芻議樁基工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

劉吉光

杭州鐵路設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 310006

摘要：世界各城市的生產(chǎn)和消費(fèi)的發(fā)展達(dá)到一定程度后，莫不積極致力于提高城市建筑的層數(shù)。實(shí)踐證明，高層建筑可以帶來(lái)明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。高層建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)無(wú)論是在造價(jià)還是在結(jié)構(gòu)上都占據(jù)著重要的位置。本文從樁形選擇、樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)、樁偏差處理、質(zhì)量問(wèn)題等幾個(gè)方面出發(fā)，對(duì)樁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑；樁型；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

樁基工程作為高層建筑的基礎(chǔ)之石，是一項(xiàng)繁重而復(fù)雜的過(guò)程，在此過(guò)程中設(shè)計(jì)人員應(yīng)在深刻理解規(guī)范的基礎(chǔ)上，注重概念設(shè)計(jì)，選擇合適的樁型，優(yōu)化樁的布置方式，正確合理的使用計(jì)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”。

一、靜載荷試驗(yàn)

目前的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程往往受到時(shí)間的約束。首先根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的參數(shù)確定單樁承載力設(shè)計(jì)值，根據(jù)這個(gè)估算的單樁承載力直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并施工，等工程樁施工結(jié)束后再挑選試樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。這個(gè)過(guò)程具有相當(dāng)?shù)牟豢茖W(xué)性，結(jié)果符合估算要求則皆大歡喜，否則因工程已施工完畢補(bǔ)樁困難，且有時(shí)因地質(zhì)報(bào)告有出入會(huì)給施工帶來(lái)諸多不便。

主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的樁周土摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）計(jì)算的場(chǎng)區(qū)單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，不宜直接采用。近年來(lái)筆者通過(guò)各類樁基礎(chǔ)中試樁及工程樁的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁的實(shí)際承載力均大于計(jì)算值，有些相差較大，因此按試樁獲得的實(shí)際承載力將會(huì)比按勘察報(bào)告估算的承載力來(lái)布置基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益；二是當(dāng)場(chǎng)地不均勻或地質(zhì)報(bào)告數(shù)值有偏差的情況下，不進(jìn)行試樁而直接按地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行工程樁施工將給施工帶來(lái)巨大的困難且造成不必要的浪費(fèi)。

二、合理選擇樁型及樁長(zhǎng)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)樁型及樁長(zhǎng)的合理選擇均會(huì)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大的影響，合理的樁型及樁長(zhǎng)選擇將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。筆者在某項(xiàng)住宅設(shè)計(jì)中，起初考慮時(shí)間原因采用D400的預(yù)應(yīng)力管樁，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告采用樁長(zhǎng)L=16m，單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值為850kN，預(yù)算基礎(chǔ)部分造價(jià)約為160元/m2，在整個(gè)住宅造價(jià)中占了相當(dāng)大的比例；隨后筆者結(jié)合本工程特點(diǎn)，樁長(zhǎng)不變，將樁型改為250×250的預(yù)制鋼筋混凝土小方樁，單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值為600kN，采用小方樁后預(yù)算造價(jià)約為90元/m2，綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯。由此可見(jiàn)，選擇合理的樁型對(duì)工程的造價(jià)產(chǎn)生巨大的影響。

同樣，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中樁長(zhǎng)的選擇也至關(guān)重要。在某一高層住宅樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，根據(jù)勘察報(bào)告采用D500預(yù)應(yīng)力管樁，可選樁長(zhǎng)有：樁長(zhǎng)25m，單樁承載力特征值Ra=900kN；樁長(zhǎng)34m，單樁承載力特征值Ra=1300kN。采用25m樁，約需要樁數(shù)290根；采用34m樁，則需要樁數(shù)200根。從樁本身而言，兩種方案總的工程樁延米數(shù)量相當(dāng)，但仔細(xì)分析可知：采用25m樁為滿樘布樁，所需筏板厚約為1200mm；采用34m樁為墻下布樁，筏板厚可減至900mm，經(jīng)濟(jì)效益明顯。因此，設(shè)計(jì)人員在樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中一定要考慮施工可行性等多方面進(jìn)行多種方案比較，選擇合理的樁型與樁長(zhǎng)。

三、關(guān)于樁位偏差的控制和處理

樁基礎(chǔ)施工中必須嚴(yán)格控制樁位偏差，特別是對(duì)于承臺(tái)樁及條形樁，樁位偏差將產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力使樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處于不安全的狀態(tài)。對(duì)于樁位偏差的控制主要在兩方面：其一，樁位的豎向偏差。當(dāng)樁端位于一般土層時(shí)，應(yīng)以控制樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高為主，貫入度為輔。2008年樁基規(guī)范沒(méi)有樁頂偏差具體要求，參見(jiàn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第7.4.12條規(guī)定控制樁頂標(biāo)高的允許偏差為-50～+100mm，但實(shí)際施工中偏差通常遠(yuǎn)比規(guī)定大。當(dāng)樁頂標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，則需劈樁，對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁等空心樁來(lái)說(shuō)，樁頂有樁帽，劈樁既困難又不經(jīng)濟(jì)；而當(dāng)樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，又需補(bǔ)樁頭，這既影響工期又浪費(fèi)金錢(qián)。因此施工單位在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高，盡可能地使工程樁標(biāo)高同設(shè)計(jì)一致。其二，樁位的水平偏差。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第7.4.5條規(guī)定斜樁傾斜度的偏差不得大于傾斜角正切值的15%，在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)樁位偏差較大則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)樁處理。針對(duì)4～16根承臺(tái)的樁基，JGJ94-2008規(guī)范第7.4.5條中規(guī)定允許偏差為1/2樁徑或1/2邊長(zhǎng)。筆者強(qiáng)調(diào)實(shí)際施工時(shí)，樁放樣復(fù)測(cè)位置及垂直度不得大于0.5%，沉樁中也應(yīng)分段復(fù)測(cè)樁位的偏差和垂直度偏差。

