土建工程结构设计中的桩基设计

李 坤 山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司

1 前言

在工程结构的整体设计过程中，需要结合实际工况，通过实地勘查、数据分析、工程建模等方式，合理计算各项设计参数，对设计方案进行合理的优化。其中，在桩基设计环节，应综合考虑土建工程桩基标高、沉降参数、桩基各项尺寸比例、性能试验方法等，做好数据采集、分析与计算工作。同时，需要注意桩基工程抗震功能的强化，通过对土建工程各项设计影响要素的调查、分析与整合，合理设计施工方案，为实际工程提供针对性的建设指导。

2 土建项目施工桩基设计的主要影响问题

2.1 桩基标高影响

在桩基整体设计阶段，需要结合桩基承载系数对标高进行设计。当前，影响设计标高计算准确性的因素包括两方面，首先是在地质方面的报告存在误差,而桩的真实能够支撑的力量大于最初的估计数值。因此，为保证桩基支撑性能能够满足土建工程的承重、刚性与强度等方面的要求，需要对桩基进行现场实验，包括承载测试、长度尺寸等。

土建施工地点的地质结构与土层性质等也是影响桩基设计标高点的重要因素。如果工程建设地点的地质属于软弱地基，如，沙土含量高、含水量高、土质疏松等地层，在设计桩基时，需要在合理规划建设与加固方案的基础上，结合实际工况调整标高，同时，按照设计方案的工序安排开展实际施工，最大限度地避免安全风险问题。

2.2 沉降数据影响

土建工程的沉降数据计算是影响设计方案可靠性、执行性的关键要素，在工程桩基实际设计过程中，要求事先对摩擦桩基模型的各项参数进行计算。在高程建筑设计时，需要综合考虑主楼与裙楼间沉降缝的大小、位置与尺寸设计，通过合理的控制手段降低差异沉降产生的影响，避免由于大型建筑桩基沉降程度的不同导致的施工风险。

例如，选择在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑，如果忽视变形参数的计算，不依照GB 50007—2011第5.3.12条规定进行设计，建筑结构性能就会受到不利影响。

2.3 桩基长度、细度比值

桩基在长度与细度设计参数比值也是影响桩基承重、抗变形等性能的重要因素，合理设计桩基长度、细度、材质与制作方法等，能够保证桩基在高层建筑、地下建筑、复杂结构建筑等工程建设过程中的稳定性。如在承重桩的设计时，在桩的顶部垂直方向力的作用下,如果桩的直径比较细,由于压力过大将会导致稳定性不足的问题。

2.4 桩基性能试验与检测方式

建筑领域建设技术的突破式发展与施工管理信息化技术的广泛应用，使得现阶段复杂环境、高层建筑等项目中的土建工程安全性与可靠性得到了一定的保障。当前，在复杂环境的建筑桩基设计时，需要设计人员结合建筑整体高度、层数、自重等因素，对建筑主体需要的支撑结构进行优化设计，避免由于自重过大、桩基支撑力度不足、结构不合理等因素造成的塌陷、裂缝、不均匀沉降等施工风险。为此，在工程设计与施工阶段开展性能实验，对建筑材料、桩基结构等进行测试，可以有效提升设计方案的可执行性与专业性。

现阶段，工程建设领域现代化、信息化的进程不断推进，在性能试验方面，可以借助虚拟现实、大数据技术等，对各项性能参数进行全面收集、系统分析，并在短时间出具可行性分析结果。但在性能检测试验实践项目中，部分工程设计、承建队伍在信息技术的实际应用过程中，存在试验软件选择不合理、性能数据收集不准确、自重数值测算误差较大等方面的问题，在一定程度上影响了性能试验的结果，需要设计单位、建设单位等加强关注，针对性的予以解决。

3 提升土建工程桩基设计及施工的具体对策

3.1 做好设计准备工作

为全方位保证土建项目的整体质量，设计单位应针对桩基设计与施工建设的影响因素进行针对性分析与控制。

首先，应严格、系统的对相关地质调查报告进行分析与审核，确保各项数据的准确性与全面性，为后续工程设计提供可靠、具体的参考。

其次，设计人员应结合常见的桩基建设风险，制定对应的预防与控制对策，综合、全面的分析影响工程建设的标高、沉降、尺寸比值等技术参数，同时，结合造价方案优化各项建设资源的配置结构。

