建筑结构中的桩基础设计探讨

　　近些年来,城乡一体化进程的加速,城镇化的步伐越来越大,因此,建筑行业得到了迅猛的发展,成为城市发展中的主流.伴随而来的是,人们对建筑的要求也越来越高,这不仅在外观上,要符合现代人的审美,还要满足对建筑功能和质量的要求.桩基础技术在建筑工程中的应用,从很大的层面上满足建筑使用和安全的需求,工程的管理者要结合具体建筑的施工特点,来选择合理的桩基础施工技术,提升建筑的经济和社会效益.

 

　　1 桩基础概述

 

　　1. 1 桩基础

 

　　承台和桩基共同构成桩基础,承台处于桩的顶端位置,根据承台所处的不同位置,可将桩基础划分成高承台和低承台的的桩基础.所谓低承台的桩基础,就是承台的底面和土相接触,而桩身被埋藏于土中这一类桩基础.而高承台的桩基础,指的是承台的底部处在地上面,桩身的上半部裸露出地面这一类桩基础.通常情况下,建筑施工中采用的都是低承台的桩基础,尤其广泛地应用在高层建筑中[1].

 

　　1. 2 设计原理

 

　　结合工程的设计需求,以及在地质勘察过程中所获得的资料,并综合考虑施工中的具体条件,将桩基础的长度,所要用到桩的数量以及所选桩的类型等确定下来.根据工程建设的需要,选择承台的构造和尺寸,确定单根桩所能承受的承载力,进行平面布置,再通过对桩基础的承载力进行验算,大致计算出桩基础的沉降量以及桩承台的强度等.

 

　　1. 3 特点和分类

 

　　( 1) 特点.首先,桩基础的承载力较强,桩深入到的坚硬的持力层内,比如密实的岩石层、基岩以及中密砂等土质中,在竖向的单桩以及群桩的承载中,承载力都较强,能够承载起建筑的主体的全部的竖向荷载,其中也包含偏心荷载在内.其次,竖向桩的刚度较大,桩基础的单桩和群桩的刚度都很大,当自身的重量以及邻近的荷载对其产生作用时,都不会出现极度不均匀的沉降,并且将建筑物可能出现的倾斜控制在一定的范围[2].再次,稳定性较好,不管是单桩还是群桩,都具有较大的侧向刚度,并且抗倾覆能力较强,对地震以及风力作用导致的力矩和水平上的荷载,都可以较好的抵御,保证高层建筑物的稳定.最后,抗压和抗拔的承载力较强.桩身可以穿过液化的土层,并且牢牢地固定在基岩层和深土层内,使得建筑的根部能够对外界形成极强的抵抗力,防止建筑物出现沉陷或者倾斜的情况.

 

　　( 2) 分类.根据桩基础的受力原理,可以将桩基础分成两个类别,端承桩和摩擦桩.摩擦桩借助基桩和周边土之间的产生的摩擦力,承载起建筑物,又可以分成抗压桩和抗拔桩,常被应用于较深的持力层,也用于地基土的缺乏坚硬的持力层中.而端承桩是靠桩基支撑在持力层上面,对上面的建筑物起到承载的作用.根据它的施工方式,可以将它分成灌注桩和预制桩.其中,预制桩是用打桩机将预先制定好的钢混桩打进地下,这种预制桩具有造价低、施工快、节约性等优点,但是这种桩型对土质的要求较高,会产生的挤土这种不足.而灌注桩是在施工时进行现场钻孔,或者采取人工挖孔的方式,先制出孔,之后再把钢筋笼放进去,用混凝土进行灌注,能够穿越各种坚硬的夹层和持力层等,同时,这种桩的桩径和单桩承载力有较大的调整空间,因此,成桩的质量比较可靠,对高层建筑尤其适用.

 

　　2 桩基础设计及其应用

 

　　2. 1 案例分析

 

　　设计之初,设计者根据承载力和地基土指标间的关系,来估算单桩竖向的抗压承载力,但是估算值通常会和实际的承载值存在着差距,因此,要将估算值,通过试桩以及试打桩来进行验证,并根据验证接过来适当地调整.同时,设计施工图纸时,还会通过静载荷试验来获取较为准确的桩承载力和其他相关的设计参数,这种方式对于地理环境较为复杂的桩基础建设有很大的帮助.在实际施工中,由于时间的限制,工作人员会根据勘察报告上的数据,来进行桩基础的测试,并根据估算的承载力值[3],来进行桩基础的设计和施工,要尽可能地将误差控制在最低范围内,否则,误差过大,就会对建筑造成不良的影响.

