桩基础设计中若干问题探讨

王前进

随着经济发展，城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。而高层基础往往采用桩基础，因此，如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全、节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析，选择一个最优化的基础方案。下面对桩基础设计中值得注意的问题进行探讨。

1 高层带裙房桩筏基础

目前设计的项目大量涌现高层带裙房及同一大面积地下室上有多栋高层和裙房，根据原规范桩基设计，均属同一建筑物的基础，桩基设计不宜采用不同桩型和不同持力层的规定，实际上主楼与裙房荷载差异悬殊，反映在桩的承载力水平也相差悬殊，采用相同持力层，裙房桩的承载力水平过高，制约裙房的变形，致使梁上出现裂缝，而大多数设计单位未按原规范建议设计考虑荷载和桩的承载力水平，采用不同持力层、不同桩型或不同布桩密度，使桩的承载力水平接近的原则，适当考虑引起建筑物变形地基土的压缩性及厚度因素，在承载力水平上予以增减，建筑物建成多年未发现过大的差异沉降致使梁出现裂缝，按变形协调的概念，尚需强化主楼的桩基，适当弱化裙房的桩基，方能达到变形协调。

2 桩筏基础变刚度调平设计

根据实测桩顶反力分布，在高层中心集荷部位，将桩的长度加长或桩径增大，提高中心部位的桩土刚度，则筏板下的桩顶反力分布发生变化，成为外小内大状态，筏板的变形随之趋于平缓。

变刚调平的概念设计基本思路为桩、土与上部结构共同作用，对其沉降变形的主导因素是对桩土支承刚度分布进行调整，使其沉降变形均匀，一般有以下三种措施:1)中心部位桩适当加长;2)中心部位桩布桩加密处理;3)中心部位桩的桩径加大。

上述三种措施可以单独使用也可叠加使用，使中心部位桩土刚度得以加强，实现刚度调平，因概念设计是不能用精确计算表达式或成熟分析软件，但是一种可通过变刚度设计对实际存在的欠缺进行弥补的设计理念。

3 桩的承载力水平接近

所谓桩的承载力水平是指承台桩或剪力墙下桩承载力发挥的程度，一般是指估算桩承载力值或现场静载试验确定的桩承载力值(R为设计值，Ra为特征值)，按充分发挥的原则进行设计，并使各承台桩或剪力墙下的桩承载力值比较接近，使各承台或剪力墙结构的变形比较接近，可减小差异沉降。对于底面积较大的建筑，存在应力场效应问题，由实测情况可知，在中心部位加密布桩，说明考虑中心部位集荷而布桩加密，也就是使筏板下桩承载力水平接近，实验D中心部位桩加长，当施工荷载均达40%总重时，实验C的筏板的变形，差异沉降大，且呈盆形变形，而实验D差异沉降大幅度减小，且呈鞍状变形，说明即使桩承载力水平接近设计，尚须在中心部位加强桩土刚度，承台桩承载力水平接近设计并按平均桩承载力值在中心部位提高5%～10%，按提高承载力值进行换算桩长和桩径设计，可减少差异沉降，满足变形协调。

4 多层框架承台桩

满足变形协调设计对于量大面广的多层框架住宅，采用独立承台的桩基也需考虑变形协调，对各承台下桩的承载力水平需进行控制，并达到使桩的承载力水平接近。传统桩基设计理念，首先确定桩型和桩径，然后对照地质资料选定的持力层进行单桩承载力的计算，根据计算值按Nmax控制的设计荷载组合(设计值 R)或Nmax标准荷载组合(特征值 Ra)的轴压力平衡设计。例如:计算结果需2.1根桩按3根桩布桩设计，相邻承台桩计算结果3.9根桩按4根桩布桩设计选用，相邻承台下的桩承载力水平相差50%，显然会产生两个相邻承台间的差异沉降。对于不均匀沉降敏感的框架结构来说，在框架梁构件上次应力而导致梁上裂缝产生。在房屋安全鉴定过程，经常发现非受力的梁上裂缝，尤其是商品住宅，出现的裂缝尚未达到威胁建筑安全的程度，但法律纠纷难以避免。对于框架结构的独立承台桩基设计也需调平桩的承载力水平，使建筑物的变形协调。本文认为也需变更传统的设计理念，宜根据上部荷载组合计算确定的框架柱不同的轴压力，各柱轴压力进行统计分析，求出近似的最大公倍数，确定合理的单桩承载力，然后根据该值选择桩的持力层及桩型、桩径，原则上饱和软黏土地层，宜采用最少桩数的承载力值，也就是尽可能提高桩的承载力值，减少桩数使施工沉桩挤土引起对桩体及周邻环境影响，达到降低造价的优化方案，对于少数及个别承台桩采用调节桩长和桩径，调整到使各承台下桩的承载力水平接近，满足整体建筑物柱下桩基的变形协调。

5 工程地质勘察

一般勘察部门对高层建筑的工程地质勘察比较重视，且报告内容较完整，但多层建筑工程地质勘察工作无论钻探布孔、钻探深度及提供设计计算参数，对满足概念设计要求尚有较大差距，主要如下:

1)勘探手段单一，无控制性勘探孔或数量不足，钻探深度不能满足变形计算的要求，甚至存在桩长超过钻孔深度现象，控制桩端下压缩层深度不够，多层建筑未提供第二桩端持力层土性指标等。不能实现调节桩长变刚度设计。2)变形计算的主要指标土的压缩模量，未按工程设计所需深度土的自重压力与附加压力之和进行室内试验和提供分层指标、e—p曲线。

上述情况与勘察单位的资质有关，也与勘察人员对设计荷载情况了解程度有关，所以概念设计尚需设计与勘察部门紧密的配合和相互专业渗透，方能获得符合设计要求的勘察报告。

6 结语

1)桩筏基础按均匀布桩的传统设计方法，实测筏下桩的承载力水平相差悬殊，桩顶反力呈外大内小，桩土刚度呈外强内弱，导致筏基盆形沉降，从而加大筏板承台的整体弯矩及中心部位冲切力，采用加厚筏板厚度或增大刚度的箱桩基础，既增加造价又影响使用。采用变刚度调平控制筏板承台下实际桩的承载力水平调整筏板承台下桩的反力，增强中心部位的桩土刚度，既可有效发挥桩的承载性状，降低筏板厚度，又可减少差异沉降。2)多层框架结构按传统的设计方法，独立承台的桩型，部分承台下桩的承载力水平相差悬殊，出现相邻承台的差异沉降加大，导致不均匀沉降敏感的框架结构，出现因过大的次应力而出现结构性裂缝;且部分桩的承载性状不能有效发挥，致使造价提高，采用调整承台下桩的承载力水平，使承台下桩的承载力水平接近，有效发挥各桩的承载性状，且承台间差异沉降减小，又可降低造价。3)变刚度调平及控制承台下的桩承载力水平应按地质条件，上部结构刚度及荷载条件而定，高层带裙房及共用桩筏基础的多栋高层及裙房，控制筏板承台下桩的承载力水平前提下，桩的设计按荷载状况可采用不同的持力层及可靠质量的不同桩型，运用桩、土及上部结构共同作用的概念设计达到变形协调，也可采用变更桩径和桩长，增强中心部位的桩土刚度，达到调平为宜。4)独立承台和剪力墙结构按静力平衡承台下桩及沿剪力墙布桩也存在“应力场效应”问题，如果桩的承载力水平接近，差异变形比厚板桩筏基础要小，如果在中心部位桩的承载力水平提高5%～10%，基本可达到调平，而且造价较低。

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