程中的控制与处理
在土建工程中，桩基施工中要严格控制桩的偏差，尤其是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，对施工结果产生影响。
在桩基偏差控制上，我们主要注意的有两点，桩基的竖向偏差与桩位的水平偏差。
在桩基偏差控制中，根据JGJ94-2008我们通常要将桩顶标高的偏差控制规范要求范围之内，但是在实际施工中，偏差这么大将引起繁重的引起繁重的施工任务或者出现损失，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，在实际操作过程中困难又不经济。
因此，要求设计人员在实际施工中，要尽可能让工程桩标高与设计相符，尤其是要考虑到施工过程中桩卸载后的回降量，如果不注意到回降量，施工后的桩基很可能高于设计标高。
设计人员在设计过程中，要考虑到施工误差，笔者根据往年经验，建议考虑2mm偏差，这样可以做到避免劈桩，也具有较好的可操作性，避免了工作量大，浪费时间和资金。
根据JGJ94-2008规范规定的桩位的偏差，在施工过程中，应严格控制桩位偏差在规范范围之内。
不同的人群会有不同的理解，这就要求我们在设计过程中最好明确桩位偏差的执行标准。
此外，对于直径比较小的桩，要对桩位偏差进行严格控制。
当桩位偏差满足设计要求时，代表了桩基础本身是合格的，但是在实际施工中是否不会产生承台整体偏心或者高度损失等不确定性，还要在实际施工中不断进行试验和调整，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。
在实际施工中，还可能出现特殊情况，对于特殊情况要进行特殊处理。
如果发生撞击达到其极限承载力而无法压至设计标高的情况时，可能有两点原因。
一点是地质勘查报告发生失误，因此首先要对地质勘查报告进行优先检查。
如果勘查报告无误，则可能是由于土层本身原因，譬如说饱和砂土产生的孔隙水压力使桩基根本无法压入，这就需要我们从施工措施上去解决。
一般采用跳打的方法，将前面施工的桩产生水压力敲散，再进行下一根桩的施工。
对于静力桩来说，要有足够的施工机械，以防止出现抬机现象，另外可以采取引孔地位方法，通过在管桩的底部设置排水孔等相关有效措施，目的是尽量减少空隙水压力。
当然，在压桩时，工作人员必须注意压桩力的控制。
通常情况下，要保证压桩力控制在桩身极限强度范围以内，并且在实际施工中且应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。
在工程施工上，还有很多问题。
我们要求技术人员在施工时，要严格按照规范标准进行相关的工作，不可随意按照自己的意愿更改或者删除设计内容。
在施工过程中，不得偷工减料，施工工艺的`选择上要严格按照工程施工标准。
在工程施工中，工程技术人员要一丝不苟的处理遇到的问题，从而保证合理的运用，达到相应的工程技术标准。
在施工之前还要注意相应的准备工作。
施工准备工作是施工的基础和前提，只有准备的完好充分，才能够保证工程在施工过程中有序无误的进行。
4 结 语
我国经济发展迅速，高层建筑已经是城市的必然趋势，因此作为高层基础部分的桩基础就在土建工程中占有重要的地位。
如何选择桩基础的桩型和桩长对于保证安全，节约投资，降低造价起着重要的作用。
因此，在实际设计中，要注意静载荷试验的科学合理性以及桩型、桩长的合理选择。
参考文献
[1]刘苏.成层地基中基桩沉降计算的非线性分析[D].湖南大学，2013.
桩基基础结构设计【2】
摘 要：阐述了桩基础设计中桩的选型与布置，单桩竖向承载力的确定以及桩水平承载力验算。
关键词：桩基础设计，选型与布置，单桩竖向承载力，桩水平承载力
概述：随着我国社会经济的高速发展，高层建筑俨然已经成为当代城市建设工程的主体。
由于桩基础具有承载力高、沉降量小、结构布置灵活以及整体性好等优点，因而在高层建筑结构的基础设计中得到广泛采用。
针对不同的地质条件以及工程难易程度，在采用桩基础作为基础类型时，都需要设计人员分析实际工程条件设计出安全、可靠并且最大限度节约成本的桩基础方案。
本文阐述了桩基础设计中桩的选型与布置，单桩竖向承载力的确定以及桩水平承载力的验算三个方面内容。
1 桩基础设计中桩的选型与布置
(1)桩型的选择应根据建筑物实际的上部结构类型、荷载大小及分布、工程地质情况，施工条件及周围环境等因素按照安全适用、经济合理的原则确定。
基桩一般可按承载性状分为摩擦型桩和端承型桩;按成桩方法分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩;按照桩径(设计直径d)大小分为小直径桩、中等直径桩和大直径桩。
目前在广东地区设计中常用到的桩型主要有预制桩(包括混凝土方形桩、预应力混凝土管桩以及钢桩)和灌注桩(包括沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、冲孔灌注桩)。
预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩，用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。
多适用于持力层层面起伏较小的强风化层、风化残积土层、砂石及碎石土层。
在施工中，预制桩不存在缩颈、夹泥等质量问题。
