淺析房屋建筑結構設計中的樁基礎設計

文/易亮 湖南省建筑設計院有限公司 湖南長沙 410000

1、常用樁基礎類型

根據成樁方法，建筑工程中常用樁基礎類型分為預應力高強混凝土管樁基礎、灌注樁基礎。灌注樁基礎又分為鉆孔灌注樁基礎、旋挖成孔灌注樁基礎、人工挖孔樁基礎、沖孔樁基礎。

2、各類樁基礎特點及適用范圍

2.1 預應力高強混凝土管樁基礎

預應力高強混凝土管樁（PHC）因其適用范圍廣、造價低、成樁質量可靠、施工速度快等優點得到廣泛應用。

PHC樁適用于以人工填土、軟土、粘性土、粉土、粉砂、細砂、中砂為覆蓋層的地區，持力層一般為粗砂、礫砂、圓礫、強風化巖，入土深度一般為10m～50m。

2.2 灌注樁基礎

灌注樁基礎具有豎向、水平承載力高、樁徑可根據上部豎向荷載不同選用不同樁徑，樁長根據地質情況不同靈活選擇，沒有接頭等優點。但有樁身質量不易控制、成樁速度慢、除人工挖孔灌注樁以外的水下灌注樁樁底沉渣不易清理干凈影響豎向承載力等缺點。

灌注樁基礎一般以圓礫、強風化巖、中風化巖及微風化巖作為樁端持力層。

3 、樁基礎設計中應注意的幾個問題

3.1 樁基礎的選型

樁基礎設計中的基礎選型是基礎設計過程中至關重要的一個環節。基礎方案的合理與否直接決定著基礎造價的高低及施工周期的長短。因此，方案選型階段應根據地勘報告并結合上部結構特點從樁基礎形式、成樁可行性、上部建筑對樁基礎承載力要求、是否需抗浮、沉降控制要求、基礎造價等方面進行仔細分析，必要時還需進行現場踏勘、試驗。

一般情況下，當基巖埋深較深、上部土層為人工填土、淤泥、粘性土、粉土、細砂、圓礫等土層時，可優先采用預應力管樁基礎，以風化巖、圓礫、中砂層等作為持力層。選用預應力管樁時，應注意其成樁的可行性，當持力層以上有孤石、較密實的砂層、圓礫層等難以穿越的土層時，管樁成樁困難，斷樁率高。這種情況可采取以下措施：a、改灌注樁基礎；b、如密實土層埋藏較淺可采用引孔的方式穿越密實土層，但引孔費用較高，采取此措施應綜合對比造價之后確定；c、如設計樁頂標高至密實土層有一定深度，如有效樁長大于6m以上，且底板以下土層為粘性土等具有一定承載力的土層，可將持力層改為上部密實土層，將管樁改為復合地基，樁土共同受力。筆者曾參與的一個項目即按第三種方案處理，并取得了較好的經濟效益。

當基巖上部覆蓋土層較薄，或采用預應力管樁成樁困難時，宜選用灌注樁基礎。灌注樁基礎根據施工方式不同，又分為鉆孔灌注樁基礎、旋挖成孔灌注樁基礎、人工挖孔樁基礎、沖孔樁基礎。目前在湖南地區最常用的灌注樁基礎為人工挖孔樁基礎和旋挖成孔灌注樁基礎。當地下水較少、基巖埋深不深、時可采用人工挖孔樁基礎。基巖承載力不高時，還可擴底，擴底大小可根據樁身承載力確定。此外，如地下室整體抗浮不滿足要求，可采用人工挖孔擴底樁抗浮。根據《建筑樁基技術規范》5.4.5條可知，擴底樁可通過較短的樁長提供較大的抗拔承載力。對于豎向荷載較小的純地下室，可以選擇基巖以上土層如強風化、圓礫等承載力較小的土層作為持力層，既能滿足向下的豎向荷載，也能滿足抗拔承載力要求。

