试析建筑结构设计中的桩基设计

文／叶秀斌、高利亚 张家口市塞洋建筑设计有限公司 河北张家口 075000

引言：

地基是建筑的根本，一旦地基出现问题，直接影响着整个建筑的安全性。导致地基承载力不足的原因很多，比如：施工操作不当、上部结构荷载增大。目前针对既有地基加固的方案有静压锚桩法、扩大基础法、注浆加固法等，其中注浆法应用较为广泛。

1.建筑桩基础与种类

桩基础包含基桩和具备连接作用的承台部分。通过对承台位置的调整，即可在一定程度上改变整体基础，见图1。桩基有三种：一是人工挖孔桩。在我国建筑工程的施工方法中，人工挖孔桩的使用频率较高，既经济又经济。人工挖孔桩的施工效率相对较高，虽然对人力资源的需求较大，但基本上不会影响工程周围的生态环境，而且总体上不会有较大的成本。二是根钻孔桩。钻孔灌注桩作为一种常见的施工工艺，是一种桩基础施工方法，即机械钻孔后在孔内安装钢筋笼，然后进行混凝土灌注桩施工。这种方法的关键在于施工顺序明确，需要打孔后，同时根据施工现场的实际情况来判断最终的打桩方法。这种方法的缺点是不能保证桩在完工后是否处于竖直状态。因此，有必要做好施工中机械设备的合理选择，设备更加稳定适宜，做好施工点的准确判断，消除钻进中可能出现的位置偏差，适当增大桩基支护面积，使钻进作业更加准确。三是静压桩。静压桩法操作简单，成本低。它主要是一种利用水泥搅拌桩进行桩基处理的方法。

图1 桩基础图

2.建筑地基基础施工中的常见问题

2.1 缺乏统一的施工标准

建筑工程是具有诸多特殊性的，此类特殊性包括规模相对较大，周期相对较长等，因为自身稳定性相对缺乏，所以会给环境健康带来诸多负面影响。所以在推进开展地基基础施工的过程中，需要全方位地考量施工现场的实际情况，包括地质状况、水文情况以及气候情况等。如果施工现场的土壤属于软土地基，那么土壤疏松、空隙较大是主要特征，在施工后期需要全方位地做好加固处理，通过此种方式可以有效地避免后续可能会出现的施工坍塌的问题。除此以外还需要重点做好施工现场的安全保护，在具体施工操作中，地基基础和施工经济存在着密不可分的关联，部分企业为更快地获取经济收益，很有可能会出现偷工减料的问题，此外还有企业没有按照规范和标准开展施工活动，最终导致管理制度难以发挥出应有作用，出现流于形式的情况，不仅会给建筑工程的质量带来威胁，而且还会严重威胁相关工作者的生命健康。

2.2 土层开挖和边坡支护不协调

在开展建筑施工活动的过程中，相对易于操作的内容是土层开挖，对施工项目和管理方面来讲，此项工作的简单程度更高，但是如果和挡土工程相互结合以后展开施工活动，则将会导致操作的困难性呈现出肉眼可见的增长趋势。部分施工单位在开展施工活动建设的过程中，过多地关注经济收益，对施工过程的管理和把控均不够具体全面，过于缺乏，导致偷工减料等问题时有出现，这将会导致挡土支护结构无法承担应有的工作，基本的稳定性逐步降低，施工安全系数也会因此而显著降低。

