樁基結構設計工程的應用
樁基結構設計工程的應用【1】
摘 要：隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，城市中各類高層建筑拔地而起，作為高層的基礎部分往往在整個建筑物投資中占據(jù)了很大的比例。
而高層基礎往往采用樁基礎，因此，如何選擇合理的樁基礎形式，對于保證安全，節(jié)約投資、降低造價起著舉足輕重的作用。
這就要求我們設計人員對每個建筑物的勘察報告進行仔細分析，選擇一個最優(yōu)化的基礎方案。
筆者就樁基礎結構設計進行分析。
關鍵詞：樁基;結構設計;工程
樁基是一種歷史悠久且應用廣泛的基礎形式，常用于豎向荷載大而集中或受大面積地面荷載影響的結構以及在沉降方面有較高要求的建筑物的基礎。
樁基工程是土建工程最重要的組成部分之一，其重要性不容置疑。
1 樁基設計中靜載荷的試驗
在樁基設計中，靜載荷試驗占有重要地位。
在如今樁基礎設計過程中，容易受到時間的限制。
樁基礎設計靜載荷試驗中，首先要根據(jù)地質(zhì)報告的參數(shù)確定單樁承載能力設計值，之后再根據(jù)這個設計值進行樁基礎設計施工，等到施工結束后挑選樁進行靜載荷試驗。
這個過程具有不科學性，如果試驗結果符合要求那么就可以完成任務，如果結果不滿足估計值，就會產(chǎn)生極大的不便。
因為施工已經(jīng)完成進行修正和補樁也比較困難，同時因為地質(zhì)報告對施工也會產(chǎn)生數(shù)值的出入，造成影響。
這里主要有兩個問題，一是根據(jù)地質(zhì)報告提供的樁周摩擦力標準值及樁端土承載力標準值由規(guī)范計算的場區(qū)單樁承載力標準值，這是一個經(jīng)驗數(shù)值，不宜直接采用。
通過對各類樁基礎檢測，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)樁的實際承載力相對于計算值普遍偏高，有些甚至差距很大，因此，如果根據(jù)試驗要求，按照試樁的實際承載力比估計的承載力來設計樁基礎將會產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。
二是當場地不均勻或地質(zhì)報告數(shù)值有偏差的情況下，不進行試樁而直接按地質(zhì)報告進行工程樁施工將給施工帶來巨大的困難且造成不必要的浪費。
如果在設計中，采用靜力壓樁，那么在實際施工中要求每根樁都要壓到要求的深度，因此就要提高樁身的強度，為了滿足這一點，對每根樁都采用劈樁，這就在時間和資金上造成了浪費。
因此，樁基礎設計過程中，靜載荷試驗是十分重要的步驟。
因為靜載荷試驗工作質(zhì)量直接影響到樁基形式、樁規(guī)格和樁入土深度的確定，同時也對施工難易有密切影響。
通過科學試驗，取得準確數(shù)據(jù)，能使設計方案更加合理、可行和經(jīng)濟，遠遠超過縮短工期所獲得的效益。
2 樁基設計中樁型、樁長的設計
樁基設計中樁型和樁長的選擇對于樁基礎設計十分重要，科學合理的選擇樁型、樁基能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。
舉個例子，在一次住宅設計中，由于時間緊迫，甲方要求采用D400的預應力管樁，又根據(jù)地質(zhì)報告資料顯示，將樁長定為16m，單樁承載力極限標準值為800kN，預算基礎部分造價約為150元/m2，根據(jù)經(jīng)驗，預算偏高。
因此，經(jīng)筆者考場當?shù)厍闆r，了解當?shù)卦O計經(jīng)驗后，最終決定設計樁長不變，將樁型改為300×300的預制鋼筋混凝土小方樁，單樁承載力極限標準值為650kN，而當?shù)仡A制小方樁的施工價位價錢比較低，整個基礎造價降低很多且符合本項工程的要求。
因此節(jié)約了施工成本。
綜合這個例子，可見合理選擇樁型對工程的造價影響很大。
再則樁長的選擇也對于樁基設計結果有重要的影響，同樣進行舉例說明，筆者在某一小區(qū)高層設計中，采用樁筏基礎形式，根據(jù)地質(zhì)勘查報告，選擇D400預應力管樁，可選擇的樁長有兩種，一種是樁長20m，單樁承載力特征值800kN，另一種是樁長30m，單樁承載力特征值1000kN。
如果在設計中采用20m樁，將需要300根，如果選擇30m樁，需要200根。
