芻議樁基工程基礎(chǔ)設(shè)計要點

劉吉光

杭州鐵路設(shè)計院有限責任公司 310006

摘要：世界各城市的生產(chǎn)和消費的發(fā)展達到一定程度后，莫不積極致力于提高城市建筑的層數(shù)。實踐證明，高層建筑可以帶來明顯的社會經(jīng)濟效益。高層建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計無論是在造價還是在結(jié)構(gòu)上都占據(jù)著重要的位置。本文從樁形選擇、樁長設(shè)計、樁偏差處理、質(zhì)量問題等幾個方面出發(fā)，對樁樁基礎(chǔ)設(shè)計中的常見問題進行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；樁型；基礎(chǔ)設(shè)計

樁基工程作為高層建筑的基礎(chǔ)之石，是一項繁重而復(fù)雜的過程，在此過程中設(shè)計人員應(yīng)在深刻理解規(guī)范的基礎(chǔ)上，注重概念設(shè)計，選擇合適的樁型，優(yōu)化樁的布置方式，正確合理的使用計算軟件，使上部結(jié)構(gòu)荷載直接、有效、分散的傳遞到土中，統(tǒng)籌兼顧，從各方面使之合理化，做到“安全適用、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、確保質(zhì)量、保護環(huán)境”。

一、靜載荷試驗

目前的樁基礎(chǔ)設(shè)計過程往往受到時間的約束。首先根據(jù)地質(zhì)報告提供的參數(shù)確定單樁承載力設(shè)計值，根據(jù)這個估算的單樁承載力直接進行樁基礎(chǔ)設(shè)計并施工，等工程樁施工結(jié)束后再挑選試樁進行靜載荷試驗。這個過程具有相當?shù)牟豢茖W(xué)性，結(jié)果符合估算要求則皆大歡喜，否則因工程已施工完畢補樁困難，且有時因地質(zhì)報告有出入會給施工帶來諸多不便。

主要存在兩個問題：一是根據(jù)地質(zhì)報告提供的樁周土摩擦力標準值及樁端土承載力標準值由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）計算的場區(qū)單樁承載力標準值是一個經(jīng)驗數(shù)值，不宜直接采用。近年來筆者通過各類樁基礎(chǔ)中試樁及工程樁的檢測，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁的實際承載力均大于計算值，有些相差較大，因此按試樁獲得的實際承載力將會比按勘察報告估算的承載力來布置基礎(chǔ)會產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益；二是當場地不均勻或地質(zhì)報告數(shù)值有偏差的情況下，不進行試樁而直接按地質(zhì)報告進行工程樁施工將給施工帶來巨大的困難且造成不必要的浪費。

二、合理選擇樁型及樁長

樁基礎(chǔ)設(shè)計中對樁型及樁長的合理選擇均會對基礎(chǔ)設(shè)計產(chǎn)生重大的影響，合理的樁型及樁長選擇將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。筆者在某項住宅設(shè)計中，起初考慮時間原因采用D400的預(yù)應(yīng)力管樁，根據(jù)地質(zhì)報告采用樁長L=16m，單樁承載力極限標準值為850kN，預(yù)算基礎(chǔ)部分造價約為160元/m2，在整個住宅造價中占了相當大的比例；隨后筆者結(jié)合本工程特點，樁長不變，將樁型改為250×250的預(yù)制鋼筋混凝土小方樁，單樁承載力極限標準值為600kN，采用小方樁后預(yù)算造價約為90元/m2，綜合經(jīng)濟價值明顯。由此可見，選擇合理的樁型對工程的造價產(chǎn)生巨大的影響。

同樣，樁基礎(chǔ)設(shè)計中樁長的選擇也至關(guān)重要。在某一高層住宅樁基礎(chǔ)設(shè)計中，根據(jù)勘察報告采用D500預(yù)應(yīng)力管樁，可選樁長有：樁長25m，單樁承載力特征值Ra=900kN；樁長34m，單樁承載力特征值Ra=1300kN。采用25m樁，約需要樁數(shù)290根；采用34m樁，則需要樁數(shù)200根。從樁本身而言，兩種方案總的工程樁延米數(shù)量相當，但仔細分析可知：采用25m樁為滿樘布樁，所需筏板厚約為1200mm；采用34m樁為墻下布樁，筏板厚可減至900mm，經(jīng)濟效益明顯。因此，設(shè)計人員在樁基礎(chǔ)設(shè)計中一定要考慮施工可行性等多方面進行多種方案比較，選擇合理的樁型與樁長。