3.建筑结构设计的原则

首先，建筑结构设计要遵循合理性原则。建筑工程项目的规划是建设项目的基本前提，同时也是安全施工工作开展和实施的必要基础，土木建筑工程项目规划设计的合理性和科学性会直接影响项目的实施成效，因此在规划工作中最需要有关方面严格按照土木建筑工程项目的实际情况以及建设场地的地质条件，选择相对来说更加科学合理以及容易实施的建设方案。同样，在具体制定土木建筑工程项目的规划方案时，需要配备地质调查研究的报告，使项目能够更加顺利的运转。土木建筑工程项目的规划设计方要加强宏观的管理，对建筑工程的实施状态进行精准的把控和分析，了解工程项目中所用到的一些具体的材料、结构的最高负载以及骨架结构设置的体系，并结合实际对整体的结构设计方案进行优化和处理。其次，建筑结构设计要遵循高效性原则。在开展建筑结构设计过程中，需要将图表设计的标准作为建筑结构设计的主要内容，在制定土木建筑工程的图表时，需要有更加详细以及准确的数据作为基础，开展详细的分析和调查，更要进行精简的提炼和顺利的整理，让土木建筑工程项目图表制作过程中的精炼性以及高效性得到充分的发挥。而针对建筑结构的节点难题，则需要设计工作人员对其展开精细化的研究和分析，对其中的内容进行全面细致的掌握，这样才能使图表的制定准确性得到显著的提升，防止在土木建筑工程项目核算中出现较大的误差而影响实际的工程质量。最后，建筑结构设计要遵循完整性原则。在具体结构设计过程中，需要对结构设计的完整性进行相应的把控，让结构设计得到进一步的完善。具体要对建筑结构设计的各个环节进行精准的把控，特别是针对其中的一些薄弱环节，更需要密切严格的关注，要防止其中的任何环节出现缺陷性问题，同样需要针对建筑结构的整体性质有充分的了解，尤其是要分析在建筑结构设计中结构的延展性问题，让每一个结构构造都能够安全可靠，防止出现问题[1]。

4.基础处理技术

4.1 高压喷射处理技术

针对建筑工程地基基础处理技术中的高压喷射施工技术，其主要是通过高压喷射泵进行浆体喷射，将喷射泵中的浆液与地基原有的土质进行融合。经过一定的时间混合地基土质会逐渐硬化，成为固体状态，进而有效的提升地基基础的承载力。除上以上论述的几种常见的施工处理技术，建筑工程在进行地基基础处理施工过程当中，还会运用到灌浆技术、砂石成桩技术等。具体如何选择适宜的处理技术，建设单位要结合具体项目的地基基础地质环境、地质结构及实际的施工情况进行，其主要施工原则就是最大限度的提高地基的承载力，加强地基的牢固性，为建筑工程后期的施工提供质量安全保障。

4.2 强夯处理技术

针对建筑工程地基基础处理技术中的强夯处理技术，其主要是利用机械设备对地基的土质结构进行强制夯实处理，提升地基基础的稳定性和坚实度。一般来讲进行强夯处理技术进行地基基础处理时，主要针对的碎石或粉土类的地质结构。地基基础处理采取强夯施工技术过程中，一定要充分勘察实际的施工情况和地质结构特点，精准的设计夯实落点、下落的距离及夯实的次数，夯实的力度既不能过力也不能过轻，同时施工过程中要实时查看夯实情况和进度，确保地基基础施工的质量。

4.3 搅拌处理方法

建筑工程施工过程中，其地基基础的地质结构中存在黏性比较大的松软土质时，可以通过搅拌的施工技术来进行处理。在灌注材料中通过科学合理的配料方式，提高黏性土质的结合度，有效的提升地基基础的强度。在进行搅拌处理过程中，可以在施工材料中进行水泥等配料的添加，将松软的土质改善成较硬的土质，然后在搅拌过程中再加入适量的配料，有效的提升地基基础的承载力。通过搅拌处理方法进行地基基础处理，能够明显的提升其强度，具有良好的施工效果，并不会对整体建筑结构造成不利影响。

5.常见桩基础技术

5.1 静压桩技术

虽然静压桩技术出现较晚，但因噪声小、施工效果好，获得良好的发展空间。但此类技术应用成本较高，因此，为了更好地发挥静压桩技术优势，需要强化成本控制。另外，静压桩技术比较适用于分段压入等方式，施工单位需结合工程实际情况，选择适合的施工技术，发挥出静压桩技术的实际作用。

