典型綜合樓樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

張 勝 程中林 鄭 雷 査 力

（蕪湖中安電力設(shè)計(jì)院有限公司 安徽蕪湖 241000）

引言

樁基礎(chǔ)作為一種改良地基性能和改善力學(xué)傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，其承載力和安全性直接影響工程建設(shè)的質(zhì)量，是工程建設(shè)的重要內(nèi)容。由于用樁量與工程造價(jià)兩者之間成正比關(guān)系，如何在工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性獲得平衡成為工程建筑需要解決的難題之一。學(xué)者們就此展開深入研究，在樁基類型、施工工藝和設(shè)備、樁基理論和設(shè)計(jì)方法等領(lǐng)域均取得了很大的成果。[1～5]

本文以某中學(xué)6#綜合樓樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工程為例，從實(shí)際工況和地質(zhì)情況出發(fā)，選取預(yù)制樁進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，并對(duì)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，希望為相似工程提供借鑒案例。

1 工程概況

本案例中建筑采用框架結(jié)構(gòu)，其中柱截面為800×600mm2，由于使用用途為中學(xué)綜合樓，因此須滿足二級(jí)安全級(jí)別。荷載方面，對(duì)基礎(chǔ)頂面采用2組不同的基本組合設(shè)計(jì)值，其中M、H作用于柱的長(zhǎng)邊方向且均為從左指向右：

①軸向力 F=5275kN；彎矩 M=475kN·m；H=150kN；

②軸向力 F=3700kN；彎矩 M=650kN·m；H=180kN。

2 工程地質(zhì)條件

通過施工前的調(diào)查取樣，發(fā)現(xiàn)施工區(qū)域土層呈現(xiàn)7層分布態(tài)勢(shì)：第一層為人工填土，土層厚度1m，未完成自重固結(jié)；第二層為淤泥質(zhì)土，土層厚度16m，性能呈軟塑狀；第三層為粘土，土層厚度2m，性能呈可塑狀；第四層為粉質(zhì)黏土，土層厚度1m，性能表現(xiàn)為硬塑；第五層為強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖，土層厚度8.25m，風(fēng)化強(qiáng)烈；第六層為軟黏土，呈軟塑，可塑狀；第七層為堅(jiān)硬巖，風(fēng)化強(qiáng)烈。此外，本工程中地下水位到地表的距離為0.95m，對(duì)混凝土不產(chǎn)生侵蝕影響。

3 樁基礎(chǔ)類型

3.1 預(yù)制樁

預(yù)制樁指預(yù)先在專業(yè)工廠或施工場(chǎng)地進(jìn)行制作并使用沉樁機(jī)械將其打入設(shè)計(jì)樁位的樁。由于預(yù)制樁生產(chǎn)環(huán)境相對(duì)封閉，技術(shù)要點(diǎn)較易控制，樁基制作迅速且質(zhì)量較高，同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以制成多形狀多尺寸的截面，施工時(shí)亦不受地下水影響，無泥漿排放的問題，具有良好的環(huán)保性能，適用于較高要求的建筑工程。

3.2 灌注樁

灌注樁指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過打鉆器械等掘進(jìn)手段制作樁孔，并就位埋設(shè)鋼筋籠和灌注混凝土而制作的樁，常見類型有鉆孔灌注樁和沉管灌注樁。灌注樁可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行針對(duì)性施工，但成孔工藝較為復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員專業(yè)素質(zhì)亦具有一定要求，成本較高，施工周期較長(zhǎng)。

3.3 樁基礎(chǔ)選擇

本工程為中學(xué)綜合樓項(xiàng)目，宜更加注重施工安全性和質(zhì)量要求，對(duì)樁基礎(chǔ)質(zhì)量須嚴(yán)格把控。由于工程地質(zhì)條件勘測(cè)到位，施工時(shí)技術(shù)要點(diǎn)較易控制，因此擬采用預(yù)制樁進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

4 預(yù)制樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

4.1 樁基礎(chǔ)幾何設(shè)計(jì)及承臺(tái)埋深

對(duì)樁的成樁工藝，結(jié)構(gòu)的荷載情況和工程地址條件綜合考量，宜采用直徑400mm的預(yù)制樁并將強(qiáng)風(fēng)化巖作為持力層，柱端進(jìn)入持力層的設(shè)計(jì)深度取1m，以滿足規(guī)范要求[6]，故樁入土深度為21m。同時(shí)為避免地下水位對(duì)承臺(tái)的不利影響，設(shè)計(jì)低承臺(tái)樁的埋深為1.4m，樁頂嵌入承臺(tái)0.1m，因此樁基的實(shí)際長(zhǎng)度為19.7m，計(jì)20m，幾何設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 樁基礎(chǔ)幾何設(shè)計(jì)示意圖（單位mm）

