结合实例论房屋建筑的桩基设计

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摘要：随着我国城市化建设速度的加快，遇到的桩基设计也越来越多，桩基设计直接关系到其工程的工程造价和施工质量。本文结合自身的工作经验和工程实际，对房屋建筑桩基设计的相关内容进行了探讨。

关键词：房屋建筑；桩基；设计；桩基承载力

目前我国对房屋建筑设计要求比较高。在设计过程中，分别是按照承载能力和正常使用来进行设计的。房屋建筑桩基的设计对工程工期、质量、使用及造价影响很大。本文就房屋建筑桩基概况及桩基的分类、正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类型、计算方法以及采取合理的桩基配筋布置进行了探讨，希望能为类似的设计提供参考。

1、房屋建筑桩基概况及桩基的分类

房屋建筑常用的桩基主要用来承担上部建筑的载荷，桩基可以分为端承桩和摩擦桩，其主要是根据载荷在桩基上的传播方式的不同。摩擦桩主要是针对一些比较厚的土层，由于有些桩基的长度很难达到土层下面的岩层，这时上部建筑的载荷就需要利用桩基和深厚的土层之间产生的摩擦力来承担，摩擦桩的底部的岩层所提供的支撑力比较小。端承桩深入到土层的深处，依靠基岩的坚硬来支撑上部建筑的载荷，建立在坚硬的岩石之上。端承桩不会产生摩擦力，因为这种桩基几乎是不可能发生相对位移的。桩基的承载力由两种方式共同提供，因此，实际的使用的是这两种桩基共同存在的，很少有单纯的端承桩或者是摩擦桩，但二者之间发挥得作用的大小不相同。如图1所示为摩擦桩示意图。

2、正确区分端承桩和摩擦桩等桩基类型

通常认为，凡端承桩均不考虑土层侧阻力，凡嵌岩桩必为端承桩。实际证明：桩端阻力、侧阻力的发挥性状与上覆土层的厚度和性质、嵌入基岩性质、桩长径比和桩底沉渣厚度、嵌岩深径比等因素有关。一般情况下，上覆土层的侧阻力是可以发挥的，而且随着长径比 l/d 的增大，侧阻力也相应增大；只有短粗的人工挖孔嵌岩桩，端阻力先于土层侧阻力发挥，端阻力对桩的承载力起主要作用，属端承桩。对 l/d>15-20 的泥浆护壁钻（冲）孔嵌岩桩，无论是嵌入风化岩还是完整基岩中，桩侧阻力均先于端阻力发挥，表现出明显的摩擦型。对于 l/d≥40，且覆盖土层不属于软弱土，嵌岩桩端的承载作用较小，此时桩基受力状态为摩擦桩，桩端嵌入强风化或中风化岩层中即可。在某些地区，泥质软岩嵌岩灌注桩l/d>45 时，嵌岩段总阻力占总荷载比例小于20%；l/d>60 时，嵌岩段端阻力占总荷载比例小于5%。究其原因，一方面由于嵌岩桩桩身的弹性压缩，导致桩顶沉降，这个弹性压缩量引发了桩周土体的剪应力，也即是土对桩的摩阻力。另一方面，钻孔桩的孔底残留的沉渣，形成一个可压缩的软垫，至使桩底也会产生沉降，这一沉降和上述桩本身的压缩导致桩身与土体、嵌岩段桩身与岩体产生相对位移，从而产生侧阻力。而这种桩身弹性压缩和桩底沉降是随着长径比 l/d 的增大而增大的，因而导致摩擦力和侧阻力的增大。

图1 摩擦桩示意图

同时，传递到桩端的应力也随嵌岩深径比 hr/d 的增大而减小。当 hr/d>5 时传递到桩端的应力接近于零；但对泥质软岩嵌岩桩，hr/d=5-7 时，桩端阻力仍可占总荷载的 5%～16%。

