試析建筑結構設計中的樁基設計

文／葉秀斌、高利亞 張家口市塞洋建筑設計有限公司 河北張家口 075000

引言：

地基是建筑的根本，一旦地基出現(xiàn)問題，直接影響著整個建筑的安全性。導致地基承載力不足的原因很多，比如：施工操作不當、上部結構荷載增大。目前針對既有地基加固的方案有靜壓錨樁法、擴大基礎法、注漿加固法等，其中注漿法應用較為廣泛。

1.建筑樁基礎與種類

樁基礎包含基樁和具備連接作用的承臺部分。通過對承臺位置的調(diào)整，即可在一定程度上改變整體基礎，見圖1。樁基有三種：一是人工挖孔樁。在我國建筑工程的施工方法中，人工挖孔樁的使用頻率較高，既經(jīng)濟又經(jīng)濟。人工挖孔樁的施工效率相對較高，雖然對人力資源的需求較大，但基本上不會影響工程周圍的生態(tài)環(huán)境，而且總體上不會有較大的成本。二是根鉆孔樁。鉆孔灌注樁作為一種常見的施工工藝，是一種樁基礎施工方法，即機械鉆孔后在孔內(nèi)安裝鋼筋籠，然后進行混凝土灌注樁施工。這種方法的關鍵在于施工順序明確，需要打孔后，同時根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況來判斷最終的打樁方法。這種方法的缺點是不能保證樁在完工后是否處于豎直狀態(tài)。因此，有必要做好施工中機械設備的合理選擇，設備更加穩(wěn)定適宜，做好施工點的準確判斷，消除鉆進中可能出現(xiàn)的位置偏差，適當增大樁基支護面積，使鉆進作業(yè)更加準確。三是靜壓樁。靜壓樁法操作簡單，成本低。它主要是一種利用水泥攪拌樁進行樁基處理的方法。

圖1 樁基礎圖

2.建筑地基基礎施工中的常見問題

2.1 缺乏統(tǒng)一的施工標準

建筑工程是具有諸多特殊性的，此類特殊性包括規(guī)模相對較大，周期相對較長等，因為自身穩(wěn)定性相對缺乏，所以會給環(huán)境健康帶來諸多負面影響。所以在推進開展地基基礎施工的過程中，需要全方位地考量施工現(xiàn)場的實際情況，包括地質(zhì)狀況、水文情況以及氣候情況等。如果施工現(xiàn)場的土壤屬于軟土地基，那么土壤疏松、空隙較大是主要特征，在施工后期需要全方位地做好加固處理，通過此種方式可以有效地避免后續(xù)可能會出現(xiàn)的施工坍塌的問題。除此以外還需要重點做好施工現(xiàn)場的安全保護，在具體施工操作中，地基基礎和施工經(jīng)濟存在著密不可分的關聯(lián)，部分企業(yè)為更快地獲取經(jīng)濟收益，很有可能會出現(xiàn)偷工減料的問題，此外還有企業(yè)沒有按照規(guī)范和標準開展施工活動，最終導致管理制度難以發(fā)揮出應有作用，出現(xiàn)流于形式的情況，不僅會給建筑工程的質(zhì)量帶來威脅，而且還會嚴重威脅相關工作者的生命健康。

2.2 土層開挖和邊坡支護不協(xié)調(diào)

在開展建筑施工活動的過程中，相對易于操作的內(nèi)容是土層開挖，對施工項目和管理方面來講，此項工作的簡單程度更高，但是如果和擋土工程相互結合以后展開施工活動，則將會導致操作的困難性呈現(xiàn)出肉眼可見的增長趨勢。部分施工單位在開展施工活動建設的過程中，過多地關注經(jīng)濟收益，對施工過程的管理和把控均不夠具體全面，過于缺乏，導致偷工減料等問題時有出現(xiàn)，這將會導致?lián)跬林ёo結構無法承擔應有的工作，基本的穩(wěn)定性逐步降低，施工安全系數(shù)也會因此而顯著降低。

