簡議樁基礎設計

盧喜經

【摘 要】通過對樁基豎向承載力計算分析入手，闡述在JCCAD中如何正確按規范要求布樁，同時指出了幾種優化樁基設計的方法，對樁的選型做了簡述，對承臺、聯系梁、承臺梁、筏板的計算應注重的問題、構造做了一些總結。

【關鍵詞】豎向承載力；JCCAD；樁基優化；樁型選擇；承臺、聯系梁、承臺梁、筏板

【中圖分類號】TU470 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0245-01

0引言

樁基礎具有整體性好，承載力高和沉降量小、結構布置靈活等優點，在結構設計中廣為采用，尤其在高層建筑中應用更為普遍。而中國建筑科學院編制的PKPM基礎CAD設計軟件JCCAD是廣大設計人員常用的軟件之一。本文就如何安全、合理、經濟的設計樁基礎，并且正確使用JCCAD軟件做一些分析，供設計人員參考。

1 樁基的豎向承載力計算與JCCAD中荷載的選擇

根據《建筑樁基技術規范》JGJ 94-2008，樁基的豎向承載力計算應符合下列要求：（1）荷載效應標準組合：①軸心豎向力作用下Nk≤R；②偏心豎向力作用下除滿足①還應滿足Nk≤1.2R（2）地震作用效應和荷載效應標準組合：③軸心豎向力作用下NEk≤1.25R；④偏心豎向力作用下除滿足③還應滿足NEk≤1.5R。在上述條件下樁頂荷載值是逐漸增大的，同時樁的承載力也是逐漸增大的，設計中必須同時滿足以上條件。那么什么情況下是軸心豎向力？什么情況下是偏心豎向力？可以做一整體假設：假如上部結構重心和基礎形心重合，在荷載效應標準組合下以及豎向地震作用下上部結構對基礎形心只有軸向力而無彎矩，即軸心作用；在風荷載以及水平地震作用下，有軸力也有彎矩，即偏心豎向力。整體而言：風荷載和水平地震作用在整體上并不改變建筑的重量，對基礎只是產生剪力和彎矩。因此我們在布置樁時，一條最基本的原則就是：在滿足①要求的同時，也滿足②、③、④要求，盡量不要增加多余的樁來承擔由于水平力產生的偏心豎向力。

2 樁基的優化

（1）活荷載折減。按照《建筑結構荷載規范》4.1.2條活荷載折減，把這一折減系數填在JCCAD中，程序默認系數為1.0，程序有自動折減選擇，但這一折減系數僅針對荷載規范表4.1.1（1）項建筑類別，因此設計人員應根據建筑功能、層數選擇合適的折減系數填入計算。

（2）對摩擦型樁基，符合《JGJ 94-2008》5.2.4條時，可考慮承臺效應確定復合基樁的豎向承載力特征值，讓承臺下地基土承擔一部分豎向力。

（3）在進行樁筏基礎設計時，經常會出現地基反力大于單樁承載力的情況。此時可以通過調整基床反力系數K值，相應增加地基土所承擔的反力值，但又不超過地基土的承載力，從而降低樁端反力，達到使其小于單樁承載力的目的。一般而言，地基土所承擔的上部荷載值大概占10%左右。

（4）通過破壞試驗確定單樁承載力設計值。樁基設計，一般先根據巖土工程勘察報告所提供的土層參數值估算單樁承載力設計值。根據這個估算的承載力設計值進行樁基礎設計，然后再通過靜載試驗復核是否滿足單樁承載力設計值。這樣做，多數情況下樁的實際承載力大于設計值，有的甚至相差幅度較大。因此有條件時，建議樁采用破壞性實驗，準確科學的確定單樁承載力設計值來進行樁基礎設計，可以取得比較好的經濟效益。

3 樁型的選擇

樁型的選擇應根據建筑物的使用要求、上部結構類型、荷載大小、工程地質情況、施工設備和條件及周圍環境等因素綜合考慮確定：

（1）預制樁適宜用于持力層層面起伏不大的強風化巖層、風化殘積土層、砂層和碎石土層，且樁身穿過的土層主要為高、中壓縮性黏性土層。所穿越土層中存在孤石或者從軟塑土層突變到特別堅硬層的巖層，均不適宜采用預制樁。

