谈桩基在高层建筑地基基础中的应用
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摘要：随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，城市化进程的加快，高层建筑日益普遍。但是现阶段高层建筑的设计质量同人们的期望之间还存在差距，本文主要探讨了高层建筑地基基础设计问题。
关键字：高层建筑 地基基础设计 措施 桩基
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
地基基础设计工作是建筑设计的重要组成部分，尤其是高层建筑；地基基础设计的水平高低直接关系到建筑的安危以及其有效使用寿命。随着城市化进程的加块，高层建筑的现象越来越普遍，为了更好的保证高层建筑的设计质量和整体效果，提高高层建筑的地基基础设计水平具有十分重要的意义。
一、高层建筑地基基础特点
高层建筑与一般中低层建筑在地基基础方面相比主要特点是:
(1)工程造价比较高，基础方案的选择需要更准确可靠的工程地质勘察资料和更全面深人的分析比较，才能作出既符合安全质量要求，又经济合理的地基评价和设计处理方案。
(2)对地基承载力的要求比较高，除了垂直荷载比较大以外，还要考虑抵抗水平风力和地震力的稳定性。
(3)对不均匀沉降比较敏感，受压层深度比较深，需要更确切的变形指标和计算方法。
(4)基础埋深或要求处理地基的深度比较大，与现有施工条件及设备、材料的关系比较密切。
因此，高层建筑地基基础方案的选择是关系到整个工程的安全质量和经济效益的重大问题，也是牵涉到工程地质条件，建筑物类型性质以及勘察设计与施工等条件的综合课题，常常需要长时间的调查研究和多方面的反复协商才能最后定案。
二、桩基础的类型
1、端承型桩
端承型桩是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的桩。当桩的长径比较小(一般t／d≤10)，桩身穿越 软弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中等风化、微风化及未风化硬质岩石顶面(即入岩深度hr≤0．5d)，桩顶竖向荷载绝大部分由 桩端阻力承受，而桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为端承桩。
当桩顶嵌入完整和较完整的中等风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上(hr>0.5d)时，称为嵌岩桩。嵌岩桩的桩侧与桩端荷载分担比与孔底沉渣及进入基岩深度有关，桩的长径比不是制约荷载分担的惟一因素。工程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计，即只计端阻、不计侧阻和嵌岩阻力。但是嵌岩段的侧阻力常是构成单桩承载力的主要分量，也就是说，侧阻和嵌岩阻力是嵌岩桩传递轴向荷载的主要途径，因此，嵌岩桩不宜划归端承桩这一类。
2、摩擦型桩
摩擦型桩是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩侧阻力分担荷载较多的桩。一般摩擦型桩的桩端持力层多为较坚实的黏性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不是很大。
当桩顶竖向荷载绝大部分由桩侧阻力承受，而桩端阻力很小可以忽略不计时，称为摩擦桩。例如：①桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩 产生的桩侧阻力传递给桩周土，因而不管桩端下土层坚实与否，其分担的荷载都很小；②桩端下无较坚实的持力层；③桩底残留虚土或残渣较厚的 灌注桩；④打入邻桩使先前设置的桩上抬，甚至桩端脱空等情况。
3、预制桩
预制桩的沉桩方式主要有：锤击法、振动法和静压法等。锤击法沉桩是用桩锤(或辅以高压射水)将桩击人地基中的施工方法，适用于地基土为松散的碎石土(不含大卵石或漂石)、砂土、粉土以及可塑 黏性土的情况。锤击法沉桩伴有噪声、振动和地层扰动等问题，在城市建设中应考虑其对环境的影响。振动法沉桩是采用振动锤进行沉桩的施工方法，适用于可塑状的黏性土和砂土，对受振动时土的抗剪强度有较大降低的砂土地基和自重不大的钢桩，沉桩效果更好。静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩项不易损坏和沉桩精度较高等特点。但较长桩分节压人时，接头较多会影响压桩的效率。
