浅议高层建筑结构桩基础设计
摘要：桩基础是高层建筑结构的基础形式之一，它是整体高层建筑的根本所在。本文对高层建筑中桩基础设计进行了综合分析，旨在提高高层建筑结构桩基础设计的整体水平。
关键词:高层建筑；桩基础；设计
中图分类号： tu97 文献标识码： a 文章编号：
引言：
随着我国经济的快速发展，城市高层建筑拔地而起，桩基础作为高层的基础部分在建筑工程中占有重要作用。如何选择合理的桩基础形式，对于结构的安全性、经济性起着重要的作用。
一、桩基础的设计原则
基桩根据施工工艺不同，分为预制桩和灌注桩；按排土分类分为挤土桩（打入、静压、振动、沉管等）和非挤土桩（钻孔、挖孔）。常用的桩型主要有预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、钢管桩等。桩基础设计时，应根据以下工程资料合理选择桩基础类型：①岩土工程勘探资料：岩土力学参数、地下水位、土层液化判别及特殊地质情况；②建筑场地：抗震设防烈度及场地类别、建筑场地现状及该区域施工经验等；
③拟建建筑物的平面布置、安全等级、结构类型、荷载大小等；④施工工艺对地质条件和周边环境的适应性、施工周期要求等。依据收集的建筑场地及岩土勘探数据、建筑物情况及施工条件等资料，我们可以合理确定建筑基础桩型及其单桩承载力特征值。按结构荷
载条件选择各种规格的桩（多层与小高层建筑可用预应力管桩、沉管灌注桩，而超高层建筑宜优先选用大直径灌注桩、嵌岩桩等）；施工周期紧时可优先选用预制桩，但市区应避免使用锤击和振动沉桩施工工艺；挤土效应敏感区域不应使用挤土桩；打入桩则需要根据土层地质情况选择不同穿透能力的桩，对存在孤石及地下障碍物的地基、有不能作为持力层的坚硬夹层的地基、从软土层直接进入中（微）风化基岩的地基、石灰岩及溶岩地区，不宜使用或应慎用预制管桩基础，否则应根据详细勘探结果，组织专家论证会，综合各方意见后确定基础方案；若基岩埋置很深时考虑摩擦桩和端承摩擦桩，基岩埋置较浅时优先考虑扩底桩以减少基础工程造价。除桩型选择要点外，桩基础设计还应满足以下原则：同一结构单元宜采用桩长相近的桩，相邻桩底标高差应在合理范围内；尽量选择较硬土层作为桩端持力层，根据地质情况确定桩端入持力层深度（粘性土、粉土≥2d，砂土≥1.5d，碎石类土≥1d），并尽量达到桩端阻力的临界深度；对端承桩采用较大桩径或入基岩扩底，对摩擦桩宜采用细长桩；对于裙桩基础，宜根据变刚度调平原则，疏密结合，使各桩受力较均匀，并应尽量使上部荷载中心与桩群的横截面形心重合或接近。
二、桩基础设计
1、通过试验确定单桩竖向抗压承载力特征值
在初步设计阶段，一般根据地基土的物理指标与承载力之间的经验关系来估算单桩竖向抗压承载力特征值。但很多时候桩的实际承
载力与估算值之间的差距大，所以经估算后,一般需经过试验桩、试打桩来验证并进行调整。以下为两种试验方法：
1.1 静载试验桩
在施工图设计阶段，一般采用静载荷试验得到合理的桩承载力和其他设计参数。此法适用于设计等级为甲级且地质条件较复杂的管桩基础工程。
1.2 试打桩
在正式施工前通过试打桩配合高应变动测法确定。适用于应用管桩多年且设计经验较丰富的地区，包括地质条件不复杂的设计等级为甲级的管桩基础。根据广东的统计数据表明：一些有经验的测试单位，用高应变动测法检测的单桩竖向抗压承载力的误差可控制在15%以内。相比静载荷试验，该方法试验费用低，时间短，测试桩数多，在广东地区得到广泛应用。
1.3 试验的重要性
