浅谈桩基设计的若干问题

浅谈桩基设计的若干问题
[摘要]本文通过笔者在高层建筑桩基础设计工作中，总结了在工程设计需要注意的一些问题，并具体阐述了自己的设计方法，尤其是在桩基础结构方案选择上值得大家借鉴。

[关键词]桩型桩长抗拔桩后压浆抗浮设计裂缝
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。

而绝大多数高层建筑和土质较差的多层建筑基础往往采用桩基础。

因此，如何选择合理的桩基础设计方案，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。

虽然我们对桩基础的设计经验较多，但在合理性方面仍然存在着许多问题，这里对较为典型的问题进行分类列举，供今后的设计中借鉴。

(一)荷载与承载力
为了桩基设计符合安全实用，经济合理的要求，上部荷载和桩基承载力的准确计算和取值是至关重要的，基桩设计计算的荷载取值应全部按新版规范GB50009-2012要求，如果计算不准确就会留下安全隐患或造成浪费。

设计中关于此方面比较有代表性问题如：桩基设计未按GB50007-2011第3.0.6条采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，造成用桩量偏多；设计用“Nmax”组合值设计不合适，应采用“D+L”标准组合设计工程桩，再用“Nmax” 组合值进行校核。

存在严重液化土层的影响，桩基承载力未进行折减。

桩基础设计中，由于液化土的存在会对桩的单桩承载力产生削弱，人们在计算单桩承载力的时候往往将它忽略，容易造成工程隐患。

也有的工程在确定单桩承载力的时候，往往受到时间的约束首先根据地质报告提供的参数确定单桩承载力设计值，根据这个估算的单桩承载力直接进行桩基础设计并施工，等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷试验。

这时如果发现承载力不满足设计要求补桩也会很困难，且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不便。

去年我们做的一个工业厂房，根据地质报告提供的桩周土摩擦力标准值及桩端土承载力标准值再由规范JGJ94-2008计算的场区单桩承载力标准值很小，如果按照这个承载力布桩的话将会有很大的富余量。

而事实上绝大多数桩的实际承载力均大于计算值，最多达到30%，虽然试桩的周期较长，但可以为甲方带来很客观的经济效益。

（二）桩基设计中桩型、桩长设计的重要性：
在一般的工业和民用建筑中，混凝土预制管桩和灌注桩是使用最多的两种桩
型。

曾经有一个10层的住宅项目在地质报告中建议采用直径600的灌注桩，桩长18m，单桩承载力1050KN。

我们经过计算认为，虽然此工程虽然是高层住宅但因层数较低即使是使用预制管桩完全能够满足承载力的要求。

于是经和甲方及勘察单位及时沟通后我们使用了直径500的预制管桩，桩长26m 单桩承载力750KN。

两种方案经过比较测算仅此一项就为甲方节省了工程造价100多万元。

同样桩基设计中对桩长的选择也至关重要，另外一个高层住宅桩筏基础设计中，根据地址报告采用D500预应力管桩，可选桩长有：桩长25m ，单桩承载力特征值Ra=900kN；桩长34m，单桩承载力特征值Ra=1300kN。

采用25m桩，约需要桩数290根；而采用34m 桩，则需要工程桩200根。

从桩本身而言，两种方案总的工程桩延米数量相当，但我们分析一下由此而相对应的筏板设计，采用25m 桩为满樘布桩，所需筏板厚约为1200mm，而采用34m 桩为墙下布桩，筏板厚可减至900mm，经济效益明显。

因此，我们设计人员在桩基础设计中一定要采用多方案比较，选择合理的桩型与桩长，这都将对整个基础设计的合理性与经济性产生巨大的影响，当然我们也应考虑施工可行性等多方面因素。

还有就是在桩型已经确定的情况下选择一些特殊的工艺做法来提高桩基础的承载力
如选用挤扩桩和灌注桩后压浆技术。

尤其是后压浆技术同样可以提高30%的承载力。

（三）抗浮设计及地下水位
地下水位及其变幅是地下室抗浮设计重要依据，实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成施工过程中由于抗浮不够出现局部破坏。

另外，实际中在同一整体大面积地下室上建有多栋高层和低层建筑，而地下室面积大，形状又不规则，加之局部上方没有建筑，此类抗浮问题也相对比较难以处理，须作细致分析处理。

关于抗浮水位可参考日下规定：
根据《高层建筑岩土工程勘察规程》第8.6.2条
1）当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可用实测最高水位，无长期水位观察资料时，应按勘察期间实测最高水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。

2)场地有承压水且与潜水有水力联系时，应实测承压水位并考虑其对抗浮设防水位的响。

3）只考虑施工期间的抗浮设防时，抗浮设防水位可按一个水文年的最高水位确定。

关于抗浮设计的分项系数，天津市民用建筑施工图设计审查要点中又规定：抗浮设计时水浮力的分项系数取1.1；结构自重等对抗浮有利的荷载分项系数取
1.0。

另外对于地下车库部分为了解决抗浮问题往往较多的使用抗拔桩。

这里再说一下抗拔桩和抗压桩的区别：在承载力方面抗拔桩忽略了桩端阻力对单桩承载力的影响；在配筋方面抗拔桩需要通长配筋而抗压桩只需桩身2/3范围配筋即可。

而抗拔桩进入基础持力层的深度也不想抗压桩一样要求严格。

在施工期间存在的抗浮问题只需要在施工期间注意降排水和监测即可，并且明确指定施工停止降水的时间。

（四）关于桩偏差的控制及裂缝的处理
桩基施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对于承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加弯矩，而使基础设计处于不安全状态。

对于桩位偏差我们主要控制两个方面，其一是竖向偏差，我们控制桩顶标高的允许偏差为-50~+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。

当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济；而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。

这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。

而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，建议针对目前的施工质量，设计中可以考虑2mm左右的偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作。

其二则是桩位的水平偏差。

如果偏差较小可采取加宽加大承台的措施，若发现桩位偏差较大则应及时补桩处理。

预应力管桩以其强度高，制作周期短，比预制桩节省材料等优点在工程设计中受到普遍应用，但其也存在受剪能力差的不足之处。

在工程实践中，由于垂直度偏差或挤土等原因经常会使管壁产生裂缝而影响质量。

我们对偏差资料经过分析归类后，对于垂直度偏差小于0.5%的管桩，管壁基本无裂我们认为承载力应不受损失，故在增加了一组试桩证明承载力满足设计条件后不再进行处理。

而对垂直度偏差大于0.5%的管桩，可以认为管壁均已产生裂缝，承载力已受影响，我们对此类桩采用了先纠偏再进行灌芯处理，使裂缝部位的传力通过灌芯部分混凝土传递，经最终静载荷试验证明是切实可行的。

因此我们在管桩的实际施工中一定要注意垂直度的控制，因为管桩的抗剪能力较差，很容易破坏而引起不必要的经济损失。