3.建筑結構設計的原則

首先，建筑結構設計要遵循合理性原則。建筑工程項目的規(guī)劃是建設項目的基本前提，同時也是安全施工工作開展和實施的必要基礎，土木建筑工程項目規(guī)劃設計的合理性和科學性會直接影響項目的實施成效，因此在規(guī)劃工作中最需要有關方面嚴格按照土木建筑工程項目的實際情況以及建設場地的地質(zhì)條件，選擇相對來說更加科學合理以及容易實施的建設方案。同樣，在具體制定土木建筑工程項目的規(guī)劃方案時，需要配備地質(zhì)調(diào)查研究的報告，使項目能夠更加順利的運轉。土木建筑工程項目的規(guī)劃設計方要加強宏觀的管理，對建筑工程的實施狀態(tài)進行精準的把控和分析，了解工程項目中所用到的一些具體的材料、結構的最高負載以及骨架結構設置的體系，并結合實際對整體的結構設計方案進行優(yōu)化和處理。其次，建筑結構設計要遵循高效性原則。在開展建筑結構設計過程中，需要將圖表設計的標準作為建筑結構設計的主要內(nèi)容，在制定土木建筑工程的圖表時，需要有更加詳細以及準確的數(shù)據(jù)作為基礎，開展詳細的分析和調(diào)查，更要進行精簡的提煉和順利的整理，讓土木建筑工程項目圖表制作過程中的精煉性以及高效性得到充分的發(fā)揮。而針對建筑結構的節(jié)點難題，則需要設計工作人員對其展開精細化的研究和分析，對其中的內(nèi)容進行全面細致的掌握，這樣才能使圖表的制定準確性得到顯著的提升，防止在土木建筑工程項目核算中出現(xiàn)較大的誤差而影響實際的工程質(zhì)量。最后，建筑結構設計要遵循完整性原則。在具體結構設計過程中，需要對結構設計的完整性進行相應的把控，讓結構設計得到進一步的完善。具體要對建筑結構設計的各個環(huán)節(jié)進行精準的把控，特別是針對其中的一些薄弱環(huán)節(jié)，更需要密切嚴格的關注，要防止其中的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)缺陷性問題，同樣需要針對建筑結構的整體性質(zhì)有充分的了解，尤其是要分析在建筑結構設計中結構的延展性問題，讓每一個結構構造都能夠安全可靠，防止出現(xiàn)問題[1]。

4.基礎處理技術

4.1 高壓噴射處理技術

針對建筑工程地基基礎處理技術中的高壓噴射施工技術，其主要是通過高壓噴射泵進行漿體噴射，將噴射泵中的漿液與地基原有的土質(zhì)進行融合。經(jīng)過一定的時間混合地基土質(zhì)會逐漸硬化，成為固體狀態(tài)，進而有效的提升地基基礎的承載力。除上以上論述的幾種常見的施工處理技術，建筑工程在進行地基基礎處理施工過程當中，還會運用到灌漿技術、砂石成樁技術等。具體如何選擇適宜的處理技術，建設單位要結合具體項目的地基基礎地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)結構及實際的施工情況進行，其主要施工原則就是最大限度的提高地基的承載力，加強地基的牢固性，為建筑工程后期的施工提供質(zhì)量安全保障。

4.2 強夯處理技術

針對建筑工程地基基礎處理技術中的強夯處理技術，其主要是利用機械設備對地基的土質(zhì)結構進行強制夯實處理，提升地基基礎的穩(wěn)定性和堅實度。一般來講進行強夯處理技術進行地基基礎處理時，主要針對的碎石或粉土類的地質(zhì)結構。地基基礎處理采取強夯施工技術過程中，一定要充分勘察實際的施工情況和地質(zhì)結構特點，精準的設計夯實落點、下落的距離及夯實的次數(shù)，夯實的力度既不能過力也不能過輕，同時施工過程中要實時查看夯實情況和進度，確保地基基礎施工的質(zhì)量。

4.3 攪拌處理方法

建筑工程施工過程中，其地基基礎的地質(zhì)結構中存在黏性比較大的松軟土質(zhì)時，可以通過攪拌的施工技術來進行處理。在灌注材料中通過科學合理的配料方式，提高黏性土質(zhì)的結合度，有效的提升地基基礎的強度。在進行攪拌處理過程中，可以在施工材料中進行水泥等配料的添加，將松軟的土質(zhì)改善成較硬的土質(zhì)，然后在攪拌過程中再加入適量的配料，有效的提升地基基礎的承載力。通過攪拌處理方法進行地基基礎處理，能夠明顯的提升其強度，具有良好的施工效果，并不會對整體建筑結構造成不利影響。

5.常見樁基礎技術

5.1 靜壓樁技術

雖然靜壓樁技術出現(xiàn)較晚，但因噪聲小、施工效果好，獲得良好的發(fā)展空間。但此類技術應用成本較高，因此，為了更好地發(fā)揮靜壓樁技術優(yōu)勢，需要強化成本控制。另外，靜壓樁技術比較適用于分段壓入等方式，施工單位需結合工程實際情況，選擇適合的施工技術，發(fā)揮出靜壓樁技術的實際作用。

