论建筑桩基础的设计方法

　　摘要：建筑桩基础是建筑结构的重要组成部分，在设计建筑中处理好桩基础的设计，是保证建筑安全稳定的重要步骤。文章将就建筑桩基础的设计方法及技巧进行相关的探讨。
　　关键词：建筑设计；桩基；设计方法
　　 
　　
　　我们所说的桩基础设计桩，指的是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件或支护构件，其横截面尺寸比长度小很多，通常称桩基础为桩基。不过，从严格意义上说，一般工程实践中的“桩”，应该指“桩基”，主要包括桩和桩间土，由桩和与桩顶相连的承台组成。
　　而“墩”指的是直径较大，桩长较短的桩，主要用途是在承载力很大的端承桩的使用。有时候，人们会把打入土中用以防渗阻水的构件，也称之为桩，比如说钢板桩等。在建筑桩基设计，我们要做的是前者而不是后者。桩基的优点主要有这些方面：承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、沉降速率低而收敛快。所以，尽管我们说桩基是一种比较古老的基础形式，但是直到今天，也仍然是应用最为广泛的建筑物基础或支护构件。特别是近年来，高层建筑和工业迅速发展，桩基础的重要性正日益增长。工程中采用的桩基础通常是由数根桩组成的，一般是由设置在桩顶、将各桩联结成整体的承台，把上都结构的荷载均匀地传给桩，再由桩传给地基土。桩及桩基础可根据不同的角度分成不同的类型。
　　一、桩基础的分类
　　桩基础有许多类型，根据不同的角度有不同的分法。设计人员在设计的过程中，必须要掌握各种桩基础的分类特点和情况，唯此才能设计出高质量的桩基础。
　　(一)从承载性状的角度上，可以把桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类。
　　（1）摩擦型桩——这种桩型主要是通过桩侧上的摩擦作用来发挥作用的，其基本原理是将上部荷载传递扩散于桩周土中。一般可以分为纯摩擦桩和端承摩擦桩两种。
　　a．纯摩擦桩：因为桩端的阻力很小，所以基本可以忽略不计，在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧摩擦阻力来承受。
　　b．端承摩擦桩：尽管在极限承载力状态下，桩端阻力所占比例小，但是却不能忽略不计，而桩顶荷载通常都是由桩侧摩擦阻力承受的。如果置于软塑状态粘性土中的长桩，桩端是可塑状态粘性土，是端承摩擦桩。
　　(二)从承台位置的高低角度上看，又可分为高桩承台基础和低桩承台基础。
　　（1）高桩承台基础：其特点是承台底面高于地面，其受力和变形不同于低桩承台。一般情况下，高桩承台应用于桥梁、码头工程。
　　（2）低桩承台基础：承台底面低于地面。因为其会受到来自土的侧向约束，所以在设计中对桩的纵向挠曲和桩顶侧向位移，往往可以忽略不计。常在房屋建筑工程中常采。
　　(三)从施工方法的角度看，可将钢筋混凝土桩分为预制桩和灌注现浇桩。
　　（1）预制桩：在工厂或施工场地现场制作，通过锤击打入、振动沉入、静力压入、水冲送入或旋入等方式完成沉桩部分的工作。
　　（2）灌注桩：这种方式的特点是直接在设计桩位的地基上成孔，然后在孔内灌注混凝土。设计人员必须根据工程实际情况，在灌注混凝土前，判断放置或不放钢筋笼。同时根据灌注桩的成孔方法的不同，又有多种沉管灌注桩方式：钻、挖、冲孔灌注桩等。选择何种灌注的方式，主要是根据工程地质情况来定，合理答复选择预制桩或灌注桩；而在桩承载力计算时，也可按照所选择的桩端持力层，选择为摩擦桩或者端承桩。
　　二、桩基础设计
　　桩基的设计必须要按照严格的设计要求进行设计，但同时也不能失去其灵活性的一面，这一点是所有桩基设计者都必须要明白的。桩型的多样的，这就决定了桩基设计有各种不同特点、不同途径和技巧以及不同理论基础的设计方法。同时，设计是人为的，因此不同的设计者对设计风格有不同的了解，因此也会有自己独特的设计思想和风格。
　　（一）桩基础的工程适用性
　　从辩证的角度上看，事物都是存在“利”与“弊”的对立统一关系的。所以，从设计角度来看，采用桩基，也是有利有弊。这样，就要求设计人员在设计之前，必须要对采用桩基的可能性与必要性，进行科学合理的充分考虑。在下列情况下，采用桩基的可能性很小或甚至是不可能的：