目前，由于人工單價的不斷增長，以及對于施工安全方面的考慮，人工挖孔樁的適用范圍已經越來越小。如廣東地區已經嚴格限制使用人工挖孔灌注樁基礎，湖南地區將樁長大于16m的人工挖孔灌注樁基礎，列為危險性較大的分部分項工程，需要編制專項施工方案及組織專家論證通過。而旋挖灌注樁由于施工機械的技術進步、施工速度快、單價較人工挖孔樁低等優點得到越來越普遍的應用。

3.2 地勘報告合理性判斷

對于地勘單位提供的基礎形式建議，作為設計者應結合上部結構荷載、底板標高位置持力層等具體情況綜合分析比較。實際工程中，部分地勘報告取值較保守，在本可以采用筏板基礎等淺基礎的條件下，建議采用樁基礎。如筆者在長沙設計的一個項目，塔樓為22層框筒寫字樓，一層地下室。地質條件簡單，底板標高已接近于強風化板巖，考慮筏板基礎厚度后，筏板底均已進入強風化板巖。但地勘報告建議采用旋挖灌注樁或沖孔樁。后與地勘單位商議，并通過現場載荷板試驗，改為筏板基礎，地基承載力特征值350kPa。筆者另一個在湘潭的項目，33層剪力墻公寓，地下室底板位于圓礫層，地勘提供的承載力特征值320kPa，同樣建議采用旋挖灌注樁基礎。通過現場載荷板試驗，承載力滿足要求。修正后地基承載力特征值達到550kPa，筏板基礎厚度1.6m。目前項目已完工，沉降滿足要求。樁基礎改筏板基礎不僅降低了工程造價，且大大加快了施工進度，經濟效益顯著。

3.3 樁基礎計算

目前主流的結構計算軟件均可直接接力上部結構計算結果進行基礎設計計算。但設計參數的輸入正確與否對樁基礎設計是否安全合理至關重要。如樁剛度的選取、是否考慮上部結構剛度、計算方法采用彈性地基梁法或者倒樓蓋法等。

一般樁剛度的取值宜根據試樁結果確定，即樁的豎向剛度=樁承載力特征值(kN)/對應的樁頂沉降(m)，由試樁報告中的Q-S曲線的斜率求得。樁剛度大小直接影響樁計算反力大小，樁反力大小又影響其上部承臺、筏板的厚度和配筋，因此，樁剛度應在合理范圍內取值。

對于高層建筑，上部結構剛度一般均較大，基礎設計考慮上部剛度影響，可使樁反力更均勻，配筋更經濟合理。

對于樁基礎計算方法，一般應采用彈性地基梁法計算，以考慮樁基沉降對承臺、樁筏配筋的影響。

4 、樁基礎優化設計

樁基礎在整個建筑物造價中占有相當比例，設計過程中應注意其優化設計。可從以下幾個方面進行優化：（1）樁基礎正式施工前，進行試樁，并進行破壞性試驗，以取得其最大承載力。根據筆者經驗，大部分樁基礎試樁承載力均大于設計估算承載力10%～30%左右。通過試樁結果，提高原設計估算樁基承載力特征值，可優化樁數量或減小樁長。（2）考慮樁土共同作用。對于較小的獨立承臺，不宜考慮樁土共同作用。而對于較大的樁筏基礎，當筏板底持力層土質較好時，可考慮樁土共同作用，合理選取基床反力系數，優化樁數。（3）對于灌注樁基礎，宜采用單柱單樁，或在墻下布樁，減小承臺大小和高度。筆者曾優化過一個項目，該項目為框支剪力墻結構，基礎采用旋挖成孔灌注樁基礎，樁端持力層為中風化石灰巖，樁基承載力由樁身強度控制。原設計框支柱下均采用三樁承臺，樁徑1m，承臺高度2.6m。優化后，框支柱下均改為單柱單樁，樁徑1.5m，承臺高度改為0.9m，大大節約了工程造價并節約了工期。

結語：

總之，每個工程特點不同，地質情況千差萬別，樁基礎設計相比上部結構設計更加多變。設計時需要綜合考慮各種因素，統籌兼顧，才能做出既安全可靠，又經濟合理的設計產品。

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