兩種方案工程樁延米數(shù)量相當，但是筏板設計不同，用20m樁為滿樘布樁，所需筏板厚約為1100mm，而采用30m樁為墻下布樁，筏板厚可減至800mm，具有明顯的經(jīng)濟效益。
因此，設計樁基礎時，要準備多種樁型和樁長的樁以供選擇，對方案進行預算成本的比較，選擇既能滿足工程要求又具有很好的經(jīng)濟效益的方案。
3 土建工程中的控制與處理
在土建工程中，樁基施工中要嚴格控制樁的偏差，尤其是是對于承臺樁及條形樁，樁位的偏差都將產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力，而使基礎設計處于不安全狀態(tài)，對施工結果產(chǎn)生影響。
在樁基偏差控制上，我們主要注意的有兩點，樁基的豎向偏差與樁位的水平偏差。
在樁基偏差控制中，根據(jù)JGJ94-2008我們通常要將樁頂標高的偏差控制規(guī)范要求范圍之內(nèi)，但是在實際施工中，偏差這么大將引起繁重的引起繁重的施工任務或者出現(xiàn)損失，當樁頂標高高于設計標高，則需要劈樁，特別對于預應力管樁等空心樁來說，樁頂有樁帽劈樁，在實際操作過程中困難又不經(jīng)濟。
因此，要求設計人員在實際施工中，要盡可能讓工程樁標高與設計相符，尤其是要考慮到施工過程中樁卸載后的回降量，如果不注意到回降量，施工后的樁基很可能高于設計標高。
設計人員在設計過程中，要考慮到施工誤差，筆者根據(jù)往年經(jīng)驗，建議考慮2mm偏差，這樣可以做到避免劈樁，也具有較好的可操作性，避免了工作量大，浪費時間和資金。
根據(jù)JGJ94-2008規(guī)范規(guī)定的樁位的偏差，在施工過程中，應嚴格控制樁位偏差在規(guī)范范圍之內(nèi)。
不同的人群會有不同的理解，這就要求我們在設計過程中最好明確樁位偏差的執(zhí)行標準。
此外，對于直徑比較小的樁，要對樁位偏差進行嚴格控制。
當樁位偏差滿足設計要求時，代表了樁基礎本身是合格的，但是在實際施工中是否不會產(chǎn)生承臺整體偏心或者高度損失等不確定性，還要在實際施工中不斷進行試驗和調(diào)整，對于樁偏心我們可以采取增加承臺剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決，這在實際工程中需針對具體情況相應處理。
在實際施工中，還可能出現(xiàn)特殊情況，對于特殊情況要進行特殊處理。
如果發(fā)生撞擊達到其極限承載力而無法壓至設計標高的情況時，可能有兩點原因。
一點是地質(zhì)勘查報告發(fā)生失誤，因此首先要對地質(zhì)勘查報告進行優(yōu)先檢查。
如果勘查報告無誤，則可能是由于土層本身原因，譬如說飽和砂土產(chǎn)生的孔隙水壓力使樁基根本無法壓入，這就需要我們從施工措施上去解決。
一般采用跳打的方法，將前面施工的樁產(chǎn)生水壓力敲散，再進行下一根樁的施工。
對于靜力樁來說，要有足夠的施工機械，以防止出現(xiàn)抬機現(xiàn)象，另外可以采取引孔地位方法，通過在管樁的底部設置排水孔等相關有效措施，目的是盡量減少空隙水壓力。
當然，在壓樁時，工作人員必須注意壓樁力的控制。
通常情況下，要保證壓樁力控制在樁身極限強度范圍以內(nèi)，并且在實際施工中且應注意壓樁擠土作用對周邊建筑物的影響。
在工程施工上，還有很多問題。
我們要求技術人員在施工時，要嚴格按照規(guī)范標準進行相關的工作，不可隨意按照自己的意愿更改或者刪除設計內(nèi)容。
在施工過程中，不得偷工減料，施工工藝的選擇上要嚴格按照工程施工標準。
在工程施工中，工程技術人員要一絲不茍的處理遇到的問題，從而保證合理的運用，達到相應的工程技術標準。
在施工之前還要注意相應的準備工作。
施工準備工作是施工的基礎和前提，只有準備的完好充分，才能夠保證工程在施工過程中有序無誤的進行。
4 結 語
我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，高層建筑已經(jīng)是城市的必然趨勢，因此作為高層基礎部分的樁基礎就在土建工程中占有重要的地位。
如何選擇樁基礎的樁型和樁長對于保證安全，節(jié)約投資，降低造價起著重要的作用。
因此，在實際設計中，要注意靜載荷試驗的科學合理性以及樁型、樁長的合理選擇。
參考文獻
[1]劉蘇.成層地基中基樁沉降計算的非線性分析[D].湖南大學，2013.
