樁基礎設計中若干問題探討

王前進

隨著經濟發展，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，選擇一個最優化的基礎方案。下面對樁基礎設計中值得注意的問題進行探討。

1 高層帶裙房樁筏基礎

目前設計的項目大量涌現高層帶裙房及同一大面積地下室上有多棟高層和裙房，根據原規范樁基設計，均屬同一建筑物的基礎，樁基設計不宜采用不同樁型和不同持力層的規定，實際上主樓與裙房荷載差異懸殊，反映在樁的承載力水平也相差懸殊，采用相同持力層，裙房樁的承載力水平過高，制約裙房的變形，致使梁上出現裂縫，而大多數設計單位未按原規范建議設計考慮荷載和樁的承載力水平，采用不同持力層、不同樁型或不同布樁密度，使樁的承載力水平接近的原則，適當考慮引起建筑物變形地基土的壓縮性及厚度因素，在承載力水平上予以增減，建筑物建成多年未發現過大的差異沉降致使梁出現裂縫，按變形協調的概念，尚需強化主樓的樁基，適當弱化裙房的樁基，方能達到變形協調。

2 樁筏基礎變剛度調平設計

根據實測樁頂反力分布，在高層中心集荷部位，將樁的長度加長或樁徑增大，提高中心部位的樁土剛度，則筏板下的樁頂反力分布發生變化，成為外小內大狀態，筏板的變形隨之趨于平緩。

變剛調平的概念設計基本思路為樁、土與上部結構共同作用，對其沉降變形的主導因素是對樁土支承剛度分布進行調整，使其沉降變形均勻，一般有以下三種措施:1)中心部位樁適當加長;2)中心部位樁布樁加密處理;3)中心部位樁的樁徑加大。

上述三種措施可以單獨使用也可疊加使用，使中心部位樁土剛度得以加強，實現剛度調平，因概念設計是不能用精確計算表達式或成熟分析軟件，但是一種可通過變剛度設計對實際存在的欠缺進行彌補的設計理念。

3 樁的承載力水平接近

所謂樁的承載力水平是指承臺樁或剪力墻下樁承載力發揮的程度，一般是指估算樁承載力值或現場靜載試驗確定的樁承載力值(R為設計值，Ra為特征值)，按充分發揮的原則進行設計，并使各承臺樁或剪力墻下的樁承載力值比較接近，使各承臺或剪力墻結構的變形比較接近，可減小差異沉降。對于底面積較大的建筑，存在應力場效應問題，由實測情況可知，在中心部位加密布樁，說明考慮中心部位集荷而布樁加密，也就是使筏板下樁承載力水平接近，實驗D中心部位樁加長，當施工荷載均達40%總重時，實驗C的筏板的變形，差異沉降大，且呈盆形變形，而實驗D差異沉降大幅度減小，且呈鞍狀變形，說明即使樁承載力水平接近設計，尚須在中心部位加強樁土剛度，承臺樁承載力水平接近設計并按平均樁承載力值在中心部位提高5%～10%，按提高承載力值進行換算樁長和樁徑設計，可減少差異沉降，滿足變形協調。

