建筑工程結(jié)構(gòu)中樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

王明媚

摘 要：基礎(chǔ)是建筑物最重要的組成部分之一，很大程度上決定了建筑物的使用壽命和安全性，目前樁基礎(chǔ)已經(jīng)成為我國建筑工程實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)形式，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在工程實(shí)踐過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)問題，在新的工程中運(yùn)用已有的經(jīng)驗(yàn)，選擇合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的樁基礎(chǔ)類型，做好樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；樁基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)

1 前言

近年來，城市建筑用地日趨緊張，建筑已經(jīng)成為城市建筑工程規(guī)劃和建設(shè)的主流趨勢。隨著我國城市建筑的數(shù)量增加，規(guī)模越來越大，人們對城市建筑的質(zhì)量也提出了越來越高的要求。在建筑工程施工中應(yīng)用樁基礎(chǔ)施工技術(shù)，很大程度上滿足了人們對建筑工程施工安全和質(zhì)量的雙重要求。

2 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概述

2.1 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)由樁基和承臺兩部分組成，承臺位于樁頂處。根據(jù)承臺位置不同，樁基礎(chǔ)又分為低承臺樁基礎(chǔ)和高承臺樁基礎(chǔ)，前者指承臺底面與土接觸，樁身全部埋于土中的樁基礎(chǔ)；后者指承臺底部位于地面以上，樁身上部露出地面的樁基礎(chǔ)。通常的建筑都設(shè)計(jì)為低承臺樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)在高層建筑中應(yīng)用廣泛。

2.2 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指：根據(jù)工程要求、地質(zhì)勘察資料、施工條件，來確定樁基礎(chǔ)的類型、樁斷面的尺寸和長度、樁的數(shù)量、單樁承載力特征值、平面布置、承臺的尺寸與構(gòu)造等，再根據(jù)承受的荷載進(jìn)行樁基承載力的驗(yàn)算，估算樁基礎(chǔ)沉降量、驗(yàn)算樁和樁承臺的強(qiáng)度。

2.3 樁基礎(chǔ)特點(diǎn)與分類

（1）特點(diǎn)。較高的承載力：樁支承在堅(jiān)硬或較硬的持力層中，如基巖、密實(shí)的卵礫石層、中密砂、硬塑粘性土等，在豎向單樁承載和群樁承載方面都具有很高的承載力，足以達(dá)到承擔(dān)高層建筑全部豎向荷載的水平，包括偏心荷載。較大的豎向剛度：樁基具有較大的單樁剛度、群樁剛度，當(dāng)自重、相鄰荷載對其產(chǎn)生影響時(shí)，不會產(chǎn)生過大的不均勻沉降，且建筑物的傾斜在一定范圍內(nèi)。較高的穩(wěn)定性：單樁、群樁基礎(chǔ)所具有的巨大側(cè)向剛度和整體較強(qiáng)的抗傾覆能力，可以抵御地震和風(fēng)引起的力矩荷載、水平荷載，確保高層建筑的抗傾覆穩(wěn)定性。較好的抗壓與抗拔承載力：因樁身穿過可液化土層，堅(jiān)實(shí)地固定在深土層或基巖層，使其深部具有很強(qiáng)的抗壓與抗拔承載力來抵抗因地震和淺部土層液化等因素產(chǎn)生的影響，尤其是在高層建筑中，能確保穩(wěn)定性，沉陷和傾斜現(xiàn)象不明顯。

（2）分類。從樁基礎(chǔ)的受力原理劃分，可分為兩類：摩擦樁和端承樁，前者利用基樁與樁側(cè)土的摩擦力來承載構(gòu)造物，分抗拔樁和抗壓樁，大致用于持力層較深或地基土無堅(jiān)硬之持力層；后者原理為使基樁支承于持力層之上，承載上部建筑物、構(gòu)筑物。按照施工方式劃分，可分為：預(yù)制樁和灌注樁，預(yù)制樁系通過打樁機(jī)將預(yù)制的鋼筋混凝土樁打入地下，具有節(jié)省材料、施工速度快、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，但其對場土質(zhì)有一定的要求，亦有擠土等不良特點(diǎn)；灌注樁系在施工現(xiàn)場鉆孔、沖孔或人工挖孔等成孔方式成孔后，然后將鋼筋籠放入進(jìn)行混凝土澆灌，具有穿越各種硬夾層、進(jìn)入堅(jiān)硬的持力層的特點(diǎn)，同時(shí)，樁徑及單樁的承載力的調(diào)整空間較大，成樁質(zhì)量可靠度較高，更適合應(yīng)用于高層建筑。