樁基基礎結構設計【2】
摘 要：闡述了樁基礎設計中樁的選型與布置，單樁豎向承載力的確定以及樁水平承載力驗算。
關鍵詞：樁基礎設計，選型與布置，單樁豎向承載力，樁水平承載力
概述：隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，高層建筑儼然已經(jīng)成為當代城市建設工程的主體。
由于樁基礎具有承載力高、沉降量小、結構布置靈活以及整體性好等優(yōu)點，因而在高層建筑結構的基礎設計中得到廣泛采用。
針對不同的地質(zhì)條件以及工程難易程度，在采用樁基礎作為基礎類型時，都需要設計人員分析實際工程條件設計出安全、可靠并且最大限度節(jié)約成本的樁基礎方案。
本文闡述了樁基礎設計中樁的選型與布置，單樁豎向承載力的確定以及樁水平承載力的驗算三個方面內(nèi)容。
1 樁基礎設計中樁的選型與布置
(1)樁型的選擇應根據(jù)建筑物實際的上部結構類型、荷載大小及分布、工程地質(zhì)情況，施工條件及周圍環(huán)境等因素按照安全適用、經(jīng)濟合理的原則確定。
基樁一般可按承載性狀分為摩擦型樁和端承型樁;按成樁方法分為非擠土樁、部分擠土樁和擠土樁;按照樁徑(設計直徑d)大小分為小直徑樁、中等直徑樁和大直徑樁。
目前在廣東地區(qū)設計中常用到的樁型主要有預制樁(包括混凝土方形樁、預應力混凝土管樁以及鋼樁)和灌注樁(包括沉管灌注樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、沖孔灌注樁)。
預制樁，是在工廠或施工現(xiàn)場制成的各種材料、各種形式的樁，用沉樁設備將樁打入、壓入或振入土中。
多適用于持力層層面起伏較小的強風化層、風化殘積土層、砂石及碎石土層。
在施工中，預制樁不存在縮頸、夾泥等質(zhì)量問題。
但是，因為樁身穿過的土層主要為高、中壓縮性粘性土，不能穿透硬夾層，往往使得樁長過短，持力層不理想，從而導致沉降過大。
而且預制樁的樁徑、樁長、單樁承載力可調(diào)范圍小，在對樁基礎按變剛度調(diào)平原則進行優(yōu)化設計時，不能或難以實現(xiàn)。
與鉆、沖孔灌注樁相比，沉樁過程中的擠土效應也常常導致斷樁(接頭)、斷樁上浮等問題。
因此，預制樁的使用要因地制宜結合具體工程情況而定。
灌注樁是直接在所設計的樁位上開孔，成孔后在孔內(nèi)加放鋼筋籠，灌注混凝土而成。
與預制樁相比，灌注樁具有不受地層變化限制，可根據(jù)實際情況變化樁長、采用不同樁徑、設計成異形樁和變截面樁，可穿過各種軟、硬夾層，可擴大樁底充分發(fā)揮樁身強度和持力層的承載力的優(yōu)點。
但是灌注樁在施工過程中樁身質(zhì)量不易控制，易出現(xiàn)斷樁、縮頸、露筋和夾泥的現(xiàn)象;同時由于樁身直徑較大，孔底沉積物不易清除干凈，因而會出現(xiàn)單樁承載力變化較大的問題。
因此，在使用灌注樁時，除了應加強對其承載力的復核、樁本身混凝土質(zhì)量的檢驗以及樁身完整性的檢測外，在進行設計時，也應充分考慮實際工程條件，合理選用。
(2)樁的平面布置原則，應力求使各樁的樁頂受荷均勻，上部結構的荷載中心與樁的重心相重合，并使群樁在承受水平力與彎矩方向有較大的抵抗矩。
應注意，樁中心距應滿足建筑樁基規(guī)范要求，在同一結構單元不宜同時采用摩擦樁和端承樁;剪力墻下的布樁量要考慮剪力墻兩端應力集中的影響，而在剪力墻中和軸附近的樁可按照受力均勻布置;當采用大直徑樁時，宜采用一柱一樁，筒體采用群樁時，在滿足樁的最小中心距要求的前提下，樁應盡量布置在筒體以內(nèi)或不超過筒體外緣一倍板厚范圍之內(nèi)。
2 樁基礎設計中單樁豎向承載力的確定
在設計的最初階段中，我們通常是依據(jù)承載力和地基土的物理指標之間的經(jīng)驗關系來進行單樁豎向承載力的估算。
但是，有時候樁的估算值會和實際的承載力之間產(chǎn)生很大的誤差，根據(jù)樁基技術規(guī)范，需要進行試驗樁和試打樁等試驗的驗證，并且根據(jù)結果進行適時的調(diào)整。
