高层建筑桩基础计算深度浅析

黄远

江苏省水文地质工程地质勘察院 江苏 淮安 223005

随着国民经济建设的发展，城市化进程加快，高层建筑不断增多，桩基础应用越来越多，越来越广。对于技术人员来说在施工之前，勘察方案、孔深的确定需要勘察单位及时从设计方获取相关资料。但现实工作中经常无法收集到详细的设计参数。这对于刚工作不久的技术人员来说，如何确定合适勘探深度是个需要解决的问题。

1 上部荷载与深度的关系

1.1 基础底面附加应力分析

建筑物通过基础将上部荷载传递至基础以下土体，桩端以下的土体由于受到上部附加应力的影响，产生压缩变形[1]。对于设计而言，不仅基础所在的持力层要满足承载力需求，而且勘探深度内揭露的地层，还要满足地基变形验算的要求。

承载力满不满足要求判断相对简单，对于桩基础，承载力主要由桩的侧摩阻力和桩端阻力组成，如果设计方提供单桩轴向平均压力值，则可通过《建筑桩基技术规范》计算单桩竖向极限承载力标准值，在轴心竖向力作用下，（当偏心荷载作用时尚应满足为安全系数，不考虑地震作用）时，承载力满足设计要求，然后通过经验参数法计算确定桩长。对于不需要进行变形计算的建筑物，勘探孔深度达到预计桩长以下3～5d（d为桩径），且不小于3m，对于大直径桩不得小于5m[2]此时勘探孔深度=基础埋深+桩长+3～5d（3或5m）。

实际工作中，设计方往往不提供具体的单桩轴向平均压力值，甚至详细的设计参数都无法搜集到，在这种情况下就需要我们可以通过经验公式进行大致判断，以确定初步的勘察方案。现阶段高层建筑一般为框架结构加剪力墙，通常单层荷载可按16-20KN/m2考虑，地面以下部分按20KN/m2进行考虑，单栋高层建筑总重量为G:

式中：G为单栋高层重量（KN），S为框架结构柱网面积（m2），n1楼房层数，n2为地下室高度，α为单层荷载，根据情况按16～20KN/m2考虑。

1.2 桩的选型与布置

在上部荷载确定后，下一步要根据场地地质条件，结合拟建建筑物情况、周围环境、质量便于控制、桩基成本和本地区建筑桩基施工经验等因素综合考虑具体的桩型和布置。

根据成桩过程中有无挤土效应，将桩分为挤土桩、非挤土桩和部分挤土桩。

成桩过程中的挤土效应在饱和黏性土中是具有负面作用的，如果采用的桩型是灌注桩，会导致断桩、缩颈等成桩事故。对于混凝土预制管桩和钢桩，在发生挤土效应时，会导致桩体上浮，从而导致承载力比设计要小，增大沉降。同时挤土效应还会造成周边房屋、市政设施受损。在松散土个填土中，挤土效应起到加密作用，提高地基土承载力。

对于非挤土桩，因为其不存在挤土的负面作用，又可以穿越各种硬夹层和进入各类硬持力层的能力，桩的几何尺寸和单桩的承载力可调空间大。因此钻、挖孔灌注桩使用范围大，尤其对于高层建筑物更为适合。

桩基的布置最小中心距应符合《建筑桩基技术规范》表3.3.3的规定，当施工采取减少挤土效应的可靠措施时，可根据地方经验适当减少。

根据桩基最小中心距S，结合建筑物基础轮廓线进行满堂布设，从而可以得出单栋建筑物的桩的总根数n。

1.3 桩长分析

当考虑承台效应[3]不考虑地震作用：

桩基总根数可以根据桩基施工工艺，在满足规范的前提下假设桩间距进行试算。

根据桩基规范所给出的经验参数法，通过查表获得参数，进而便能求出桩长L。

当单桩承载力满足要求且持力层厚度也满足要求时，勘探孔深度=基础埋深+桩长+3～5d（3或5m），如果持力层厚度不满足要求，可适当加深。实际施工中，常遇到某一持力层承载力较高，但是厚度较薄，刚工作的技术人员对于该层能否作为持力层不是很确定。实际施工中持力层厚度大致可以这样推算，桩要比较充分发挥持力层端阻力，持力层厚度一般需要2～3d，要保证不发生冲切破坏持力层厚度一般需要3～5d。如果采用的是预制桩，而预制桩施工过程中是以贯入度控制为主，持力层太薄很容易在沉桩施工中发生打穿持力层的情况，因此采用预制桩的持力层厚度值要求就更大一些。