4 多層框架承臺樁

滿足變形協調設計對于量大面廣的多層框架住宅，采用獨立承臺的樁基也需考慮變形協調，對各承臺下樁的承載力水平需進行控制，并達到使樁的承載力水平接近。傳統樁基設計理念，首先確定樁型和樁徑，然后對照地質資料選定的持力層進行單樁承載力的計算，根據計算值按Nmax控制的設計荷載組合(設計值 R)或Nmax標準荷載組合(特征值 Ra)的軸壓力平衡設計。例如:計算結果需2.1根樁按3根樁布樁設計，相鄰承臺樁計算結果3.9根樁按4根樁布樁設計選用，相鄰承臺下的樁承載力水平相差50%，顯然會產生兩個相鄰承臺間的差異沉降。對于不均勻沉降敏感的框架結構來說，在框架梁構件上次應力而導致梁上裂縫產生。在房屋安全鑒定過程，經常發現非受力的梁上裂縫，尤其是商品住宅，出現的裂縫尚未達到威脅建筑安全的程度，但法律糾紛難以避免。對于框架結構的獨立承臺樁基設計也需調平樁的承載力水平，使建筑物的變形協調。本文認為也需變更傳統的設計理念，宜根據上部荷載組合計算確定的框架柱不同的軸壓力，各柱軸壓力進行統計分析，求出近似的最大公倍數，確定合理的單樁承載力，然后根據該值選擇樁的持力層及樁型、樁徑，原則上飽和軟黏土地層，宜采用最少樁數的承載力值，也就是盡可能提高樁的承載力值，減少樁數使施工沉樁擠土引起對樁體及周鄰環境影響，達到降低造價的優化方案，對于少數及個別承臺樁采用調節樁長和樁徑，調整到使各承臺下樁的承載力水平接近，滿足整體建筑物柱下樁基的變形協調。

5 工程地質勘察

一般勘察部門對高層建筑的工程地質勘察比較重視，且報告內容較完整，但多層建筑工程地質勘察工作無論鉆探布孔、鉆探深度及提供設計計算參數，對滿足概念設計要求尚有較大差距，主要如下:

1)勘探手段單一，無控制性勘探孔或數量不足，鉆探深度不能滿足變形計算的要求，甚至存在樁長超過鉆孔深度現象，控制樁端下壓縮層深度不夠，多層建筑未提供第二樁端持力層土性指標等。不能實現調節樁長變剛度設計。2)變形計算的主要指標土的壓縮模量，未按工程設計所需深度土的自重壓力與附加壓力之和進行室內試驗和提供分層指標、e—p曲線。

上述情況與勘察單位的資質有關，也與勘察人員對設計荷載情況了解程度有關，所以概念設計尚需設計與勘察部門緊密的配合和相互專業滲透，方能獲得符合設計要求的勘察報告。

6 結語

1)樁筏基礎按均勻布樁的傳統設計方法，實測筏下樁的承載力水平相差懸殊，樁頂反力呈外大內小，樁土剛度呈外強內弱，導致筏基盆形沉降，從而加大筏板承臺的整體彎矩及中心部位沖切力，采用加厚筏板厚度或增大剛度的箱樁基礎，既增加造價又影響使用。采用變剛度調平控制筏板承臺下實際樁的承載力水平調整筏板承臺下樁的反力，增強中心部位的樁土剛度，既可有效發揮樁的承載性狀，降低筏板厚度，又可減少差異沉降。2)多層框架結構按傳統的設計方法，獨立承臺的樁型，部分承臺下樁的承載力水平相差懸殊，出現相鄰承臺的差異沉降加大，導致不均勻沉降敏感的框架結構，出現因過大的次應力而出現結構性裂縫;且部分樁的承載性狀不能有效發揮，致使造價提高，采用調整承臺下樁的承載力水平，使承臺下樁的承載力水平接近，有效發揮各樁的承載性狀，且承臺間差異沉降減小，又可降低造價。3)變剛度調平及控制承臺下的樁承載力水平應按地質條件，上部結構剛度及荷載條件而定，高層帶裙房及共用樁筏基礎的多棟高層及裙房，控制筏板承臺下樁的承載力水平前提下，樁的設計按荷載狀況可采用不同的持力層及可靠質量的不同樁型，運用樁、土及上部結構共同作用的概念設計達到變形協調，也可采用變更樁徑和樁長，增強中心部位的樁土剛度，達到調平為宜。4)獨立承臺和剪力墻結構按靜力平衡承臺下樁及沿剪力墻布樁也存在“應力場效應”問題，如果樁的承載力水平接近，差異變形比厚板樁筏基礎要小，如果在中心部位樁的承載力水平提高5%～10%，基本可達到調平，而且造價較低。

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