由此可见，摩擦桩和端承桩的区分，不能单纯从是否嵌岩来区分，要考虑上覆土层的厚度和性质、嵌入基岩性质、桩长径比、桩底沉渣厚度和嵌岩深径比等因素。

3、结合工程实际论摩擦桩的设计要点

3.1 工程概括

某房屋建筑基础埋深-3.9米，地质情况为第四纪松散沉积层，砂类土与粘性土相互出现，厚度不均匀，埋深3.5～9.0米，此层下部为粉质粘土与细砂层，埋深为3.5-20.0米。土层轻微液化，深度为5.2米。勘测时地下水埋深1.8～4.8米，地下水随季节变法，变幅为0.5-1.5米。地层结构比较复杂，无规律，状态不统一，地基持力层强度低。所以选用了桩基，桩尖要进入密室粉细砂层。预制钢筋混凝土桩为400x400mm，桩长为10、12、15米三种情况。

3.2 该房屋建筑摩擦桩的设计计算方法

实体基础是以桩基的沉降计算获得的，采用的修正系数和计算办法与浅基础相同。桩基础作为深基础，其沉降是由承台、桩、桩尖以下土层和桩间同压缩的结果，影响因素十分复杂。其计算值受桩长、桩距、桩数、桩径、地质条件和桩的布置的不同程度的影响。由于桩基础是深基础，因此套用浅基础实测沉降得出来的经过概化的修正系数明显是不适合的。然而在实际工作中对于某类桩基公式的计算结果，主要是由于打桩的过程中存在许多复杂的力学问题，因此，一般不宜单独的作为设计桩基的依据，目前的打桩公式还没有把这些考虑进去。所以，在房屋建筑桩基设计时必须要结合实际经验加以使用。打桩公式的优点是可以根据贯入度指标了解每根桩的承载力，适合于在打桩施工中对每根桩的承载力进行对比检验。简而言之就是桩基工程中有几根桩的静载试验资料可作对比标准，则打桩公式就显示出它检验其他桩的承载力的优越性。关于承载力的计算公式，《建筑地基基础设计规范》（GB50007―2011）给出了明确的规定：支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）桩，其单桩轴向受压容许承载力[Р]，可按下式计算：[Р]=（ A+ U h）Ra；Ra―天然湿度的岩石单轴极限抗压强度；h―桩嵌入基岩深度，不包括风化层；U―桩嵌入基岩部分的横截面周长，按设计直径计算；A―桩底截面面积；、―根据清孔情况、岩石破碎程度等因素确定的系数。

3.3 桩基配筋布置

基桩各截面的配筋，理论上应根据桩基内力进行计算布置。桩基内力可采用“m”法或其他有可靠依据的方法计算。按 “m”法计算桩基时，桩身弯矩有四个特点。①、桩身最大弯矩发生在第一个非完整波形内，一般在地面以下约3m 位置；②、弯矩分布规律近于一条自顶向下衰减的波形曲线，且衰减很快；③、第一个弯矩零点位置在桩入土深度 h=4/αh 处。④、桩身弯矩在第一个弯矩零点以下很小，可以忽略不计，其下桩身主要起传递竖向力作用；

钢筋布置方式在设计中通常有两种。一种是将基桩主筋一半部分一直伸到桩底。另一种是根据最大弯矩处进行配筋。从桩顶一直伸到最大弯矩一半处下一定锚固长位置，减少一半配筋再一直伸至弯矩为零下一定锚固长位置，再下为素混凝土段，对于软基，桩主筋最好穿过软土层。从节省工程费和桩体受力用以发生事故处理的难度来看，后一种更加合理。这是因为：底部断桩时，钢筋笼拔出后，可原孔再钻，减少扁担桩发生机率；由于桩基较长一段不设钢筋，比前者节省了部分钢筋。但是，第一种配筋方式可以减小施工难度，桩基灌注混凝土时，钢筋笼的定位是十分重要的，钢筋布置到桩底，易于固定钢筋笼。

4、结束语

任何房屋建筑工程建设都离不开坚实的基础，如果没有坚实的桩基础，那么工程就会成为空中楼阁。房屋建筑的桩基础设计关系到施工质量的好坏，因此，在房屋建筑设计过程中一定要高度重视桩基础的设计，只有做好桩基础设计，才能够确保整个房屋建筑的稳定。

参考文献：

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[4]黄求顺.嵌岩桩承载力的试验研究 [A].全国建筑桩基技术规范专题报告，2004.