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【摘 要】 随着经济的飞速发展，我国的建筑业也越来越蓬勃，在建筑基础设计中，桩基础是高层建筑中常用的一种基础形式，得到了广泛的采用，但是在采用桩基础的过程中经常会出现实际与经验值的偏差，因此在高层建筑桩基础设计过程中出现了很多的问题。本文从高层建筑中桩基础设计的一些问题入手。综合分析了基础选型、安全保证、降低造价等方面的问题。旨在提高高层建筑结构桩基础设计的整体水平。
【关键词】 高層建筑结构;桩基础设计;预应力管桩;桩长
前言：
现代建筑中，经常要面对占地面积和容积之间的矛盾，因此建筑越来越倾向于高层化，但是伴随高层建筑的多样化，建筑的地基基础问题变得复杂。高层建筑与其他建筑一样，可以采用多种基础方案。桩基础就是高层建筑常用的一种基础形式，在应用过程中需要设计人员考虑诸多因素，选择一个技术相对先进、可靠，且经济上合理的最优方案。笔者从以下几方面对桩基础设计中的一些问题进行了研究。
1、通过试验确定单桩竖向抗压承载力特征值
在初步设计阶段，一般根据地基土的物理指标与承载力之间的经验关系来估算单桩竖向抗压承载力特征值。但很多时候桩的实际承载力与估算值之间的差距或者误差非常大，所以经估算公式估算出来的估算值一般需经过试验桩、试打桩来验证并进行调整。以管桩为例，以下为两种试验方法：
1.1静载试验桩
在施工图设计阶段，一般采用静载荷试验得到合理的桩承载力和其他设计参数。此法适用于设计等级为甲级或地质条件较复杂的管桩基础工程。
1.2试打桩
在正式施工前通过试打桩配合高应变动测法确定。适用于应用管桩多年且设计经验较丰富的地区，包括地质条件不复杂的设计等级为甲级的管桩基础。根据广东的统计数据表明：一些有经验的测试单位，用高应变动测法检测的单桩竖向抗压承载力的误差可控制在15%以内。相比静载荷试验，该方法试验费用低，时间短，测试桩数多，在广东地区得到广泛应用。
1.3试验的重要性
在对各种桩基础试桩以及工程桩的具体检测中，我们能够知道很多桩基础的实际承载力大于估算值，有些桩基础实际承载力与其估算值相差幅度很大，所以在布置基础时如果按照试桩实际承载力来设计桩基础将产生巨大的经济效益。比如，河北沧州某高层商业住宅楼，其主体设计目标为地面以下一层、地面以上十八层，在设计中根据具体地质勘察报告相关数据决定采用D400预应力管桩，桩长20m，如果按照JGJ94—2008技术规范相关公式来估算其单桩承载力特征值为1200kN，但实际进行的3根试桩破坏性测试显示其实际单桩承载力特征值可高达1600kN，与估算值相比提高了33.3%，在实际工程桩基础设计中就采用试验数值，节省了业主投资。由此可见试桩可以降低桩基础施工难度并减少浪费。此项工作将直接影响到桩基础的形式、规格以及桩的入土深度，同时也密切影响着施工难易程度。
2、桩基设计中不同桩型经济性比较
在桩基础具体设计中如何合理选择桩型会对桩基础设计产生极大影响。桩型选择将极大地影响经济效益。以某写字楼项目为例，该项目为框架核心筒结构，建筑总高度为99.75米。应甲方要求进行基础选型比较。
2.1方案1：采用预应力管桩
预应力管桩施工工艺成熟，且具有单桩承载力高，造价低，工期较短，耗材较低等优点，具有较大的经济效益和社会效益，是现阶段使用较多的一种桩型。本项目采用管桩直径D=500mm，壁厚为125mm，类型为AB型。根据勘察报告采用平均桩长L=23.2m，其桩端持力层为强风化层，单桩竖向承载力特征值桩身控制的理论值为2700kN，考虑到各种因素对桩身强度的影响，实际计算时取值为2500KN。根据PKPM的计算结果，在核心筒部分满堂布桩，需要164根桩，桩筏板厚度为2lOOmm（内筒冲切控制），考虑桩土共同作用，面筋为构造配筋，底筋为计算配筋。最后依据现行定额，计算核心筒处管桩、混凝土及钢筋的总造价约为242万元。如下表所示：
2.2方案2：采用大直径钻（冲）孔桩
采用桩径为2200的钻孔桩，桩端持力层为强风化层，平均桩长为45m，保证外围框架柱为一柱一桩，单桩竖向承载力特征值为32000KN，根据PKPM的计算结果，在核心筒部分沿剪力墙下布桩，总根数为13根，桩筏板厚度约为1800mm（桩冲切控制），考虑桩土共同作用计算筏板配筋。最后依据现行定额，计算核心筒处桩、混凝土及钢筋的总造价约为489万元。如下表所示：
2.3方案1与方案2比较结果
从筏板本身而言，混凝土用量和钢筋用量相差不大。但与之对应的桩而言，造价相差较大。由前面的结果可知方案2总造价远大于方案1的总造价。另外根据以往的工程设计经验，100m以上的建筑结构鲜有采用预应力管桩，多采用钻孔桩较为经济。但地质条件不同，上部结构布置不同，设计人员也要根据不同的情况进行合理的计算及判断分析，选择最优的方案，为业主降低工程造价。
