实例探析高层住宅工程桩基设计
陈敏
【摘要】高层建筑的地基基础设计中，当基底以下土层不能满足对上部结构的直接承载要求时，经常采用桩基础的形式。本文首先简要分析了建筑地基基础设计概念，其后详细探讨了建筑地基基础种类与桩基设计要点，最后围绕工程案例展开论述，以期参考。
【关键词】高层建筑;住宅;基础;桩基设计
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.040
1、引言
建筑工程建设过程中，地基基础和桩基设计是关键内容，决定着建筑的稳定性。对此，必须严格按施工现场情况合理选择桩基的类型，根据建筑上部结构产生的荷载以及外部荷载的作用开展桩基设计，保证建筑工程基础安全可靠。
2、建筑地基基础设计概述
建筑地基基础设计是工程的一个关键环节。建筑地基设计，简单来说，就是对地基基础进行概念设计，包括对建筑工程中的力学性质、地质性质以及土力学等概念进行研究与分析，还要对施工现场土层的含水量等情况进行全面的研究，根据所有研究结果进行建筑地基基础设计。建筑地基基础概念设计和传统的建筑结构设计的概念不同，建筑地基基础设计更注重的是对建筑工程的承载能力，负责的主要是建筑工程结构整体的稳定性，进而使建筑工程的使用寿命延长，提高建筑工程的质量。
3、建筑地基基础种类与设计要点
3.1建筑地基基础种类
建筑工程常用的基础类型包括桩基础、独立基础、钢筋混凝土筏板基础、条形地基基础等，在实际工程项目中，应根据工程所在地的地质情况以及建筑的荷载情况合理选择基础类型。
桩基础应用分以下几种情况：
（1）当建筑工程的上部结构需要较强的承载能力，但是地基上部土层较软，下部分布有能够当作桩端持力层的坚硬土层的情况下;
（2）当地基承载力较强，但是建筑对沉降量有较高的要求的情况下也可以应用桩基础;
（3）当天然地基的沉降量过大，难以进行处理并且难以符合建筑物浇筑要求时，可以应用桩基础;
（4）在施工环境较差，土层松软并且较薄时可以应用桩基础，通过钻孔灌注短桩的方法来实现。
3.2建筑桩基础设计要点
建筑采用桩基作为基础结构时，需要明确桩基的种类和桩长，并对单桩竖向承载力进行计算，以保证桩基能够有足够的承载力支撑建筑的上部结构，提高建筑的抗倾覆能力。
3.2.1明确基桩的种类和长度
保证基桩设计的科学性和合理性是整个建筑结构工程顺利开展的一项重要内容。首先，设计人员要对施工现场周围的环境进行勘察，对周围的各项设施和地质水文等因素进行深入分析和研究，进而合理选择桩基类型。另外，根据建筑作用于桩基的荷载，计算桩基的长度，并尽量使桩端嵌入承载力较高的土层中，保证桩基的承载力和稳定性。
3.2.2以建筑等级为依据对单桩竖向承载力进行核算
当建筑桩基设计为甲级时，应根据单桩静载试验明确单桩极限承载力;当建筑桩基设计为乙级并且施工现场地质条件较优时，可参考相同类型和规模的建筑施工案例，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定;当建筑桩基设计為丙级时，由于结构简单，可通过原位测试和经验参数获取。
桩基的直径较大时，可以通用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值，建筑结构施工中应用嵌岩桩时，可以通用专门岩基载荷试验获得单桩竖向承载力。
4、实例探析高层住宅工程桩基设计
4.1工程概况
本项目为高层住宅工程，地上25层、地下1层，采用的是剪力墙结构。场地地震基本烈度6度，设计地震分组第1组，设计基本地震加速度值0.05g，场地类别Ⅱ类，基本风压0.35kN/m2，地面粗糙度B类。
4.2地质条件
建筑场地内的埋藏地层岩性，从上到下依次如表 1 所示。⑦石灰岩地层存在岩溶发育的情况，钻探中115个钻孔中，显示62个基岩为石灰岩，8个见土洞、溶洞、裂隙等，钻孔见洞隙率12.9%，属于是岩溶中等发育地段。
4.3基础选型及桩基设计
4.3.1基础选型
本次主要对高强预应力管桩、人工挖孔/钻孔/冲孔灌注桩进行对比分析。其中，高强预应力管桩虽然较为成熟，然而无法钻穿溶洞，不适宜本场地;人工挖孔施工安全风险大，钻孔难以穿越溶洞，均不适宜采用;冲孔可有效穿透土层，具有较强的适应性，经由设计、施工、建设单位的统一协商，获得了普遍认可，决定在本工程中使用。
4.3.2桩基设计
本项目桩基设计以《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）为依据，将冲孔灌注桩的承载力分为三大部分：（1）桩周覆盖土层总侧阻力;（2）嵌岩桩段嵌固侧阻力;（3）桩端承载力。单桩竖向承载力特征值计算公式如下：
式中：
Ra——单桩竖向承载力特征值;
qpa——桩端端阻力特征值;
Ap——桩底端横截面面积;
up——桩身周边长度;
qsia——桩侧阻力特征值;
Ii——第i层的岩土厚度。
根据本次地质勘察报告数据（表2），选择石灰岩为桩端持力层，要求入岩深度达2m。经计算显示，考虑嵌岩段2m侧阻力的情况下，桩径900mm、桩长15m的单桩承载力特征值为4874.85kN，设计取值为4800kN，满足工程要求。
表2 桩基设计参数建议取值表
基于岩溶、流塑分布存在不确定性，根据地方规范需逐桩预钻孔。结合超前钻（下转68页）（上接66页）资料，对岩层节理发育情况、岩溶与流塑深/高度、内填充物进行分析，逐桩对桩长、承载力等进行核算。满足工程要求基础上，尽量缩短桩长，避开溶洞、土洞，具体超前钻要求如下：（1）钻孔进入桩端以下完整岩石深度≥5m;（2）桩端全截面嵌入完整岩层表面深度≥桩身直径×2;（3）岩层表层分布有溶洞时，桩端嵌入溶洞下完整岩石深度≥0.5m，桩身嵌入岩层深度的总和≥2m/桩身直径×2。本次典型超前钻柱状图见下图1。
按照规范要求，本次设计共选取3根试桩，对施工工艺、承载力进行验证。经实际试桩结果分析显示，超声波、静载试验情况均满足规范与设计要求。
结语：
综上所述，在建筑项目实施中，桩基础的运用十分广泛。高层住宅工程实践中，应结合场地土质特性、桩基施工工艺进行综合分析，合理确定桩型、桩径、桩长、桩基持力层，通过相关计算分析，保证桩基承载力满足实际要求，整个建筑工程安全可靠。
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作者简介：
陈敏（1988-），女，湖南娄底人，工程师，硕士研究生，工作方向：结构设计。
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