 

　　某市建筑工程项目中,需要建筑起一栋商业住宅区,设计规划阶段,将建筑确定为 20 层,其中地上 19 层,地面下负一层,工作人员在设计时,结合地质勘察报告上的数据,选用的 D400 型号的预应力管桩,管桩的长度的约为 20m,并对单桩承载力进行估算.实际工程建筑的中,通过试桩得到的实际承载力比估算值提高了近 33%.采用的是试验值,使得工程的投资成本大大降低,提升了工程建筑的效益.从中可以看出,通过试桩可以降低桩基础施工的难度,同时避免材料的浪费.

 

　　2. 2 传统设计误区

 

　　现代社会,高层建筑是较为普遍的,各种居民楼、写字楼、酒店等高耸林立,很多住宅楼都是采用的剪力墙结构,这种结构的整体刚度较大,并且刚度和荷载均匀地分布,建筑结构的上部刚度,对于基础的沉降起到的的作用较大,在结构的设计方面更为便利.但是,办公楼以及酒店等高层建筑,用的是框架核心筒和框架剪力墙结构,也有的采用的是框支剪力墙或者筒中筒结构,这类结构的整体刚度要次一些.刚度和荷载不均匀的分布,上部结构和地基桩基之间的有着更为复杂的作用,桩基础的设计难度提升.这种结构如果在工程建设中没有恰当的处理,就会引发多种问题.

 

　　2. 3 变动刚度的设计细则

 

　　( 1) 调整桩土支撑刚度.将调整的桩土的支撑刚度作为设计原则,由地质条件、荷载以及上部的结构进行布局,并要充分考虑到它们之间的联系和相互作用,采取强弱结合的方式,将增沉和减沉相结合,通过这种刚柔并重,整体协调的方式,针对具体的情况,采取差异沉降,将承台的内力尽量减小.对桩土支撑的刚度,实际的操作中要进行充分严密的度量.对于单桩,桩的承载力与其支撑的刚度呈现正相关性,而群桩,由于支撑的刚度,随着桩数量的增加以及桩距的减小而不断降低,会产生群桩效应.

 

　　( 2) 剪力墙结构的变刚度设计.对于剪力墙结构而言,它的整体刚度较好,并且荷载会通过墙体传输给基础,呈现均匀地分布.而对于荷载较大的楼梯间和电梯井,应该对布桩加以强化.在布桩时候,要将基桩布置在墙下,而墙体的交叉处和墙体的拐角处,更易于布桩,如果承台和基土之间没有脱空,也可以采用复合型桩基.

 

　　( 3) 桩基施工压桩力低于设计的承载力.某市建筑的高层建筑,采用 D400 型号的预应力管桩,要通过地质进行仔细地勘察,根据报告显示的单桩承载力是 660KN,在进行试打桩试验时,四根桩连接起来最大压桩力是 300KN,相比于承载力,要小很多.经过设计者的研究分析,各土层的设计也都与建筑要求相符合,并且周边工程的地质勘察结果也都显示出准确的结果.经过一段时间后,再次试桩表明,试验的承载力与之前的结果相一致,能够满足设计的要求.

 

　　3 结束语

 

　　高层建筑越来越多,成为城市的典型标志.而桩基础在高层建筑是最为常用的,但是作为一项比较的繁琐的工程的,设计和施工者要统筹各个环节,将其合理的、科学的应用其中,保证建筑的质量高、造价低.

 

　　参考文献

 

　　[1]揭智渊. 浅谈建筑桩基础设计[J]. 中华建设,2016( 04) .

　　[2]张海殿. 桩基础设计施工中应注意的问题[J]. 中华民居( 下旬刊) ,2014( 01) .

　　[3]苏俊梅. 桩基础的设计与应用[J]. 科技风,2013( 10) .