建筑工程結構中樁基礎設計

王明媚

摘 要：基礎是建筑物最重要的組成部分之一，很大程度上決定了建筑物的使用壽命和安全性，目前樁基礎已經成為我國建筑工程實踐中被廣泛應用的基礎形式，設計人員應在工程實踐過程中不斷發現問題、總結問題，在新的工程中運用已有的經驗，選擇合理、經濟的設計方案，選擇合適的樁基礎類型，做好樁基礎設計。

關鍵詞：建筑結構；樁基礎；設計

1 前言

近年來，城市建筑用地日趨緊張，建筑已經成為城市建筑工程規劃和建設的主流趨勢。隨著我國城市建筑的數量增加，規模越來越大，人們對城市建筑的質量也提出了越來越高的要求。在建筑工程施工中應用樁基礎施工技術，很大程度上滿足了人們對建筑工程施工安全和質量的雙重要求。

2 樁基礎設計概述

2.1 樁基礎

樁基礎由樁基和承臺兩部分組成，承臺位于樁頂處。根據承臺位置不同，樁基礎又分為低承臺樁基礎和高承臺樁基礎，前者指承臺底面與土接觸，樁身全部埋于土中的樁基礎；后者指承臺底部位于地面以上，樁身上部露出地面的樁基礎。通常的建筑都設計為低承臺樁基礎，樁基礎在高層建筑中應用廣泛。

2.2 樁基礎設計

樁基礎設計指：根據工程要求、地質勘察資料、施工條件，來確定樁基礎的類型、樁斷面的尺寸和長度、樁的數量、單樁承載力特征值、平面布置、承臺的尺寸與構造等，再根據承受的荷載進行樁基承載力的驗算，估算樁基礎沉降量、驗算樁和樁承臺的強度。

2.3 樁基礎特點與分類

（1）特點。較高的承載力：樁支承在堅硬或較硬的持力層中，如基巖、密實的卵礫石層、中密砂、硬塑粘性土等，在豎向單樁承載和群樁承載方面都具有很高的承載力，足以達到承擔高層建筑全部豎向荷載的水平，包括偏心荷載。較大的豎向剛度：樁基具有較大的單樁剛度、群樁剛度，當自重、相鄰荷載對其產生影響時，不會產生過大的不均勻沉降，且建筑物的傾斜在一定范圍內。較高的穩定性：單樁、群樁基礎所具有的巨大側向剛度和整體較強的抗傾覆能力，可以抵御地震和風引起的力矩荷載、水平荷載，確保高層建筑的抗傾覆穩定性。較好的抗壓與抗拔承載力：因樁身穿過可液化土層，堅實地固定在深土層或基巖層，使其深部具有很強的抗壓與抗拔承載力來抵抗因地震和淺部土層液化等因素產生的影響，尤其是在高層建筑中，能確保穩定性，沉陷和傾斜現象不明顯。

（2）分類。從樁基礎的受力原理劃分，可分為兩類：摩擦樁和端承樁，前者利用基樁與樁側土的摩擦力來承載構造物，分抗拔樁和抗壓樁，大致用于持力層較深或地基土無堅硬之持力層；后者原理為使基樁支承于持力層之上，承載上部建筑物、構筑物。按照施工方式劃分，可分為：預制樁和灌注樁，預制樁系通過打樁機將預制的鋼筋混凝土樁打入地下，具有節省材料、施工速度快、造價低等優點，但其對場土質有一定的要求，亦有擠土等不良特點；灌注樁系在施工現場鉆孔、沖孔或人工挖孔等成孔方式成孔后，然后將鋼筋籠放入進行混凝土澆灌，具有穿越各種硬夾層、進入堅硬的持力層的特點，同時，樁徑及單樁的承載力的調整空間較大，成樁質量可靠度較高，更適合應用于高層建筑。

3 變剛度調平的設計原則與應用

3.1 傳統設計思想的誤區

我國目前建造的高層建筑中有住宅、辦公樓酒店等，其中住宅大多采用剪力墻結構，其結構體系整體剛度大，荷載與剛度分布較為均勻，上部結構的剛度對基礎的均勻沉降的貢獻大，設計上較為方便。但像辦公樓酒等高層建筑主要采用框架核心筒結構、框架剪力墻結構，部分采用框支剪力墻結構、筒中筒結構，此類結構體系整體剛度較差。荷載與剛度分布不均勻，上部結構與樁基礎、地基之間的相互作用更為復雜，樁基礎設計難度較大，此類結構工程中由于設計不當而引發的問題較多。根據某一均勻布樁的框架剪力墻結構的實際沉降觀測資料，樁頂反力在底板自重作用下呈近似均勻分布，隨著結構的剛度與荷載的增加，外圈反力增幅大于內部，經過沉降反應，最后樁頂反力呈現馬鞍形分布。這樣的馬鞍形反力分布必然加大承臺的整體彎矩，不僅使承臺本身內力的增大及材料的消耗，而且承臺的撓曲差異變形也將增大，從而引起上部結構的次應力。對于上述的馬鞍形樁土反力分布，實測的樁筏基礎的沉降卻與反力分布相反，呈碟形分布，表面看起來，反力小的內部沉降大，反力大的外圈沉降小是種矛盾的反常現象，其實這正反映了半無限體在局部荷載作用下的樁土應力和變形的本質現象，內部樁的相互影響導致變形的疊加強于外圈樁，從而豎向支承剛度降低、沉降增加、反力減少，于是，馬鞍形反力分布和碟形沉降就此形成。為了改善馬鞍形樁反力，有的設計人員往往會加大外圍的基樁的承載力來彌補外圈柱的承載力的不足，殊不知，越加大外圈樁的剛度，馬鞍形樁反力差異反而更大，導致惡性循環。正確的方法應該是弱化外圈樁的豎向剛度，適合加強內部樁的支承剛度，來實現支承剛度與荷載集度分布相協調，讓樁反力分布合理、承臺的內力減小，沉降趨于均勻。

3.2 變剛度調平設計原理及細則

（1）調整樁土支承剛度分布以調整樁土支承剛度分布為原則，由荷載、地質條件和上部結構布局，考慮相互作用效應，采取強化與弱化結合，減沉與增沉結合，剛柔并濟，整體協調，實現差異沉降、承臺內力最小化目標。關于樁土支承剛度，在實際設計操作中近似以樁土承載力進行度量。對單樁，支承剛度與樁承載力呈正比關系，對于群樁，尚應考慮支承剛度隨樁數增加、樁距減小而降低的群樁效應。

（2）減小相互作用效應對于框-筒結構，應減小各區位應力場的相互重疊對核心區有效剛度的削弱，基樁布局宜做到豎向錯位或水平面拉開距離。核心區設計為普通樁基，外圍框架設計為復合樁基。當地基承載力滿足平均荷載要求時，對于180m以下高層建筑，可于核心筒區以局部剛性樁復合地基增強，外圍框架區采用天然地基。

（3）剪力墻結構的變剛度調平設計剪力墻結構的整體剛度好，而且荷載由墻體直接傳給基礎，分布較均勻。同樣對于荷載較高的電梯井和樓梯間應強化布樁。基樁宜布置于墻下，對于墻體交叉和拐角處宜予布樁。當地基土不存在與承臺脫空時，可采用復合樁基。

參考文獻：

[1] 周幼平，葛華永.試論建筑工程土建施工中樁基礎技術的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（20）：1025～1026.

[2] 王啟錢.試論建筑工程土建施工中樁基礎技術的應用[J].建筑工程技術與設計，2015（23）：191.