浅淡桩基设计
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摘要：本文根据作者多年的工作经验，简要分析了桩基设计中应该注意的问题。供同行之间交流参考。
关键词：桩基；设计；建筑
Abstract: based on the author's work experience, a brief analysis of the pile foundation design should be paid attention to. For communication between colleagues reference.
Keywords: pile foundation; Design; building
中图分类号：TU473.1文献标识码：A文章编号：
随着社会经济发展，全国各地各类建筑拔地而起，尤其是高层建筑，近年来越来越多在全国各地如雨后春笋般出现；高层建筑的基础部分往往在整个建筑投资中占据了很大的比例，而其往往采用桩基础，因此如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全、节约投资、降低造价起着举足轻重的作用，这就要求我们设计人员对每个建筑的勘察报告要进行仔细分析，选择一个最优化的基础方案。笔者就以下几方面对桩基础设计中值得注意的问题进行探讨。
一、桩基设计中桩型设计的重要性
桩基础设计中，对桩型的选择会对基础设计产生重大的影响，合理的桩型将产生巨大的经济效益。笔者曾参与乐清香格里拉・海景园项目的设计，本项目由五幢17层商住宅和二幢21层高层住宅组成，高层下面均由一层地下室连成整体，建筑面积为10万M2，开始根据地质资料分析采用机械钻孔灌注桩，桩径分别是Φ800，Φ700，Φ600，设计桩长40～50米，桩端持力层为中风化岩，单桩承载力特征值按JGJ94-2008第5.3.5条估算，分别为3000KN，2100KN，1450KN，经计算该项目桩身砼方量为0.28M3/M2。后按JGJ94-2008第5.3.9条估算，计算出单桩承载力特征值分别为3700KN，2760KN，2050KN。经计算该项目桩身砼方量为0.18M3/M2，二者相差0.1M3/ M2。还有笔者曾参与乐清经济开发区某厂房设计，该厂房为六层，建筑面积为3.5万M2，采用桩基础也是钻孔灌注桩。设计思路同上个项目一样，前后桩身砼方量相差0.12M3/M2，同时桩基承台的造价也大幅度下降，因此在桩基设计中应根据地质资料，采用不同桩基础设计方案比较，这对整个基础设计的合理性与经济性产生巨大影响，当然也要考虑施工可行性等多方面因素。
二、桩基设计中静载试验的重要性
目前的桩基础设计过程，往往受到时间的约束，首先根据地质报告提供的参数来确定单桩承载力特征值，根据这个估算的单桩承载力特征值直接进行桩基础设计和施工，等工程桩施工结束后再挑选试桩进行静载荷载试验，这个过程具有一定的不科学性，结果符合估算要求则皆大欢喜，否则因工程桩已施工完毕补桩也会困难，且有时因地质报告有出入会给施工中带来相当的不方便，这里主要有两个问题，下面举例说明，一是根据地质报告提供的桩周土摩擦力特征值及桩端土承载力特征值由桩基规范计算的场区单桩承载力特征值 ，这是一个经验数值，不宜直接采用，近几年来笔者通过各类桩基中试桩及工程桩的检测，发现绝大多数桩的实际承载力均大于计算值，有些相差幅度较大，因此按试桩获得的实际承载力将会比按地质报告估算的承载力来布置基础将产生巨大的经济效益，例如，笔者2005年曾设计过的乐清晨沐花园住宅项目，该项目由四幢16层高层住宅和四幢6层多层住宅组成，四幢高层住宅地下室连成整体，根据地质报告，拟采用Φ600钻孔灌注桩，设计桩长38米，按JGJ94-94公式5.2.8条计算，单桩承载力特征值 约为1300KN，而笔者要求进行的3根破坏性试桩，显示实际单桩承载力特征值可达1750KN，整整比估算值提高了30%左右，实际工程桩设计就采用试验值，为业主大大节省了投资。还有2011年笔者曾设计的乐清御河湾项目，项目由九幢22层高层住宅和一层地下室组成，根据地质报告拟采用Φ700钻孔灌注桩，设计桩长70米，按JGJ94-2008公式 5.3.5估算单桩承载力特征值约2600KN，而笔者要求进行5根破坏性试桩显于实际单桩承载力特征值可达3300KN，整整比估算值提高了30%左右，后进行综合分析，实际工程桩设计单桩承载力特征值按3100KN取值。其二是当场地不均匀或地质报告数值有偏差的情况下，不进行试桩而直接按地质报告进行工程桩施工将会给施工带来巨大的困难，且造成不必要的浪费，例如，乐清某工业区项目，该项目为六层生产车间，设计采用Φ600钻孔灌注桩，设计桩长28米，在施工过程中有相当部分的工程桩桩长未达设计要求，经分析，原因在于土层中局部有块石层，采用常规的机械钻孔灌注桩，根本无法打穿块石层，但是改设计和施工方案时间不允许，最后只能采用补桩方式处理，增加了基础造价；如果该工程事先进行工程外试桩，就可了解施工具体情况，为日后的桩基设计方案和施工方案提供依据，避免走弯路。