另外，對(duì)于小直徑樁（D≤250）必須對(duì)其樁位偏差進(jìn)行嚴(yán)格控制而不應(yīng)按上述規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，筆者建議對(duì)承臺(tái)樁可控制70mm；對(duì)于條形承臺(tái)則區(qū)分垂直于條形承臺(tái)方向50mm，平行于條形承臺(tái)方向70mm，這些要求必須在施工前予以明確。當(dāng)然樁位偏差滿足規(guī)范或設(shè)計(jì)要求僅代表樁基本身驗(yàn)收合格，而對(duì)于由此引起的承臺(tái)整體偏心或基礎(chǔ)高度損失則必須另行處理，可以采取增加承臺(tái)剛度或加大拉梁剛度、配筋來(lái)解決承臺(tái)整體偏心的問(wèn)題，實(shí)際工程中需針對(duì)具體情況相應(yīng)處理。

四、承臺(tái)、聯(lián)系梁、承臺(tái)梁、筏板的計(jì)算

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

4.2 承臺(tái)與承臺(tái)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(tái)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(jì)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(shí)，聯(lián)系梁按拉彎構(gòu)件計(jì)算配筋，可以把計(jì)算的彎矩及軸力輸入PKPM計(jì)算軟件GJ模塊快速計(jì)算。

4.3 當(dāng)采用剪力墻下設(shè)置承臺(tái)梁，承臺(tái)梁下布樁時(shí)，樁應(yīng)盡量布置在墻下，以減少承臺(tái)梁內(nèi)力及配筋。承臺(tái)梁計(jì)算經(jīng)常出現(xiàn)抗剪、抗彎不足，一般都調(diào)整承臺(tái)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(tái)梁頂面的剪力墻墻肢加長(zhǎng)，使獨(dú)立的墻肢之間的距離縮短或者聯(lián)系起來(lái)，增強(qiáng)承臺(tái)梁與上部剪力墻剛度，使承臺(tái)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(tái)梁的計(jì)算應(yīng)采用JCCAD里面的“樁筏筏板有限元計(jì)算”模塊，而不是“基礎(chǔ)梁板彈性地基梁法計(jì)算”模塊。

五、施工中關(guān)于特殊情況的處理

樁基達(dá)到其極限承載力而無(wú)法壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高。兩種原因?qū)е拢阂皇堑刭|(zhì)報(bào)告有誤，樁實(shí)際承載力大于計(jì)算值，必須先做試樁以確定其合理的樁長(zhǎng)及承載力；二是由于土層本身原因，譬如飽和砂土產(chǎn)生的孔隙水壓力使樁基根本無(wú)法壓入，這需要從施工措施上去解決。首先，必須制定合理的施工順序，例如跳打，使先期施工的樁產(chǎn)生的水壓力消散后再施工下一根樁；其次，對(duì)靜力壓樁來(lái)說(shuō)，必須選擇有足夠壓樁力的施工機(jī)械，避免抬機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)；另外，采取引孔、設(shè)置排水孔等措施盡量減少空隙水壓力。壓樁時(shí)必須注意壓樁力應(yīng)控制在樁身極限強(qiáng)度范圍以內(nèi)，且應(yīng)注意壓樁擠土作用對(duì)周邊建筑物的影響。

管樁裂縫。預(yù)應(yīng)力管樁以其強(qiáng)度高、制作周期短、比預(yù)制樁節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)在工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，但其也存在受剪能力差的不足之處。工程實(shí)踐中由于垂直度偏差或擠土等原因常會(huì)使管壁產(chǎn)生裂縫而影響質(zhì)量。分析偏差資料后，可發(fā)現(xiàn)垂直度偏差<0.5%的管樁，管壁基本無(wú)裂縫；而垂直度偏差>0.5%的管樁，管壁均已產(chǎn)生裂縫，這說(shuō)明承載力已受影響，應(yīng)對(duì)此類樁先糾偏再灌芯處理，使裂縫部位的傳力通過(guò)灌芯部分混凝土傳遞，經(jīng)最終靜載荷試驗(yàn)證明是切實(shí)可行的才可以。因此，管樁的實(shí)際施工中一定要注意控制好垂直度。因?yàn)闃痘こ淌欠敝貜?fù)雜，設(shè)計(jì)人員必須考慮到每一個(gè)環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌兼顧，才能使各方面合理化。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)設(shè)施的加大投入，城市中各類高層建筑拔地而起，作為高層基礎(chǔ)部分的樁基礎(chǔ)往往在整個(gè)建筑物投資中占了很大比例。因此，選擇合理的樁基礎(chǔ)形式對(duì)保證安全、節(jié)約投資、降低造價(jià)具有舉足輕重的作用。

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