5.2 人工挖孔樁技術

在建筑工程中，人工挖孔樁技術較為常見，此類技術發(fā)展較為成熟，其優(yōu)勢是成本低、污染性小。樁基礎承載力較強，應用人工挖孔技術能夠有效提高樁基礎的穩(wěn)定性，但需注意的是，由于土建施工位置地下含水量較低，施工單位需謹慎選用這一技術，避免土壤含水量過高或者過低影響工程質(zhì)量。

5.3 鉆孔灌注樁技術

鉆孔灌注樁技術是以機械設備為根本的施工技術，在實際操作過程中，施工單位可科學應用鋼筋籠提高樁基礎的整體穩(wěn)定性與打樁質(zhì)量。完成鉆孔施工后，施工單位應改善樁基受力狀態(tài)，以提高整體質(zhì)量。通常應用鉆孔灌注樁技術的過程中，施工單位需有效控制樁基礎接地面積，還可通過適當增加接地面積等方式，提高樁基礎的穩(wěn)定性。另外，孔洞成形后，施工單位應及時拆除孔內(nèi)鋼筋，避免影響后續(xù)施工。

5.4 振動沉樁施工技術

振動沉樁施工也是高層建筑樁基礎施工中常用的施工技術之一。該施工技術主要針對預制管樁，將振動器安裝在樁的頂部，利用振動原理和樁的自身重力，實現(xiàn)打樁沉樁的目的。振動沉樁施工技術應用工藝簡單、技術成熟可靠、移動操作方便、空間利用節(jié)約，但由于高頻率的振動現(xiàn)象，在施工過程中存在較大的噪聲污染，會對周邊居民生活環(huán)境帶來一定的影響，此外，該技術應用過程中成本投入較高，應用經(jīng)濟性較差，在城市中心施工時，不建議使用。

5.5 預制樁施工技術

預制樁施工技術是利用某種打樁施工手段，將提前預制好的基礎樁打入預先設定的點位，以實現(xiàn)樁基礎施工的目的。預制樁施工特點是施工工藝簡單、施工周期可控，利用提前預制好的樁基礎，可大幅度縮短施工工期。同時，控制好預制樁質(zhì)量后，在施工現(xiàn)場只需要管控樁位測量和打樁工藝等環(huán)節(jié)質(zhì)量，減少了部分施工工藝環(huán)節(jié)，降低了施工質(zhì)量管控難度。預制樁施工過程中的一個關鍵控制點是打樁工藝，通常需采用沉樁設備，將預制的基礎樁打入定點位置，打樁過程中，必須全面考慮打樁時可能出現(xiàn)的各種問題，如打樁過程中可能造成地基上溢、土質(zhì)上移等問題，合理控制打樁速度，提前做好應急處理方案，避免打樁過程中擾動周邊地質(zhì)。預制樁質(zhì)量控制應確保每一根樁的規(guī)格、尺寸等保持一致，打樁前，每一根樁基位置測量定位準確，同時，應嚴格控制每一根樁的入土深度，保證每一根樁打入定型后高度、垂直度一致。

6.建筑結構設計中的樁基設計要點

6.1 工程地質(zhì)勘察資料分析

建筑結構設計中基礎設計難度較大，設計人員應該首先注重分析工程地質(zhì)勘察資料，以便明確水文地質(zhì)狀況可能對于建筑基礎結構帶來的影響，由此更有針對性地予以優(yōu)化處理，促使建筑基礎結構設計方案更為適宜合理，能夠規(guī)避來自于外部環(huán)境的不利因素。因為當前很多建筑的高度不斷增加，基礎結構的深度也不斷加大，進而更加容易受到水文地質(zhì)的影響，設計人員應該將其作為重要參考資料，避免在設計處理中出現(xiàn)明顯不協(xié)調(diào)因素。建筑基礎結構設計人員應該注重全面搜集整理所有工程地質(zhì)勘察資料，確保其較為完善詳盡，尤其是對于地質(zhì)條件以及地下水活動狀況等基本信息，設計人員更是需要重點分析，判斷其可能對于建筑基礎結構帶來的不利影響和危害，隨之探討如何予以積極應對，以便更好確保基礎結構設計較為合理可行。比如當前期工程地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn)建筑工程區(qū)域內(nèi)存在軟弱地基時，設計人員就需要重點分析明確軟弱地基的分布范圍及其具體性質(zhì)，由此判斷其對于基礎結構穩(wěn)定性帶來的影響，進而選擇較為匹配的軟弱地基加固處理方案，將其納入基礎結構設計任務，規(guī)避該方面帶來的不利影響和危害。