但是，因为桩身穿过的土层主要为高、中压缩性粘性土，不能穿透硬夹层，往往使得桩长过短，持力层不理想，从而导致沉降过大。
而且预制桩的桩径、桩长、单桩承载力可调范围小，在对桩基础按变刚度调平原则进行优化设计时，不能或难以实现。
与钻、冲孔灌注桩相比，沉桩过程中的挤土效应也常常导致断桩(接头)、断桩上浮等问题。
因此，预制桩的使用要因地制宜结合具体工程情况而定。
灌注桩是直接在所设计的桩位上开孔，成孔后在孔内加放钢筋笼，灌注混凝土而成。
与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制，可根据实际情况变化桩长、采用不同桩径、设计成异形桩和变截面桩，可穿过各种软、硬夹层，可扩大桩底充分发挥桩身强度和持力层的承载力的优点。
但是灌注桩在施工过程中桩身质量不易控制，易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象;同时由于桩身直径较大，孔底沉积物不易清除干净，因而会出现单桩承载力变化较大的问题。
因此，在使用灌注桩时，除了应加强对其承载力的复核、桩本身混凝土质量的检验以及桩身完整性的检测外，在进行设计时，也应充分考虑实际工程条件，合理选用。
(2)桩的平面布置原则，应力求使各桩的桩顶受荷均匀，上部结构的荷载中心与桩的重心相重合，并使群桩在承受水平力与弯矩方向有较大的抵抗矩。
应注意，桩中心距应满足建筑桩基规范要求，在同一结构单元不宜同时采用摩擦桩和端承桩;剪力墙下的布桩量要考虑剪力墙两端应力集中的影响，而在剪力墙中和轴附近的桩可按照受力均匀布置;当采用大直径桩时，宜采用一柱一桩，筒体采用群桩时，在满足桩的最小中心距要求的前提下，桩应尽量布置在筒体以内或不超过筒体外缘一倍板厚范围之内。
2 桩基础设计中单桩竖向承载力的确定
在设计的最初阶段中，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，会首先根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，这就存在着很大的不科学性，如果确定的结果与估算的要求误差过大便会产生很大的危害。
还有一种方法是在施工开始之前，通过试打桩来配合高应变动测法来确定单桩承载力。
这种方法在较多应用在使用管桩基础多年，并且设计经验比较丰富的地方。
在广东地区一些经验丰富的设计单位，在用高应变动测法测试的时候，可将单桩竖向抗压承载力的误差降低到15%以下。
在确定单桩竖向承载力时，桩基础试验是很重要的，通过试验我们可以了解到很多桩基础的实际承载力与估算值相比存在的差异。
因此，我们在进行桩基础的设计时，按照试桩的实际承载力进行设计，不仅能保证我们的设计与实际相符，而且还能最大限度的保障工程建设的经济效益。
3 桩水平承载力的验算
桩基水平承载力的验算是桩基抗震性能验算的主要内容之一，目前大多数设计单位和施工单位只关注桩的竖向承载力而不注意桩的水平承载力，这给结构造成不少隐患。
《建筑抗震设计规范》明确规定了桩基需要进行抗震验算的范围，高层建筑基本都需要进行抗震承载力验算。
对于桩基，桩的水平承载力验算主要包括桩身水平承载力的验算和桩基水平承载力的验算。
对于大直径灌注桩，桩身水平承载力基本都能满足要求。
但是对于预制桩，特别是高强混凝土预应力管桩，其桩身承载力应按照《预应力混凝土管桩规范》的要求取值。
桩基单桩水平承载力则需按照《建筑桩基技术规范》进行计算，其主要影响因素有桩身截面尺寸、混凝土强度等级、桩侧土性质、承台底面侧面土、有无地下室以及桩基和承台连接形式。
经比较发现，基本桩基水平承载力起控制作用。
例如当地基土水平抗力系数的比例系数m=2.5(5.0)MN/m4，桩的水平位移允许值x0a=10mm，αh≥4.0， 桩与承台连接按铰接，按无地下室结构计算，PHC400-95 单桩水平承载力特征值仅为22.4(34.0)kN。
PHC500-100 单桩水平承载力特征值为34.0(51.5)kN。
PHC500-125 单桩水平承载力特征值为35.0(53.0)kN。
承台下为淤泥层土层(m=2.5MN/m4)，预应力混凝土管桩PHC500-125A，其单桩水平承载力特征值仅为35kN;因此为了满足桩基水平承载力要求，对于剪重比为1.6%的结构，其单桩抗压承载力特征值不应高于2187kN; 对于剪重比为2.4%的结构，其单桩抗压承载力特征值不应高于1458kN;对于剪重比为3.0%的结构，其单桩抗压承载力特征值不应高于1166kN。
而对于有地下室结构，由于地下室侧墙能有效传递水平力，考虑承台侧面、底面土对抵抗水平力的贡献，桩竖向承载力可适当放大。
因此，在对桩基水平承载力的验算时，除了要按照规范要求进行计算复核外，也要充分考虑桩侧土、承台侧土和地下室外墙土实际土质的影响，保证桩基水平承载力符合安全使用的要求。
4 结语
随着当今社会经济的快速发展，高楼大厦已经成为城市高速发展的主要标志，而桩基础作为高层建筑基础的主要类型之一，正得到越来越多的使用。
做为设计人员，在进行桩基础设计时一定要充分理解规范要求，在设计过程中统筹兼顾、结合具体工程实际，使设计的结果更加安全合理。
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