5.2 人工挖孔桩技术

在建筑工程中，人工挖孔桩技术较为常见，此类技术发展较为成熟，其优势是成本低、污染性小。桩基础承载力较强，应用人工挖孔技术能够有效提高桩基础的稳定性，但需注意的是，由于土建施工位置地下含水量较低，施工单位需谨慎选用这一技术，避免土壤含水量过高或者过低影响工程质量。

5.3 钻孔灌注桩技术

钻孔灌注桩技术是以机械设备为根本的施工技术，在实际操作过程中，施工单位可科学应用钢筋笼提高桩基础的整体稳定性与打桩质量。完成钻孔施工后，施工单位应改善桩基受力状态，以提高整体质量。通常应用钻孔灌注桩技术的过程中，施工单位需有效控制桩基础接地面积，还可通过适当增加接地面积等方式，提高桩基础的稳定性。另外，孔洞成形后，施工单位应及时拆除孔内钢筋，避免影响后续施工。

5.4 振动沉桩施工技术

振动沉桩施工也是高层建筑桩基础施工中常用的施工技术之一。该施工技术主要针对预制管桩，将振动器安装在桩的顶部，利用振动原理和桩的自身重力，实现打桩沉桩的目的。振动沉桩施工技术应用工艺简单、技术成熟可靠、移动操作方便、空间利用节约，但由于高频率的振动现象，在施工过程中存在较大的噪声污染，会对周边居民生活环境带来一定的影响，此外，该技术应用过程中成本投入较高，应用经济性较差，在城市中心施工时，不建议使用。

5.5 预制桩施工技术

预制桩施工技术是利用某种打桩施工手段，将提前预制好的基础桩打入预先设定的点位，以实现桩基础施工的目的。预制桩施工特点是施工工艺简单、施工周期可控，利用提前预制好的桩基础，可大幅度缩短施工工期。同时，控制好预制桩质量后，在施工现场只需要管控桩位测量和打桩工艺等环节质量，减少了部分施工工艺环节，降低了施工质量管控难度。预制桩施工过程中的一个关键控制点是打桩工艺，通常需采用沉桩设备，将预制的基础桩打入定点位置，打桩过程中，必须全面考虑打桩时可能出现的各种问题，如打桩过程中可能造成地基上溢、土质上移等问题，合理控制打桩速度，提前做好应急处理方案，避免打桩过程中扰动周边地质。预制桩质量控制应确保每一根桩的规格、尺寸等保持一致，打桩前，每一根桩基位置测量定位准确，同时，应严格控制每一根桩的入土深度，保证每一根桩打入定型后高度、垂直度一致。

6.建筑结构设计中的桩基设计要点

6.1 工程地质勘察资料分析

建筑结构设计中基础设计难度较大，设计人员应该首先注重分析工程地质勘察资料，以便明确水文地质状况可能对于建筑基础结构带来的影响，由此更有针对性地予以优化处理，促使建筑基础结构设计方案更为适宜合理，能够规避来自于外部环境的不利因素。因为当前很多建筑的高度不断增加，基础结构的深度也不断加大，进而更加容易受到水文地质的影响，设计人员应该将其作为重要参考资料，避免在设计处理中出现明显不协调因素。建筑基础结构设计人员应该注重全面搜集整理所有工程地质勘察资料，确保其较为完善详尽，尤其是对于地质条件以及地下水活动状况等基本信息，设计人员更是需要重点分析，判断其可能对于建筑基础结构带来的不利影响和危害，随之探讨如何予以积极应对，以便更好确保基础结构设计较为合理可行。比如当前期工程地质勘察发现建筑工程区域内存在软弱地基时，设计人员就需要重点分析明确软弱地基的分布范围及其具体性质，由此判断其对于基础结构稳定性带来的影响，进而选择较为匹配的软弱地基加固处理方案，将其纳入基础结构设计任务，规避该方面带来的不利影响和危害。

