簡議樁基礎(chǔ)設(shè)計

盧喜經(jīng)

【摘 要】通過對樁基豎向承載力計算分析入手，闡述在JCCAD中如何正確按規(guī)范要求布樁，同時指出了幾種優(yōu)化樁基設(shè)計的方法，對樁的選型做了簡述，對承臺、聯(lián)系梁、承臺梁、筏板的計算應(yīng)注重的問題、構(gòu)造做了一些總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】豎向承載力；JCCAD；樁基優(yōu)化；樁型選擇；承臺、聯(lián)系梁、承臺梁、筏板

【中圖分類號】TU470 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0245-01

0引言

樁基礎(chǔ)具有整體性好，承載力高和沉降量小、結(jié)構(gòu)布置靈活等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中廣為采用，尤其在高層建筑中應(yīng)用更為普遍。而中國建筑科學(xué)院編制的PKPM基礎(chǔ)CAD設(shè)計軟件JCCAD是廣大設(shè)計人員常用的軟件之一。本文就如何安全、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計樁基礎(chǔ)，并且正確使用JCCAD軟件做一些分析，供設(shè)計人員參考。

1 樁基的豎向承載力計算與JCCAD中荷載的選擇

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94-2008，樁基的豎向承載力計算應(yīng)符合下列要求：（1）荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合：①軸心豎向力作用下Nk≤R；②偏心豎向力作用下除滿足①還應(yīng)滿足Nk≤1.2R（2）地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合：③軸心豎向力作用下NEk≤1.25R；④偏心豎向力作用下除滿足③還應(yīng)滿足NEk≤1.5R。在上述條件下樁頂荷載值是逐漸增大的，同時樁的承載力也是逐漸增大的，設(shè)計中必須同時滿足以上條件。那么什么情況下是軸心豎向力？什么情況下是偏心豎向力？可以做一整體假設(shè)：假如上部結(jié)構(gòu)重心和基礎(chǔ)形心重合，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下以及豎向地震作用下上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)形心只有軸向力而無彎矩，即軸心作用；在風(fēng)荷載以及水平地震作用下，有軸力也有彎矩，即偏心豎向力。整體而言：風(fēng)荷載和水平地震作用在整體上并不改變建筑的重量，對基礎(chǔ)只是產(chǎn)生剪力和彎矩。因此我們在布置樁時，一條最基本的原則就是：在滿足①要求的同時，也滿足②、③、④要求，盡量不要增加多余的樁來承擔(dān)由于水平力產(chǎn)生的偏心豎向力。

2 樁基的優(yōu)化

（1）活荷載折減。按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》4.1.2條活荷載折減，把這一折減系數(shù)填在JCCAD中，程序默認(rèn)系數(shù)為1.0，程序有自動折減選擇，但這一折減系數(shù)僅針對荷載規(guī)范表4.1.1（1）項建筑類別，因此設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑功能、層數(shù)選擇合適的折減系數(shù)填入計算。

（2）對摩擦型樁基，符合《JGJ 94-2008》5.2.4條時，可考慮承臺效應(yīng)確定復(fù)合基樁的豎向承載力特征值，讓承臺下地基土承擔(dān)一部分豎向力。

（3）在進(jìn)行樁筏基礎(chǔ)設(shè)計時，經(jīng)常會出現(xiàn)地基反力大于單樁承載力的情況。此時可以通過調(diào)整基床反力系數(shù)K值，相應(yīng)增加地基土所承擔(dān)的反力值，但又不超過地基土的承載力，從而降低樁端反力，達(dá)到使其小于單樁承載力的目的。一般而言，地基土所承擔(dān)的上部荷載值大概占10%左右。

（4）通過破壞試驗確定單樁承載力設(shè)計值。樁基設(shè)計，一般先根據(jù)巖土工程勘察報告所提供的土層參數(shù)值估算單樁承載力設(shè)計值。根據(jù)這個估算的承載力設(shè)計值進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計，然后再通過靜載試驗復(fù)核是否滿足單樁承載力設(shè)計值。這樣做，多數(shù)情況下樁的實際承載力大于設(shè)計值，有的甚至相差幅度較大。因此有條件時，建議樁采用破壞性實驗，準(zhǔn)確科學(xué)的確定單樁承載力設(shè)計值來進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計，可以取得比較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 樁型的選擇

樁型的選擇應(yīng)根據(jù)建筑物的使用要求、上部結(jié)構(gòu)類型、荷載大小、工程地質(zhì)情況、施工設(shè)備和條件及周圍環(huán)境等因素綜合考慮確定：