第三，在桩基设计完成后，组织相关的专家人士对设计图纸进行审查，对其中存在的不足进行完善，确定桩基建设位置、深度、长度与细度比值等符合相关土建建设质量要求后，筛选出最优方案。

此外，还应强化土建结构载重性能的优化设计。在桩基设计各项参数统计与计算过程中，应注意建筑范围、层数、高度等数据的分析，保证桩基建设的结构稳定性。

3.2 积极引进现代桩基设计思想，创新桩基性能规划理念

从土建建筑项目科学设计、高效利用、绿色施工等层面出发，对桩基施工环节的设计方案进行制定、优化，是现代化工程领域发展的重要趋势。新时期，基础建设产业规模化、集成化的发展趋势下，土建项目的设计与施工需要考虑的因素更多元、复杂，不仅需要全面分析工程质量、性能、安全、效益等方面的影响因素，同时，还需要从环境可持续发展、产业结构配置、地区经济发展战略等角度出发，把握动态化影响要素。

在桩基设计实践项目中，一方面，设计人员应在全面、深入掌握建筑设计相关法律法规的基础上，不断学习先进的设计理念、原则与技术，对自身的知识、技能、认识体系进行调整；另一方面，需要设计人员贯彻科学发展理念，以工程质量为根本，合理设置桩基数量、位置、结构、材料与施工参数，积极运用信息工具，对设计模型进行计算、展示，加强抗震性能、承重性能等方面的测算，对设计资源进行高效、科学配置。

此外，设计人员还应注重对建筑周边建筑环境的施工影响分析，贯彻绿色施工理念，平衡工程建设的经济效益与环境效益。

3.3 构建覆盖桩基建设全过程的质量监管体系

为保证设计方案对桩基建设的有效指导，需要施工相关单位联系实际，确立起全过程、动态化的工程管理机制。

首先，在设计准备阶段，对设计方案进行多环节、专业化审核，利用现代3S、BIM、远程监控等技术，对施工现场的地质、水环境、气候等自然条件进行全面、系统的分析，通过对数据信息的全面汇总、深入整合，为设计方案的制定、优化与变更等工作提供真实、可靠的数据信息参考。

其次，做好桩基建设工程的设计交底工作，在实践工程中，严格按照设计方案的技术要求、施工顺序等开展具体的建设工作，建立起覆盖土建桩基建设全过程的质量监管体系，加强设计、施工与监理相关部门间的沟通与联系，完善施工管理协调机制。

第三，还应注重建筑材料的选择。设计人员应结合地质条件，确定地基建设类型，选择桩基建设的材料、配比方案与施工方法，确保桩基的强度、抗变形、硬度等性能符合土建项目实际建设与使用标准。

在大规模、复杂结构、高层建筑等工程项目的具体设计环节，土建桩基施工还会对周边建筑物、管线、道路等产生影响，需要在工程设计阶段加强与交通、城市管理等相关部门的联系，对各项影响因素加强控制。

3.4 基于工程建设实况，确定桩基计算分析与检测技术

在开展性能试验时，按照土建施工项目工程性质、施工环境、技术规范、结构类型等方面的不同，可以分为模拟试验与现场测试等几方面，在性能测试时，需要注意以下几点。

一是在设计准备阶段，应对各项影响要素进行系统性的收集，基于设计模型建设对各项数据的要求，对桩基设计的长度、施工材料、建筑自重等数据进行分析与计算。在这一过程中，设计单位与工程建设单位应结合实际设计需求，选择计算与分析软件，确保桩基位置、结构与整体性能等方面的设计合理。

二是对于特殊的土建工程，需要进行现场试验，对施工材料配比、桩基承重性能、抗震性能等进行计算，对现场测算的数据进行整合、分析，依托计算机进行计算，最终确定最优方案，为桩基抗震、抗压、抗变形等性能的优化提供客观参考。

4 结束语

在复杂市场环境影响下，高层建筑、地下建筑等土建工程的建设数量大幅度增长，建筑项目的成本、设计、功能等方面的要求也向着专业化的方向发展。为更好地满足建筑市场的现代化发展需求，在进行项目结构设计的过程中，不仅应加强桩基建设结构的研究力度，合理设计桩基标高、尺寸比例、沉降参数。

同时，还应结合土建项目性能规划设计的不同要求，对工程技术交底、质量监管、性能试验等环节进行调整，对各项技术参数进行准确计算、科学分析，从而为工程项目的安全、高效建设提供专业的技术指导。