3 變剛度調(diào)平的設(shè)計(jì)原則與應(yīng)用

3.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的誤區(qū)

我國目前建造的高層建筑中有住宅、辦公樓酒店等，其中住宅大多采用剪力墻結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系整體剛度大，荷載與剛度分布較為均勻，上部結(jié)構(gòu)的剛度對基礎(chǔ)的均勻沉降的貢獻(xiàn)大，設(shè)計(jì)上較為方便。但像辦公樓酒等高層建筑主要采用框架核心筒結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)，部分采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)體系整體剛度較差。荷載與剛度分布不均勻，上部結(jié)構(gòu)與樁基礎(chǔ)、地基之間的相互作用更為復(fù)雜，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)難度較大，此類結(jié)構(gòu)工程中由于設(shè)計(jì)不當(dāng)而引發(fā)的問題較多。根據(jù)某一均勻布樁的框架剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際沉降觀測資料，樁頂反力在底板自重作用下呈近似均勻分布，隨著結(jié)構(gòu)的剛度與荷載的增加，外圈反力增幅大于內(nèi)部，經(jīng)過沉降反應(yīng)，最后樁頂反力呈現(xiàn)馬鞍形分布。這樣的馬鞍形反力分布必然加大承臺的整體彎矩，不僅使承臺本身內(nèi)力的增大及材料的消耗，而且承臺的撓曲差異變形也將增大，從而引起上部結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力。對于上述的馬鞍形樁土反力分布，實(shí)測的樁筏基礎(chǔ)的沉降卻與反力分布相反，呈碟形分布，表面看起來，反力小的內(nèi)部沉降大，反力大的外圈沉降小是種矛盾的反常現(xiàn)象，其實(shí)這正反映了半無限體在局部荷載作用下的樁土應(yīng)力和變形的本質(zhì)現(xiàn)象，內(nèi)部樁的相互影響導(dǎo)致變形的疊加強(qiáng)于外圈樁，從而豎向支承剛度降低、沉降增加、反力減少，于是，馬鞍形反力分布和碟形沉降就此形成。為了改善馬鞍形樁反力，有的設(shè)計(jì)人員往往會加大外圍的基樁的承載力來彌補(bǔ)外圈柱的承載力的不足，殊不知，越加大外圈樁的剛度，馬鞍形樁反力差異反而更大，導(dǎo)致惡性循環(huán)。正確的方法應(yīng)該是弱化外圈樁的豎向剛度，適合加強(qiáng)內(nèi)部樁的支承剛度，來實(shí)現(xiàn)支承剛度與荷載集度分布相協(xié)調(diào)，讓樁反力分布合理、承臺的內(nèi)力減小，沉降趨于均勻。

3.2 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)原理及細(xì)則

（1）調(diào)整樁土支承剛度分布以調(diào)整樁土支承剛度分布為原則，由荷載、地質(zhì)條件和上部結(jié)構(gòu)布局，考慮相互作用效應(yīng)，采取強(qiáng)化與弱化結(jié)合，減沉與增沉結(jié)合，剛?cè)岵?jì)，整體協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)差異沉降、承臺內(nèi)力最小化目標(biāo)。關(guān)于樁土支承剛度，在實(shí)際設(shè)計(jì)操作中近似以樁土承載力進(jìn)行度量。對單樁，支承剛度與樁承載力呈正比關(guān)系，對于群樁，尚應(yīng)考慮支承剛度隨樁數(shù)增加、樁距減小而降低的群樁效應(yīng)。

（2）減小相互作用效應(yīng)對于框-筒結(jié)構(gòu)，應(yīng)減小各區(qū)位應(yīng)力場的相互重疊對核心區(qū)有效剛度的削弱，基樁布局宜做到豎向錯位或水平面拉開距離。核心區(qū)設(shè)計(jì)為普通樁基，外圍框架設(shè)計(jì)為復(fù)合樁基。當(dāng)?shù)鼗休d力滿足平均荷載要求時(shí)，對于180m以下高層建筑，可于核心筒區(qū)以局部剛性樁復(fù)合地基增強(qiáng)，外圍框架區(qū)采用天然地基。

（3）剪力墻結(jié)構(gòu)的變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)的整體剛度好，而且荷載由墻體直接傳給基礎(chǔ)，分布較均勻。同樣對于荷載較高的電梯井和樓梯間應(yīng)強(qiáng)化布樁?；鶚兑瞬贾糜趬ο拢瑢τ趬w交叉和拐角處宜予布樁。當(dāng)?shù)鼗敛淮嬖谂c承臺脫空時(shí)，可采用復(fù)合樁基。

參考文獻(xiàn)：

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