6.2 樁基設計

樁基礎的承載能力極強，這種設計方式可有效保證上部結構得到更加安全穩(wěn)定的支撐，由于其良好的施工效果，更適用于高層建筑。如果在樁基設計中合理加大成樁的埋深和樁徑，可最大限度地把不良地質(zhì)條件給基礎帶來的破壞性降到最低。樁基礎穩(wěn)定可靠的承載性能，大大提升了下方地層的承載能力，進而促進建筑整體提高安全穩(wěn)定性。樁基承載能力與樁徑、埋深以及設計密度成正比，上述條件越有利，樁基礎就能達到越強的承載能力。如果采取聯(lián)合樁基設計，可以有效避免由地層沉降帶來的建筑開裂風險。樁基帶來的支撐效果直接作用于上部結構，直接接受來自上部重力荷載。同時，樁基礎設計有利于促進地下空間的開發(fā)和延展，樁基礎提供安全支撐，地下空間可以發(fā)展車庫或商場等，很有發(fā)展前途。需要注意的是，基礎設計需結合具體地質(zhì)條件以及樓高合理確定樁體埋深，合理控制工程造價，提高經(jīng)濟效益。

6.3 地基基礎設計

在建筑基礎結構設計中，地基基礎設計是比較關鍵的環(huán)節(jié)，一旦在地基基礎設計中出現(xiàn)偏差問題，必然會直接影響到基礎結構的整體穩(wěn)定性，可能造成建筑基礎結構出現(xiàn)不均勻沉降。具體到建筑工程項目地基基礎設計中，設計人員應該在綜合全面分析工程地質(zhì)勘察資料的基礎上，明確地基基礎結構面臨的威脅因素，尤其是對于一些薄弱地基或者是軟弱地基，設計人員就需要針對性地進行處理，確保地基基礎設計方案較為適宜合理，最終保障該區(qū)域地基基礎的穩(wěn)定性，保障其承載力得以提升，可以實現(xiàn)建筑整體的有效承載。當然，如果建筑工程項目自身地基基礎存在一些特殊性，比如在斜坡上進行建設，則會對于地基基礎提出更高要求，設計人員應該注重予以針對性處理，確保斜坡上的地基基礎較為穩(wěn)定，尤其是對于斜坡下方的承載能力，更是需要進行綜合分析判斷，在不符合施工要求時，能夠選擇適宜合理的處理方式予以加固處理，由此較好優(yōu)化設計方案[2]。

6.4 樁箱基礎設計

這種設計方式是箱形與樁基設計的聯(lián)合體，不但可以控制地表沉降，同時可促進樁基提高垂直方向的承載效果。其在水邊或者含水率大的土質(zhì)松軟區(qū)域非常適用，聯(lián)合體形式有助于底板整體性提高承載能力。底板自重有樁基承擔，利用合理控制的底板厚度以及樁體密度，可以有效承受上部結構自重。尤其要精準測算底板厚度，如果樁基以及底板無法達到平衡受力，可能引發(fā)底板開裂。房建選址土質(zhì)分類包括雜填土、粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉質(zhì)黏土等，設計人員須根據(jù)土層性能指標合理劃分工程場地分區(qū)和建筑面積，結合設計需要測算出所需參數(shù)，選定適用的承臺和樁體用料，得出單柱豎向的特征及標準值。根據(jù)土層具體的承載性能進行樁體密度和數(shù)量布局，結合承載數(shù)據(jù)確定具體的樁體間距和數(shù)目[3]。

6.5 合理設置多道抗震防線

在建筑工程設計工作中，應當合理設計抗震防線，從而提高現(xiàn)代建筑的抗震性能。一般來說，在地震發(fā)生的時候，還會出現(xiàn)余震的情況，會對建筑結構造成一定的影響。如果在現(xiàn)代建筑結構設計中，僅僅設置了單一的抗震防線的話，有可能對建筑結構穩(wěn)固性造成影響，甚至出現(xiàn)坍塌的情況。所以說，在實際的設計工作中，需要把握好現(xiàn)代建筑設計中的薄弱環(huán)節(jié)，及時處理設計難點問題，適當增設抗震防線，減少地震帶來的影響。

結語：

總之，基礎結構在房屋建筑中占據(jù)關鍵性地位，尤其是在房屋建筑不斷向高層發(fā)展的形勢下，對基礎結構設計合理性與施工質(zhì)量可靠性的要求越來越嚴格。因此，在開展基礎設計作業(yè)時，設計人員應全面考慮上部結構、地質(zhì)條件等原因對建筑基礎結構產(chǎn)生的影響，充分掌握基礎設計要點，并通過保證選型合理性與強化施工圖紙檢查審核等措施，有效提高基礎設計質(zhì)量。