在对各种桩基础试桩以及工程桩的具体检测中，我们能够知道很多桩基础的实际承载力大于估算值，有些桩基础实际承载力与其估算值相差幅度很大，所以在布置基础时如果按照试桩实际承载力来设计桩基础将产生巨大的经济效益。比如，某高层商业住宅楼，其主体设计目标为地面以下一层、地面以上十八层，在设计中根据具体地质勘察报告相关数据决定采用 d400预应力管桩，桩长20m，如果按照jgj94-2008技术规范相关公式来估值计算其单桩承载力结果为1,200kn，但实际进行的3根试桩破坏性测试显示其实际单
桩承载力可高达1,600kn，与估算值相比提高了33.3%，在实际工程桩基础设计中就采用试验数值，节省了业主投资。由此可见试桩可以给桩基础施工降低工程难度并减少浪费。此项工作质量将直接影响到桩基础的形式、规格以及桩的入土深度，同时也密切影响着施工难易度。
2、桩基选型、桩长设计
桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择均会对基础设计产生重
大的影响，合理的桩型、桩长选择将产生巨大的经济效益。在防城港某小高层楼盘设计中，开始由于考虑时间原因（有现成的 d400 预应力管桩），甲方要求采用 d400的预应力管桩，根据地质报告采用桩长 l=11m，单桩承载力极限标准值为 600kn，预算基础部分造价约为 180 元/平方米，在整个调度楼造价中占了相当大的比例。在其后的设计中，采用桩长不变，结合当地的设计经验，将桩型改为250×250 的预制钢筋混凝土小方桩，单桩承载力极限标准值约为600kn。预制小方桩在当地的施工价才约 60 元/米，而预应力管桩的单价约为 80 元/米。采用小方桩后预算造价约为 90 元/平方米，综合经济价值明显。可见选择合理的桩型，将对工程的造价产生巨大影响。同样桩基设计中对桩长的选择也至关重要。在某一小区住宅楼沉管灌注桩基础设计中，根据施工方提供的采用
d300 沉管管桩，且根据地质报告桩长约 15m，单桩承载力特征值ra=550kn，约需要桩数 130 根；而采用 d450 管桩，桩长 15m，单桩承载力特征值 ra=950kn，只需要桩数 60 根。从桩本身而言，
两种方案总的工程桩长度相当，但分析一下由此而相对应的 d450 桩型大，混凝土用量大，当地 d450 管与 d300价格相差不大，而二者所需桩数量相差较大，采用 d450 管桩经济效益明显。因此，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。当然也应同时考虑施工可行性等多方面因素。桩基设计中不同桩型经济性比较在桩基础具体设计中如何合理选择桩型会对桩基础设计产生
极大影响。桩型选择将极大地影响经济效益。深圳中洲讯美写字楼项目，该项目为框架核心筒结构，建筑总高度为128米。应甲方要求进行基础选型比较如下:
(1)基础选型比较。
①方案1：采用预应力管桩
预应力管桩在深圳地区施工工艺成熟，且具有单桩承载力高，造价低，工期较短，耗材较低等优点，具有较大的经济效益和社会效益，是现阶段使用较多的一种桩型。本项目采用管桩直径d=500mm，壁厚为125mm，类型为ab型。根据勘察报告采用平均桩长l=23.2m，其桩端持力层为强风化层，单桩竖向承载力特征值桩身控制的理论值为2,700kn，考虑到各种因素对桩身强度的影响，实际计算时取值为2,500kn。根据pkpm的计算结果并采用safe复核，在核心筒部分满堂布桩，需要164根桩，桩筏板厚度为2,100mm（内筒冲切控制），考虑桩土共同作用，面筋为构造配筋，底筋为计算配筋。最后依据现行定额，计算核心筒处管桩、混凝土及钢筋的总造价约