4.2 出樁量計(jì)算及排布

已知該工程屬于二級(jí)建筑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，公式如下：

RA=0.5×Quk=0.5×（Qsk+Qpk）=0.5×（μ∑qsik1i+qpkAp）

經(jīng)驗(yàn)算其特征值RA為874.11kN，斟酌樁偏心受壓的影響，安全系數(shù)取1.2，最終出樁量為6根，按照行列式進(jìn)行排布，樁距Sa大于等于（3～4d）=1.2m～1.6m，取 Sa=1.4m，承臺(tái)混凝土選用 C30，底面尺寸為 4.0m×2.6m，高度為1.2m。預(yù)制樁的立面圖與承臺(tái)布置圖如圖2所示。

圖2 預(yù)制樁與承臺(tái)的布置圖（單位mm）

4.3 技術(shù)參數(shù)核算

4.3.1樁頂荷載

為使該工程安全等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，γ0=1.0，且室內(nèi)地面比室外高，設(shè)為300mm，即承臺(tái)底至室內(nèi)標(biāo)高為1.2+0.5=1.7m，承臺(tái)底至室外標(biāo)高為1.2+0.2=1.4m，則承臺(tái)的平均埋深為d=0.5×（1.7+1.4）=1.55m。

當(dāng)荷載為基本組合設(shè)計(jì)值①時(shí)：A柱彎矩的最大標(biāo)準(zhǔn)值組合為Fk=3907.4kN，Mk=351.9kN·m，Hk=111.1kN，此時(shí)樁基礎(chǔ)承臺(tái)及承臺(tái)上的自重：Gk=γGAd1+（γG-γω）A(d-d1)=244.4kN，因此承臺(tái)底形心處的彎矩∑Mk=485.22kN·m，故樁頂平均豎向力=691.97kN＜Ra=874.77kN，Q=691.97±86.65kN。

當(dāng)荷載為基本組合設(shè)計(jì)值②時(shí)：A柱彎矩的最大標(biāo)準(zhǔn)值組合為：Fk=2740.7kN，MK=481.5kN·m，HK=133.3kN，此時(shí)作用在承臺(tái)底形心處的彎矩：∑Mk=641.46kN·m，則柱頂平均豎向力874.77kN=497.52±114.55kN。由于荷載基本組合設(shè)計(jì)值②中最大剪力H=180kN，小于1/12豎向荷載，故不驗(yàn)算單樁水平承載力。

4.3.2 樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算

由于樁基礎(chǔ)的樁中心距小于6d，因此，最終沉降量計(jì)算采用等效作用分層總合法，等效作用面位于樁端平面，等效作用面積為樁承臺(tái)投影面積，等效作用附加壓力近似取承臺(tái)底平均附加壓力，則計(jì)算矩形樁基中點(diǎn)沉降時(shí)，樁基沉降量可按下式簡(jiǎn)化計(jì)算：

本工程中強(qiáng)風(fēng)化巖重度取20kN/m3，軟黏土重度取16kN/m3，當(dāng)?shù)鼗罱K沉降值為11.25m時(shí)，附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值低于附件應(yīng)力系數(shù)，故取該值推算總沉降值，得s，=136.1mm。查表得C0=0.0500，C1=1.3223，C2=15.5442，故ψs=0.1076。由于本工程中樁基礎(chǔ)具有良好的持力層性能，因此經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ取值1.0，故本工程中樁基礎(chǔ)的最終沉降量s=滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

（1）預(yù)制樁較灌注樁，具有質(zhì)量可控，成樁迅速和不受施工環(huán)境影響的優(yōu)勢(shì)，適用于較高要求的建筑工程。

（2）樁基礎(chǔ)的幾何設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際需要并引入安全系數(shù)，合理設(shè)置出樁量和布樁形式。

（3）樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)及時(shí)完成樁頂荷載等參數(shù)的驗(yàn)算，確保符合各項(xiàng)技術(shù)要求。