在進行施工圖設計的時候，我們通常會采用靜載荷試驗產(chǎn)生的樁承載力以及其他的設計參數(shù)。
這種方法比較適合應用在設計等級較高并且地質(zhì)條件比較復雜的樁基礎工程之中。
但是，有些樁基礎設計受到時間的約束，會首先根據(jù)地質(zhì)報告所提供的參數(shù)進行單樁承載力的測試，并依照估算出的單樁承載力的值進行樁基礎設計施工，這就存在著很大的不科學性，如果確定的結果與估算的要求誤差過大便會產(chǎn)生很大的危害。
還有一種方法是在施工開始之前，通過試打樁來配合高應變動測法來確定單樁承載力。
這種方法在較多應用在使用管樁基礎多年，并且設計經(jīng)驗比較豐富的地方。
在廣東地區(qū)一些經(jīng)驗豐富的設計單位，在用高應變動測法測試的時候，可將單樁豎向抗壓承載力的誤差降低到15%以下。
在確定單樁豎向承載力時，樁基礎試驗是很重要的，通過試驗我們可以了解到很多樁基礎的實際承載力與估算值相比存在的差異。
因此，我們在進行樁基礎的設計時，按照試樁的實際承載力進行設計，不僅能保證我們的設計與實際相符，而且還能最大限度的保障工程建設的經(jīng)濟效益。
3 樁水平承載力的驗算
樁基水平承載力的驗算是樁基抗震性能驗算的主要內(nèi)容之一，目前大多數(shù)設計單位和施工單位只關注樁的豎向承載力而不注意樁的水平承載力，這給結構造成不少隱患。
《建筑抗震設計規(guī)范》明確規(guī)定了樁基需要進行抗震驗算的范圍，高層建筑基本都需要進行抗震承載力驗算。
對于樁基，樁的水平承載力驗算主要包括樁身水平承載力的驗算和樁基水平承載力的驗算。
對于大直徑灌注樁，樁身水平承載力基本都能滿足要求。
但是對于預制樁，特別是高強混凝土預應力管樁，其樁身承載力應按照《預應力混凝土管樁規(guī)范》的要求取值。
樁基單樁水平承載力則需按照《建筑樁基技術規(guī)范》進行計算，其主要影響因素有樁身截面尺寸、混凝土強度等級、樁側土性質(zhì)、承臺底面?zhèn)让嫱痢⒂袩o地下室以及樁基和承臺連接形式。
經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，基本樁基水平承載力起控制作用。
例如當?shù)鼗了娇沽ο禂?shù)的比例系數(shù)m=2.5(5.0)MN/m4，樁的水平位移允許值x0a=10mm，αh≥4.0， 樁與承臺連接按鉸接，按無地下室結構計算，PHC400-95 單樁水平承載力特征值僅為22.4(34.0)kN。
PHC500-100 單樁水平承載力特征值為34.0(51.5)kN。
PHC500-125 單樁水平承載力特征值為35.0(53.0)kN。
承臺下為淤泥層土層(m=2.5MN/m4)，預應力混凝土管樁PHC500-125A，其單樁水平承載力特征值僅為35kN;因此為了滿足樁基水平承載力要求，對于剪重比為1.6%的結構，其單樁抗壓承載力特征值不應高于2187kN; 對于剪重比為2.4%的結構，其單樁抗壓承載力特征值不應高于1458kN;對于剪重比為3.0%的結構，其單樁抗壓承載力特征值不應高于1166kN。
而對于有地下室結構，由于地下室側墻能有效傳遞水平力，考慮承臺側面、底面土對抵抗水平力的貢獻，樁豎向承載力可適當放大。
因此，在對樁基水平承載力的驗算時，除了要按照規(guī)范要求進行計算復核外，也要充分考慮樁側土、承臺側土和地下室外墻土實際土質(zhì)的影響，保證樁基水平承載力符合安全使用的要求。
4 結語
隨著當今社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，高樓大廈已經(jīng)成為城市高速發(fā)展的主要標志，而樁基礎作為高層建筑基礎的主要類型之一，正得到越來越多的使用。
做為設計人員，在進行樁基礎設計時一定要充分理解規(guī)范要求，在設計過程中統(tǒng)籌兼顧、結合具體工程實際，使設計的結果更加安全合理。
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