6.2 桩基设计

桩基础的承载能力极强，这种设计方式可有效保证上部结构得到更加安全稳定的支撑，由于其良好的施工效果，更适用于高层建筑。如果在桩基设计中合理加大成桩的埋深和桩径，可最大限度地把不良地质条件给基础带来的破坏性降到最低。桩基础稳定可靠的承载性能，大大提升了下方地层的承载能力，进而促进建筑整体提高安全稳定性。桩基承载能力与桩径、埋深以及设计密度成正比，上述条件越有利，桩基础就能达到越强的承载能力。如果采取联合桩基设计，可以有效避免由地层沉降带来的建筑开裂风险。桩基带来的支撑效果直接作用于上部结构，直接接受来自上部重力荷载。同时，桩基础设计有利于促进地下空间的开发和延展，桩基础提供安全支撑，地下空间可以发展车库或商场等，很有发展前途。需要注意的是，基础设计需结合具体地质条件以及楼高合理确定桩体埋深，合理控制工程造价，提高经济效益。

6.3 地基基础设计

在建筑基础结构设计中，地基基础设计是比较关键的环节，一旦在地基基础设计中出现偏差问题，必然会直接影响到基础结构的整体稳定性，可能造成建筑基础结构出现不均匀沉降。具体到建筑工程项目地基基础设计中，设计人员应该在综合全面分析工程地质勘察资料的基础上，明确地基基础结构面临的威胁因素，尤其是对于一些薄弱地基或者是软弱地基，设计人员就需要针对性地进行处理，确保地基基础设计方案较为适宜合理，最终保障该区域地基基础的稳定性，保障其承载力得以提升，可以实现建筑整体的有效承载。当然，如果建筑工程项目自身地基基础存在一些特殊性，比如在斜坡上进行建设，则会对于地基基础提出更高要求，设计人员应该注重予以针对性处理，确保斜坡上的地基基础较为稳定，尤其是对于斜坡下方的承载能力，更是需要进行综合分析判断，在不符合施工要求时，能够选择适宜合理的处理方式予以加固处理，由此较好优化设计方案[2]。

6.4 桩箱基础设计

这种设计方式是箱形与桩基设计的联合体，不但可以控制地表沉降，同时可促进桩基提高垂直方向的承载效果。其在水边或者含水率大的土质松软区域非常适用，联合体形式有助于底板整体性提高承载能力。底板自重有桩基承担，利用合理控制的底板厚度以及桩体密度，可以有效承受上部结构自重。尤其要精准测算底板厚度，如果桩基以及底板无法达到平衡受力，可能引发底板开裂。房建选址土质分类包括杂填土、粉质黏土、粉砂夹粉质黏土等，设计人员须根据土层性能指标合理划分工程场地分区和建筑面积，结合设计需要测算出所需参数，选定适用的承台和桩体用料，得出单柱竖向的特征及标准值。根据土层具体的承载性能进行桩体密度和数量布局，结合承载数据确定具体的桩体间距和数目[3]。

6.5 合理设置多道抗震防线

在建筑工程设计工作中，应当合理设计抗震防线，从而提高现代建筑的抗震性能。一般来说，在地震发生的时候，还会出现余震的情况，会对建筑结构造成一定的影响。如果在现代建筑结构设计中，仅仅设置了单一的抗震防线的话，有可能对建筑结构稳固性造成影响，甚至出现坍塌的情况。所以说，在实际的设计工作中，需要把握好现代建筑设计中的薄弱环节，及时处理设计难点问题，适当增设抗震防线，减少地震带来的影响。

结语：

总之，基础结构在房屋建筑中占据关键性地位，尤其是在房屋建筑不断向高层发展的形势下，对基础结构设计合理性与施工质量可靠性的要求越来越严格。因此，在开展基础设计作业时，设计人员应全面考虑上部结构、地质条件等原因对建筑基础结构产生的影响，充分掌握基础设计要点，并通过保证选型合理性与强化施工图纸检查审核等措施，有效提高基础设计质量。