三、關(guān)于樁位偏差的控制和處理

樁基礎(chǔ)施工中必須嚴格控制樁位偏差，特別是對于承臺樁及條形樁，樁位偏差將產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力使樁基礎(chǔ)設(shè)計處于不安全的狀態(tài)。對于樁位偏差的控制主要在兩方面：其一，樁位的豎向偏差。當樁端位于一般土層時，應(yīng)以控制樁端設(shè)計標高為主，貫入度為輔。2008年樁基規(guī)范沒有樁頂偏差具體要求，參見《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第7.4.12條規(guī)定控制樁頂標高的允許偏差為-50～+100mm，但實際施工中偏差通常遠比規(guī)定大。當樁頂標高高于設(shè)計標高時，則需劈樁，對于預(yù)應(yīng)力管樁等空心樁來說，樁頂有樁帽，劈樁既困難又不經(jīng)濟；而當樁頂標高低于設(shè)計標高時，又需補樁頭，這既影響工期又浪費金錢。因此施工單位在施工過程中必須嚴格控制樁頂標高，盡可能地使工程樁標高同設(shè)計一致。其二，樁位的水平偏差。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第7.4.5條規(guī)定斜樁傾斜度的偏差不得大于傾斜角正切值的15%，在施工過程中發(fā)現(xiàn)樁位偏差較大則應(yīng)及時補樁處理。針對4～16根承臺的樁基，JGJ94-2008規(guī)范第7.4.5條中規(guī)定允許偏差為1/2樁徑或1/2邊長。筆者強調(diào)實際施工時，樁放樣復(fù)測位置及垂直度不得大于0.5%，沉樁中也應(yīng)分段復(fù)測樁位的偏差和垂直度偏差。

另外，對于小直徑樁（D≤250）必須對其樁位偏差進行嚴格控制而不應(yīng)按上述規(guī)范標準，筆者建議對承臺樁可控制70mm；對于條形承臺則區(qū)分垂直于條形承臺方向50mm，平行于條形承臺方向70mm，這些要求必須在施工前予以明確。當然樁位偏差滿足規(guī)范或設(shè)計要求僅代表樁基本身驗收合格，而對于由此引起的承臺整體偏心或基礎(chǔ)高度損失則必須另行處理，可以采取增加承臺剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決承臺整體偏心的問題，實際工程中需針對具體情況相應(yīng)處理。

四、承臺、聯(lián)系梁、承臺梁、筏板的計算

4.1 樁承臺應(yīng)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(nèi)的直錨長度應(yīng)滿足《JGJ 94-2008》4.2.5條，且樁頂縱向主筋錨入承臺內(nèi)的長度應(yīng)滿足《JGJ 94-2008》4.2.4條。對雙柱聯(lián)合樁基承臺，當兩柱之間出現(xiàn)負彎矩時應(yīng)設(shè)置暗梁或者在承臺頂部配筋。

4.2 承臺與承臺之間一般應(yīng)設(shè)聯(lián)系梁。聯(lián)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(gòu)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(gòu)件計算。在抗震設(shè)防區(qū)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(lián)系梁上有隔墻時，聯(lián)系梁按拉彎構(gòu)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。

4.3 當采用剪力墻下設(shè)置承臺梁，承臺梁下布樁時，樁應(yīng)盡量布置在墻下，以減少承臺梁內(nèi)力及配筋。承臺梁計算經(jīng)常出現(xiàn)抗剪、抗彎不足，一般都調(diào)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(lián)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(chǎn)生的彎矩、剪力。應(yīng)注意承臺梁的計算應(yīng)采用JCCAD里面的“樁筏筏板有限元計算”模塊，而不是“基礎(chǔ)梁板彈性地基梁法計算”模塊。

五、施工中關(guān)于特殊情況的處理

樁基達到其極限承載力而無法壓至設(shè)計標高。兩種原因?qū)е拢阂皇堑刭|(zhì)報告有誤，樁實際承載力大于計算值，必須先做試樁以確定其合理的樁長及承載力；二是由于土層本身原因，譬如飽和砂土產(chǎn)生的孔隙水壓力使樁基根本無法壓入，這需要從施工措施上去解決。首先，必須制定合理的施工順序，例如跳打，使先期施工的樁產(chǎn)生的水壓力消散后再施工下一根樁；其次，對靜力壓樁來說，必須選擇有足夠壓樁力的施工機械，避免抬機現(xiàn)象出現(xiàn)；另外，采取引孔、設(shè)置排水孔等措施盡量減少空隙水壓力。壓樁時必須注意壓樁力應(yīng)控制在樁身極限強度范圍以內(nèi)，且應(yīng)注意壓樁擠土作用對周邊建筑物的影響。

管樁裂縫。預(yù)應(yīng)力管樁以其強度高、制作周期短、比預(yù)制樁節(jié)省材料等優(yōu)點在工程設(shè)計中廣泛應(yīng)用，但其也存在受剪能力差的不足之處。工程實踐中由于垂直度偏差或擠土等原因常會使管壁產(chǎn)生裂縫而影響質(zhì)量。分析偏差資料后，可發(fā)現(xiàn)垂直度偏差<0.5%的管樁，管壁基本無裂縫；而垂直度偏差>0.5%的管樁，管壁均已產(chǎn)生裂縫，這說明承載力已受影響，應(yīng)對此類樁先糾偏再灌芯處理，使裂縫部位的傳力通過灌芯部分混凝土傳遞，經(jīng)最終靜載荷試驗證明是切實可行的才可以。因此，管樁的實際施工中一定要注意控制好垂直度。因為樁基工程是繁重復(fù)雜，設(shè)計人員必須考慮到每一個環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌兼顧，才能使各方面合理化。

六、結(jié)束語

綜上所述，隨著國家經(jīng)濟發(fā)展以及對城市基礎(chǔ)設(shè)設(shè)施的加大投入，城市中各類高層建筑拔地而起，作為高層基礎(chǔ)部分的樁基礎(chǔ)往往在整個建筑物投資中占了很大比例。因此，選擇合理的樁基礎(chǔ)形式對保證安全、節(jié)約投資、降低造價具有舉足輕重的作用。

參考文獻：

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