　　（1）当桩基的工程费用远远超出，原有预算，超出建设者的负担能力，但是还有可能采用其他较为经济的基础形式解决问题时；
　　(2)当环境因素的不允许，不能进行桩基施工时，比如说在城市闹市区对振动、噪声、排土效应和钻孔泥浆污染等环境下；
　　(3)如果桩基的“弊”大于“利”，比如说工期过长、造价过高、不良环境效应影响太大以及场地桩基施工条件恶劣等；
　　(4)对于挡水构筑物，特别是坝的基础，因为上层次弱覆土受力很小，或者根本不受力从而易遭渗流冲刷，同时且沿桩身表面，很可能会产生一条易于渗水的渗流途径，造成地基土遭到严重的冲刷的；
　　(5)如果含有大量石块，或者其他障碍物的地层，如果没有特殊的补救措施，同时又不能选用桩基。那么是否有采用桩基的必要性，就必须要根据具体情况来确定。因为，在同样的地质条件下，有的桩基只适合于某一工程，但却未必适用于其他的工程。
　　三、桩型的选择
　　采用何种桩型是设计人员必须慎重对待问题，因为对于某一个具体的工程来说，完美的、成功的桩基设计，必须要尽可能选用技术性能更好、经济效益更高以及更适合现有施工条件的桩型。在桩型与工艺的选择上，设计人员应该按照建筑结构的类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工队伍水平和经验以及制桩材料供应条件等，来进行有效的选择，保证所选用的方案是最经济最合理的桩型和成桩工艺。
　　当然，我们必须压迫指出的是，在某一个具体的工程中，桩的选择使用是多样的，设计人员应该从不同的角度或要求，对可供选择的桩型进行利弊分析，综合考虑其效果，所以，设计人员在设计时，必须要遵循一定的选择原则，桩型选择一般应遵循下列原则：
　　(1)荷载条件
　　选择桩型时首先要考虑的是荷载。因为，在一般情况下。桩基的工作性能与荷载的关系、荷载的大小、性质、作用方向等，都有与桩型的选择有着密切的联系。比如说，要求单桩设计承载力为2000kN，那通常只能通过人工挖孔桩、钻孔扩底灌注桩、预应力管桩和内击扩底沉管灌注桩等方式，来满足设计的要求。
　　(2)地质条件与环境条件
　　在桩型选择时必须要考虑的重要的因素就是地质条件。地质条件对桩型选择的影响体现在很多方面。其中最明显而常见的例子就是：当基岩或密实卵砾石层埋藏不深时，一般要先考虑端承桩，同时选择直径大、强度高的嵌岩桩；而当基岩埋藏很深时，往往就只能考虑摩擦桩或摩擦端承桩，但为防止上部建筑物产生过大的沉降，必须要通过桩端支撑于具有足够厚度的性能良好的持力层。
　　(3)结构条件
　　在设计中结构条件，往往也是选择桩型时，应该考虑的因素。影响桩型选择的因素，主要有：建筑物的结构形式、底层柱距、高低层关系、结构刚度以及建筑物的使用性质等。比如说在设有地下室的高层建筑物中，如果要采用摩擦桩群，那就必须要考虑这样的情况：因为地下室挖掉的土的重量，占建筑物总重量比例大，所以，只需要配备相对少量的桩，就能够把沉降减小到允许的范围内。
　　(5)经济条件
　　经济效益，是桩型选定要考虑实际因素。经济效益的考虑主要包括：桩的荷载试验在内总造价和整个工程的综合经济效益。所以，设计人员在选桩型和设计方案使，需要进行全面的技术经济分析，同时顾及环境效益和社会效益。
　　四、结束语
　　总之，设计人员在进行建筑桩基础的设计时，必须要对建筑桩基础的类型、特点，有充分的认识，同时在设计中坚持辩证法，从各种角度看桩基类型的选择，在结合工程的实际情况，设计出科学合理，经济实用的方案。
　　参考文献：
　　[1]胡庆兴,陈国兴.复合桩基优化设计方法与工程验证[J]．南京工业大学学报(自然科学版)，2002年05期
　　[2]胡庆兴,倪红,陈国兴等.复合桩基的设计与监测评价[J]．南京建筑工程学院学报(自然科学版)，2001年03期
　　[3]吴修锋,韩选江.疏桩复合桩基设计及工程应用[J]．西部探矿工程.2004年10期

《论建筑桩基础的设计方法》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 论建筑桩基础的设计方法

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-19191