2 变形对深度的影响

总变形为桩身压缩量与桩端以下土层计算深度内的压缩量之和[4]当桩长较短时，桩身压缩量可忽略不计，仅考虑土层的压缩变形。

对于需要进行桩端下卧层的承载力验算或者是桩基础沉降验算的情况，控制性钻孔孔深应该达到群桩桩基沉降计算深度以下1～2m，群桩桩基计算深度宜取桩端平面以下附加应力为上覆土层有效自重应力的20%时的深度。或按照桩端平面以下1～1.5B（B为基础宽度）[5-6]当在该深度以上提前遇到稳定基岩层，稳定基岩压缩性很低的情况下，控制性钻孔至该层基岩一定深度即可。

2.1 应力比法

对于单桩、单排桩、疏桩复合桩基础的最终计算深度，可按应力比法确定。

它的意义是：附加应力随深度增加而扩散，到达一定的深度之后，附加应力引起的土层压缩量就可忽略不计。地基的沉降量只要计算到该深度就可以了。

3 实例计算

3.1 工程概况

张家港地区某安置小区工程，项目主要由3幢15层、4幢17层、2幢26层2幢31层、1幢32层的高层、商业、物业与地下车库组成，室外地坪标高为3.0m，主楼基础埋深约6m，拟采用剪力墙结构，桩筏基础；地下车库层高3.7m，底板埋深约5.7m，顶板埋深约1.5m，拟采用框架结构。拟建楼房每层高度按照2.9m计算，单层荷载按照16kpa计算，单桩极限承载力要求按照单层100kN计算。以最高建筑为例，32层建筑尺寸12×60m。

3.2 数据分析计算

预制桩桩径一般0.4～0.6m，取平均值0.5m，根据上述持力层厚度要求，②4～②11层均满足要求。根据设计要求桩承载力要求按照单层100kN计算，即单桩竖向极限承载力标准值

根据《建筑桩基技术规范》公式5.3.5计算桩长，计算桩顶标高从基础地面算起。

通过分层计算结果如1所示。

表1 单桩竖向极限承载力标准值

根据表1，持力层位于②8层时单桩竖向极限承载力标准值满足设计不小于3200kN的要求，此时桩长为32m，基础埋深为6.0m。②8层为粉砂，桩端全断面进入持力层不小于1.5d（计算过程已包含该深度），根据勘探孔深度=基础埋深+桩长+3～5d（3或5m）：

勘探孔深=6.0+32.0+3～5=41～43m。

对于单桩、单排桩、疏桩复合桩基础的最终计算深度，可按应力比法确定。

该高层采用桩筏基础，这里假设承台底地基土不分担荷载，计算以单桩基础为主，土的重度取19.5kN/m3，z-桩端平面至计算变形深度距离。

4 结论

该项目在实际施工中32层主楼控制孔实际施工孔深为65m，满足桩基础沉降验算的要求，满足设计所提的要求。报告已通过张家港市地区图审中心的审查。勘探深度的确立，对于长期从事勘察行业的技术员来说，是个相对简单的问题。但对于刚开始学习编制报告的技术人员来说，深度的确定是整个工作的重中之重，规范和已有资料对这个问题要求比较模糊，本文依托实际勘察项目，梳理了勘探孔孔深确立的整个过程。通过该项目的计算，可以为刚工作的技术人员确定勘探孔孔深提供一定的借鉴，更好的完成施工项目，给出详细岩土工程资料和施工图设计、施工需要的岩土参数。