典型綜合樓樁基礎設計

張 勝 程中林 鄭 雷 査 力

（蕪湖中安電力設計院有限公司 安徽蕪湖 241000）

引言

樁基礎作為一種改良地基性能和改善力學傳導的結構，廣泛應用于生產實踐中，其承載力和安全性直接影響工程建設的質量，是工程建設的重要內容。由于用樁量與工程造價兩者之間成正比關系，如何在工程質量和經濟性獲得平衡成為工程建筑需要解決的難題之一。學者們就此展開深入研究，在樁基類型、施工工藝和設備、樁基理論和設計方法等領域均取得了很大的成果。[1～5]

本文以某中學6#綜合樓樁基礎設計工程為例，從實際工況和地質情況出發，選取預制樁進行樁基礎設計，并對關鍵技術參數進行驗算，希望為相似工程提供借鑒案例。

1 工程概況

本案例中建筑采用框架結構，其中柱截面為800×600mm2，由于使用用途為中學綜合樓，因此須滿足二級安全級別。荷載方面，對基礎頂面采用2組不同的基本組合設計值，其中M、H作用于柱的長邊方向且均為從左指向右：

①軸向力 F=5275kN；彎矩 M=475kN·m；H=150kN；

②軸向力 F=3700kN；彎矩 M=650kN·m；H=180kN。

2 工程地質條件

通過施工前的調查取樣，發現施工區域土層呈現7層分布態勢：第一層為人工填土，土層厚度1m，未完成自重固結；第二層為淤泥質土，土層厚度16m，性能呈軟塑狀；第三層為粘土，土層厚度2m，性能呈可塑狀；第四層為粉質黏土，土層厚度1m，性能表現為硬塑；第五層為強風化軟質巖，土層厚度8.25m，風化強烈；第六層為軟黏土，呈軟塑，可塑狀；第七層為堅硬巖，風化強烈。此外，本工程中地下水位到地表的距離為0.95m，對混凝土不產生侵蝕影響。

3 樁基礎類型

3.1 預制樁

預制樁指預先在專業工廠或施工場地進行制作并使用沉樁機械將其打入設計樁位的樁。由于預制樁生產環境相對封閉，技術要點較易控制，樁基制作迅速且質量較高，同時根據設計要求可以制成多形狀多尺寸的截面，施工時亦不受地下水影響，無泥漿排放的問題，具有良好的環保性能，適用于較高要求的建筑工程。

3.2 灌注樁

灌注樁指在工程現場通過打鉆器械等掘進手段制作樁孔，并就位埋設鋼筋籠和灌注混凝土而制作的樁，常見類型有鉆孔灌注樁和沉管灌注樁。灌注樁可以根據現場工況進行針對性施工，但成孔工藝較為復雜，對現場操作人員專業素質亦具有一定要求，成本較高，施工周期較長。

3.3 樁基礎選擇

本工程為中學綜合樓項目，宜更加注重施工安全性和質量要求，對樁基礎質量須嚴格把控。由于工程地質條件勘測到位，施工時技術要點較易控制，因此擬采用預制樁進行樁基礎設計。

4 預制樁基礎設計

4.1 樁基礎幾何設計及承臺埋深

對樁的成樁工藝，結構的荷載情況和工程地址條件綜合考量，宜采用直徑400mm的預制樁并將強風化巖作為持力層，柱端進入持力層的設計深度取1m，以滿足規范要求[6]，故樁入土深度為21m。同時為避免地下水位對承臺的不利影響，設計低承臺樁的埋深為1.4m，樁頂嵌入承臺0.1m，因此樁基的實際長度為19.7m，計20m，幾何設計如圖1所示。

圖1 樁基礎幾何設計示意圖（單位mm）

4.2 出樁量計算及排布

已知該工程屬于二級建筑，根據經驗參數法確定單樁豎向承載力標準值，公式如下：

RA=0.5×Quk=0.5×（Qsk+Qpk）=0.5×（μ∑qsik1i+qpkAp）

經驗算其特征值RA為874.11kN，斟酌樁偏心受壓的影響，安全系數取1.2，最終出樁量為6根，按照行列式進行排布，樁距Sa大于等于（3～4d）=1.2m～1.6m，取 Sa=1.4m，承臺混凝土選用 C30，底面尺寸為 4.0m×2.6m，高度為1.2m。預制樁的立面圖與承臺布置圖如圖2所示。

圖2 預制樁與承臺的布置圖（單位mm）

4.3 技術參數核算

4.3.1樁頂荷載

為使該工程安全等級達到設計所要求的二級標準，γ0=1.0，且室內地面比室外高，設為300mm，即承臺底至室內標高為1.2+0.5=1.7m，承臺底至室外標高為1.2+0.2=1.4m，則承臺的平均埋深為d=0.5×（1.7+1.4）=1.55m。

當荷載為基本組合設計值①時：A柱彎矩的最大標準值組合為Fk=3907.4kN，Mk=351.9kN·m，Hk=111.1kN，此時樁基礎承臺及承臺上的自重：Gk=γGAd1+（γG-γω）A(d-d1)=244.4kN，因此承臺底形心處的彎矩∑Mk=485.22kN·m，故樁頂平均豎向力=691.97kN＜Ra=874.77kN，Q=691.97±86.65kN。

當荷載為基本組合設計值②時：A柱彎矩的最大標準值組合為：Fk=2740.7kN，MK=481.5kN·m，HK=133.3kN，此時作用在承臺底形心處的彎矩：∑Mk=641.46kN·m，則柱頂平均豎向力874.77kN=497.52±114.55kN。由于荷載基本組合設計值②中最大剪力H=180kN，小于1/12豎向荷載，故不驗算單樁水平承載力。

4.3.2 樁基礎沉降計算

由于樁基礎的樁中心距小于6d，因此，最終沉降量計算采用等效作用分層總合法，等效作用面位于樁端平面，等效作用面積為樁承臺投影面積，等效作用附加壓力近似取承臺底平均附加壓力，則計算矩形樁基中點沉降時，樁基沉降量可按下式簡化計算：

本工程中強風化巖重度取20kN/m3，軟黏土重度取16kN/m3，當地基最終沉降值為11.25m時，附加應力與自重應力的比值低于附件應力系數，故取該值推算總沉降值，得s，=136.1mm。查表得C0=0.0500，C1=1.3223，C2=15.5442，故ψs=0.1076。由于本工程中樁基礎具有良好的持力層性能，因此經驗系數ψ取值1.0，故本工程中樁基礎的最終沉降量s=滿足規范要求。

5 結論

（1）預制樁較灌注樁，具有質量可控，成樁迅速和不受施工環境影響的優勢，適用于較高要求的建筑工程。

（2）樁基礎的幾何設計應充分考慮工程結構的實際需要并引入安全系數，合理設置出樁量和布樁形式。

（3）樁基礎設計完畢后，應及時完成樁頂荷載等參數的驗算，確保符合各項技術要求。