4、灌注桩
灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放钢筋笼(也有省去钢筋的)再浇灌混凝土而成。灌注桩的横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩，灌注桩可适用于各种类型的地基土。灌注桩可分为沉管灌注桩、钻(冲、磨)孔灌注桩、挖孔灌注桩和爆扩灌注桩几大类。
三、桩基础方案的设计
1、桩基础可分为低承台桩基和高承台桩基两种。低承台桩基的承台底面位于地面以下，而高承台桩基的承台底面则高出地面以上。桩基是由桩、土和承台共同组成的基础，设计时应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同作用。大多数桩基的首要问题是在于控制其沉降量。因此，桩基设计应按变形控制设计。
桩基设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合与浅基础相同。桩基设计应满足下列基本条件：桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；位于坡地岸边的桩基 应进行桩基稳定性验算。此外，对于软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土 和岩溶等地区的桩基，应按有关规范的规定考虑特殊性土对桩基的影响， 并在桩基设计中采取有效措施。
对于软土地基上的多层建筑，如果邻近地表的地层具有一定厚度的所谓“硬壳层”，由于采用浅基础时的地基变形过大，因而需采用桩基来限制沉降量。在这种情况下，桩是作为减少沉降的措施而设置的，这种当天然地基承载力基本满足建筑物荷载要求而以减少沉降为目的设置的桩，特称为 “减沉桩”。减沉桩的用桩数量是根据沉降控制条件(即允许沉降量)计算确定的。
2、桩基础设计中对桩型及桩长的合理选择
一些设计者在工程设计中仍以长细比来控制桩长或桩径，造成工程桩的不必要的浪费。长细比限值主要是为了保证桩身不产生压屈失稳，以及考虑施工条件的要求，对于端承桩因有一较坚硬的不变形的持力层，在桩顶竖向荷载的作用下，桩身若过于细长，可能会像压杆一样出现失稳破坏。而对于摩擦型桩，桩身应力向下衰减，且桩会随着荷载加大而产生沉降，不会产生压屈失稳，所以不需考虑长细比的限制。随着高层建筑的发展，超长桩及长桩应用广泛，而长细比限值制约了长桩的使用。根据我国的实际情况，迄今为止尚未发现质量正常的低承台桩在使用过程中出现压屈失稳的例子，所以规范不再提长细比的要求了。但具体应用中如遇到桩周土软弱或可液化，或8度以上地震区的情况，当桩身强度控制设计时，仍应慎重对待，可按相关规范验算桩身压屈。
3、桩基施工中对桩的偏差控制
对于桩位偏差主要控制两个方面，其一是竖向偏差，根据相关规定，我们控制桩顶标高的允许偏差为－50～+100mm，但实际施工中偏差这么大将引起繁重的施工任务及损失。当桩顶标高高于设计标高，则需要劈桩，特别对于预应力管桩等空心桩来说，桩顶有桩帽劈桩既困难又不经济，而当桩顶标高低于设计标高时，又需要补桩头，这既影响工期又浪费金钱。这就要求施工单位在施工过程中必须严格控制桩顶标高，尽可能地使工程桩标高同设计一致，特别是施工过程中必须考虑到桩在卸载后的回降量，否则不加考虑则每根桩都将高于设计标高。而我们设计人员在设计过程中对施工误差亦应有所考虑，设计中可以考虑2mm 左右偏差容许，这样就可以免除大量小偏差桩的劈桩，这在实践工程中具有相当的可操作性，避免了大量不必要的工作。其二则是桩位的水平偏差。根据JGJ94—94第7.4.11条控制各桩位偏差，施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理。这里针对4～16根承台的桩基，JGJ94—94规范第7.4.11条中规定允许偏差为1/3桩径或1/3边长，而根据GB50202—2002第5.1.3条则规定允许偏差为1/2桩径或边长。这显然是矛盾的。在实际过程中很容易与施工验收方产生不同的理解，因此在设计过程中可以明确桩位偏差允许值所执行的标准。