三、关于桩偏差的控制和处理
桩施工中对桩的偏差必须严格控制，特别是对承台桩及条形桩，桩位的偏差都将产生很大的附加内力，而使基础设计处于不安全状态，笔者以桩位水平偏差为例。根据JGH94-2008第6.2.4条，第7.4.5条，控制的各类桩位偏差，施工过程中发现桩位偏差较大则应及时补桩处理，JGJ94-2008条7.4.5条中规定4～16根桩基承台中，允许偏差1/2桩径或边长，笔者认为其实在4～9桩独立承台中，若桩位偏差符合验收规范达到规范要求，但是可能由此形起的承台整体偏心，内力影响已经非常大了，有可能还需补桩处理，故笔者建议在4～9桩独立承台的桩位偏差宜控制1/3桩径或边长，对于条形承台则区分垂直于条形承台方向50，平行于承台方向100。当然这些要求须在施工前予于明确，还有对于桩偏心我们可以采用增加承台刚度或加大基础梁刚度、配筋来解决，这些在实际工程中需针对具体情况相应处理。
四、施工殊情况处理
桩基施工由于地层的不可知性，经常会遇到很多异常情况，这就要求我们根据具体的情况仔细分析，采用妥善的方法去解决各类问题。
1、砼管桩在施工时，达到极限承载力而无法压至设计标高，这里存在两种情况，其一是地质报告有误，桩实际承载力大于计算值 ，必须先做试桩，以确定其合理的桩长及承载力；其二则可能由于土层本身原因。譬如说饱和砂性土产生的空隙水压力使桩根本无法压入，这就需我们从施工措施上去解决，首先，是必须制定合理的施工顺序，譬如说跳打，使先期施工的桩产生的水压力消散后再施工下一根桩；其次对静力压桩来说必须选择有足够压桩力的施工机械，要避免抬机等现象出现；另外可以采取引孔，设置排水孔等措施尽量减少空隙水压力。当然压桩时必须注意压桩力应控制在桩身极限强度范围内，且应注意压桩挤土对周边建筑物的影响。
2、桩基施工时压桩力远低于设计承载力，笔者曾参与设计的乐清科技园项目，该项目基础设计采用Φ550砼管桩，桩长53米，根据地质报告按规范JGJ4-2008公式5.3.5估算，单桩承载力特征值为1450KN，进行工程试打桩时，连续5根最大压桩力仅为950KN，远小于设计承载力。我们仔细分析了地质报告认为报告所提供的各土层特性基本准确，而从周边其他工程的地质报告也证明勘察报告无误，因此我们分析可能由于压桩机械的压桩速度偏快，而土层的粘聚力又偏小，故压桩时桩将土直接剪坏，引起压桩力偏低，随着时间土能恢复固结。在25天后进行的试桩，证明我们的判断准确，试验承载力满足设计要求。这一点也从侧面强调了先进行静载荷试桩的重要性。
3、桩基静荷载试验不合格。某工程由于时间限制，甲方要求试桩与工程桩同时进行，待试桩满足JGJ106-2003第3.2.6条时进行静载荷试验，结果三组试桩有一组满足设计要求而另外两组试桩均在小于设计承载力时产生破坏。这就让我们从设计、施工和试验等各方面去分析这两组试桩，但经过与周边工程比较及现场施工试验记录分析，均未发现特殊情况，即不存在施工，试验中的失误。笔者对第一根合格试桩的情况进行了比较，终于发现后一根试桩本身的停歇时间已够，但周边的其余工程桩施工在试验前5天才完成，完全有理由认为是因为工程桩施工时将试桩周边的土破坏而没有固结，影响了试桩的承载力。于是等工程桩停歇时间也满足JGJ106-2003第3.2.6条时再次对2根试桩进行了静载荷试验，结果与我们判断完全一致，试桩均满足设计要求。这一实例告诉我们影响试桩结果的因素有很多，我们在工程实践中对各种情况一定要仔细分析，找出问题所在，而不要盲目处理，造成不必要的损失和浪费 。
4、管桩裂缝处理。预应力管桩以其强度高，制作周期短，比灌注桩节省材料等优点被大多数建设方采用，但在工程实践中，由于垂直度偏差或挤土等原因经常会使管壁产生裂缝而影响质量。笔者曾参与设计乐清经济开发区某工业项目，由于原始场地标高比较低，在桩施工前场地回填约2.5米左右的土，而施工中又未对上述情况采取合适的措施，使压桩机在施压进行过程中对桩产生了不均匀的侧压，施工结束后发现局部桩位产生较大偏差，经过小应变检测发现这些管桩都有不同程度地产生裂缝，如何处理这些裂缝是相当关键。我对偏差资料经过分析归类，发现垂直度偏差小于0.5%的管桩管壁基本无裂缝，我认为承载力应不受损失，故在增加了一组试桩证明承载力满足设计条件后不再进行处理。而对垂直度偏差大于0.5%的管桩，可以认为管壁均已产生裂缝，承载力已受影响，我们对此类桩采用了先纠偏再进行灌芯处理，使裂缝部位的传力通过灌芯部分混凝土传递，经最终静载荷试验证明是切实可行的。因此我们在管桩的实际施工中一定注意垂直度的控制，因为管桩抗剪能力较差，很容易破坏而引起不必要的经济损失。
桩基工程是一繁重而复杂的过程，我们设计人员一定要考虑到每一个环节，统筹兼顾，从各方面使之合理化。好的设计不仅仅是要保证建筑物安全，更要使设计经济合理。