（1）預(yù)制樁適宜用于持力層層面起伏不大的強(qiáng)風(fēng)化巖層、風(fēng)化殘積土層、砂層和碎石土層，且樁身穿過的土層主要為高、中壓縮性黏性土層。所穿越土層中存在孤石或者從軟塑土層突變到特別堅硬層的巖層，均不適宜采用預(yù)制樁。

（2）沉管灌注樁適宜用于持力層起伏較大，且樁身穿越的土層主要為高、中壓縮性黏性土層。對于樁群密集，且為高靈敏度軟土，則不適宜采取打入式沉管灌注樁，而且沉管灌注樁施工質(zhì)量很不穩(wěn)定，在工程中的應(yīng)用受到限制。

（3）鉆（沖）孔灌注樁使用范圍最廣，通常適宜用于持力層層面起伏較大，樁身穿越各類土層及夾層多、風(fēng)化不均、軟硬變化大的巖層。但鉆（沖）孔灌注樁施工需要泥漿護(hù)壁，如施工現(xiàn)場受限制或者環(huán)境保護(hù)有特殊要求則不宜采用。

（4）人工挖孔樁適宜用于地下水埋藏較深，或者地下水埋藏較淺但能采用井點(diǎn)降水且持力層以上無流動性淤泥質(zhì)的地層。成孔過程中可能出現(xiàn)流砂、涌水、涌泥的地質(zhì)不宜采用人工挖孔樁。

4 承臺、聯(lián)系梁、承臺梁、筏板的計算

（1）樁承臺應(yīng)滿足受彎、受剪、受沖切、局部受壓，承臺厚度一般由受沖切控制，同時柱縱筋在承臺內(nèi)的直錨長度應(yīng)滿足《JGJ 94-2008》4.2.5條，且樁頂縱向主筋錨入承臺內(nèi)的長度應(yīng)滿足《JGJ 94-2008》4.2.4條。對雙柱聯(lián)合樁基承臺，當(dāng)兩柱之間出現(xiàn)負(fù)彎矩時應(yīng)設(shè)置暗梁或者在承臺頂部配筋。

（2）承臺與承臺之間一般應(yīng)設(shè)聯(lián)系梁。聯(lián)系梁的截面尺寸及配筋按下述方法確定：以柱剪力作用于梁端，按軸心受壓構(gòu)件確定其截面尺寸，寬度不宜小于250mm，高度一般為承臺中心距的1/10～1/15；配筋則取與軸心受壓相同的軸力，按軸心受拉構(gòu)件計算。在抗震設(shè)防區(qū)也可取柱軸力的1/10為梁端拉壓力確定截面尺寸及配筋。當(dāng)聯(lián)系梁上有隔墻時，聯(lián)系梁按拉彎構(gòu)件計算配筋，可以把計算的彎矩及軸力輸入PKPM計算軟件GJ模塊快速計算。

（3）當(dāng)采用剪力墻下設(shè)置承臺梁，承臺梁下布樁時，樁應(yīng)盡量布置在墻下，以減少承臺梁內(nèi)力及配筋。承臺梁計算經(jīng)常出現(xiàn)抗剪、抗彎不足，一般都調(diào)整承臺梁截面寬度、高度等，在條件允許的情況下，可以把地面以下至承臺梁頂面的剪力墻墻肢加長，使獨(dú)立的墻肢之間的距離縮短或者聯(lián)系起來，增強(qiáng)承臺梁與上部剪力墻剛度，使承臺梁與相鄰剪力墻共同工作，使之更有利于承受上部荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力。應(yīng)注意承臺梁的計算應(yīng)采用JCCAD里面的“樁筏筏板有限元計算”模塊，而不是“基礎(chǔ)梁板彈性地基梁法計算”模塊。

（4）當(dāng)采用樁筏基礎(chǔ)時，應(yīng)注重“變剛度調(diào)平”，在荷載較大處布置密樁、長樁、較大直徑樁，改變樁基剛度使建筑物沉降均勻，從而降低筏板內(nèi)力及配筋。筏板的配筋采用JCCAD里面的“樁筏筏板有限元計算”模塊計算，筏板配筋局部較大時，可合理考慮上部結(jié)構(gòu)剛度，考慮基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同工作，使基礎(chǔ)剛度大大增大，從而增大抵抗上部結(jié)構(gòu)傳來不均勻荷載的能力，減少變形差，減少內(nèi)力和配筋。

5 結(jié)束語

樁基工程是一項繁重而復(fù)雜的過程，在此過程中設(shè)計人員應(yīng)在深刻理解規(guī)范的基礎(chǔ)上，注重概念設(shè)計，選擇合適的樁型，優(yōu)化樁的布置方式，正確合理的使用計算軟件，使上部結(jié)構(gòu)荷載直接、有效、分散的傳遞到土中，統(tǒng)籌兼顧，從各方面使之合理化，做到“安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境”。