（2）沉管灌注樁適宜用于持力層起伏較大，且樁身穿越的土層主要為高、中壓縮性黏性土層。對于樁群密集，且為高靈敏度軟土，則不適宜采取打入式沉管灌注樁，而且沉管灌注樁施工質量很不穩定，在工程中的應用受到限制。

（3）鉆（沖）孔灌注樁使用范圍最廣，通常適宜用于持力層層面起伏較大，樁身穿越各類土層及夾層多、風化不均、軟硬變化大的巖層。但鉆（沖）孔灌注樁施工需要泥漿護壁，如施工現場受限制或者環境保護有特殊要求則不宜采用。

（4）人工挖孔樁適宜用于地下水埋藏較深，或者地下水埋藏較淺但能采用井點降水且持力層以上無流動性淤泥質的地層。成孔過程中可能出現流砂、涌水、涌泥的地質不宜采用人工挖孔樁。

4 承臺、聯系梁、承臺梁、筏板的計算

（1）樁承臺應滿足受彎、受剪、受沖切、局部受壓，承臺厚度一般由受沖切控制，同時柱縱筋在承臺內的直錨長度應滿足《JGJ 94-2008》4.2.5條，且樁頂縱向主筋錨入承臺內的長度應滿足《JGJ 94-2008》4.2.4條。對雙柱聯合樁基承臺，當兩柱之間出現負彎矩時應設置暗梁或者在承臺頂部配筋。

（2）承臺與承臺之間一般應設聯系梁。聯系梁的截面尺寸及配筋按下述方法確定：以柱剪力作用于梁端，按軸心受壓構件確定其截面尺寸，寬度不宜小于250mm，高度一般為承臺中心距的1/10～1/15；配筋則取與軸心受壓相同的軸力，按軸心受拉構件計算。在抗震設防區也可取柱軸力的1/10為梁端拉壓力確定截面尺寸及配筋。當聯系梁上有隔墻時，聯系梁按拉彎構件計算配筋，可以把計算的彎矩及軸力輸入PKPM計算軟件GJ模塊快速計算。

（3）當采用剪力墻下設置承臺梁，承臺梁下布樁時，樁應盡量布置在墻下，以減少承臺梁內力及配筋。承臺梁計算經常出現抗剪、抗彎不足，一般都調整承臺梁截面寬度、高度等，在條件允許的情況下，可以把地面以下至承臺梁頂面的剪力墻墻肢加長，使獨立的墻肢之間的距離縮短或者聯系起來，增強承臺梁與上部剪力墻剛度，使承臺梁與相鄰剪力墻共同工作，使之更有利于承受上部荷載產生的彎矩、剪力。應注意承臺梁的計算應采用JCCAD里面的“樁筏筏板有限元計算”模塊，而不是“基礎梁板彈性地基梁法計算”模塊。

（4）當采用樁筏基礎時，應注重“變剛度調平”，在荷載較大處布置密樁、長樁、較大直徑樁，改變樁基剛度使建筑物沉降均勻，從而降低筏板內力及配筋。筏板的配筋采用JCCAD里面的“樁筏筏板有限元計算”模塊計算，筏板配筋局部較大時，可合理考慮上部結構剛度，考慮基礎和上部結構共同工作，使基礎剛度大大增大，從而增大抵抗上部結構傳來不均勻荷載的能力，減少變形差，減少內力和配筋。

5 結束語

樁基工程是一項繁重而復雜的過程，在此過程中設計人員應在深刻理解規范的基礎上，注重概念設計，選擇合適的樁型，優化樁的布置方式，正確合理的使用計算軟件，使上部結構荷載直接、有效、分散的傳遞到土中，統籌兼顧，從各方面使之合理化，做到“安全適用、技術先進、經濟合理、確保質量、保護環境”。