3、设计桩长与实际施工桩长不符的应对措施
施工中若发现设计桩长与实际桩长不符，应立即停止施打，仔细检查原因。这里可能存在三种情况。
3.1持力层起伏比较大。
在桩基础施工过程中，现场施工单位双控较难。同时由于勘察手段使用不合理或取样桩间距过大，造成对持力层的起伏不明确，所以设计要求必须采取双控。但具体施工时施工单位往往难以把握，经常出现控制设计深度达到，而锤击贯入度或者油压值不达标;还可能出现锤击贯入度或者油压值达标，而设计深度不够。其结果就是桩长度与实际不符。
3.2地质报告误差。
地质勘察报告中的qs、qp参数未被准确提供，导致一些勘察单位所提供的参数过高，如果设计单位根据此参数进行桩基础的设计工作，极有可能出现单桩承载力和实际出现误差。即桩实际承载力比计算值小，因此先做试验以便确定桩基础合理的桩长及承载力成为必须;还有一种情况是可能地质勘察报告未曾查明有无孤石，在压桩过程中现场施工单位野蛮施工，这样一来，不但会导致实际施工中管桩无法压入，也很可能导致静压桩桩端或者桩身压碎。
3.3可能因为土层本身情况。
如孔隙水压力（饱和砂土产生）的产生导致无法压入桩基，此种情况须从施工措施来具体解决。合理地确定施工顺序，可以采用跳打方式，以期使先期施工所产生的孔隙水压力消散后再进行下一根桩的施工;在静力压桩施工时必须选择有足够压桩力的施工机械，应该避免抬机等现象;还可以采取引孔或者设置排水孔等多种措施尽可能减少空隙水压力。同时应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。
4、桩偏差的处理和控制措施
在桩基础设计的施工过程中，要对桩的偏差进行严格的控制，特别是对条形桩和承台桩的控制，这样才会减少基础设计的不安全隐患。对于桩位的偏差我们需要注意的首先是竖向的偏差。当桩顶标的标高比设计标高大时，就需要进行截桩，特别是对预应力管桩等空心的桩，桩顶上有桩帽进行截桩既不经济又会产生困难;当桩顶标高比设计的标高低时，就要进行补桩头。在这种施工过程中就必须要进行回降量的控制，不然就需要对每根桩的标高进行设计。因此我们要在设计的过程中对于施工所存在的误差进行考虑，最佳的建议是在施工的过程中允许有2mm的偏差，这样就可以对大量小的偏差桩进行劈桩，这样的操作可以很大程度上减少不必要的麻烦。
5、结束语
总之，桩基工程设计是一个复杂而严谨的过程，在采用桩基础的过程中，首先要加强对桩基础中的试桩记录以及工程桩的检测，以便准确计算出桩的实际承载力与估值计算之间的差距，为设计人员最终确定合适的施工方案提供准确详实的数据，这样才能带来良好的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1]建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3]建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
【关键词】 高層建筑结构;桩基础设计;预应力管桩;桩长
前言：
现代建筑中，经常要面对占地面积和容积之间的矛盾，因此建筑越来越倾向于高层化，但是伴随高层建筑的多样化，建筑的地基基础问题变得复杂。高层建筑与其他建筑一样，可以采用多种基础方案。桩基础就是高层建筑常用的一种基础形式，在应用过程中需要设计人员考虑诸多因素，选择一个技术相对先进、可靠，且经济上合理的最优方案。笔者从以下几方面对桩基础设计中的一些问题进行了研究。
1、通过试验确定单桩竖向抗压承载力特征值
在初步设计阶段，一般根据地基土的物理指标与承载力之间的经验关系来估算单桩竖向抗压承载力特征值。但很多时候桩的实际承载力与估算值之间的差距或者误差非常大，所以经估算公式估算出来的估算值一般需经过试验桩、试打桩来验证并进行调整。以管桩为例，以下为两种试验方法：
1.1静载试验桩
在施工图设计阶段，一般采用静载荷试验得到合理的桩承载力和其他设计参数。此法适用于设计等级为甲级或地质条件较复杂的管桩基础工程。
1.2试打桩
在正式施工前通过试打桩配合高应变动测法确定。适用于应用管桩多年且设计经验较丰富的地区，包括地质条件不复杂的设计等级为甲级的管桩基础。根据广东的统计数据表明：一些有经验的测试单位，用高应变动测法检测的单桩竖向抗压承载力的误差可控制在15%以内。相比静载荷试验，该方法试验费用低，时间短，测试桩数多，在广东地区得到广泛应用。
1.3试验的重要性
在对各种桩基础试桩以及工程桩的具体检测中，我们能够知道很多桩基础的实际承载力大于估算值，有些桩基础实际承载力与其估算值相差幅度很大，所以在布置基础时如果按照试桩实际承载力来设计桩基础将产生巨大的经济效益。比如，河北沧州某高层商业住宅楼，其主体设计目标为地面以下一层、地面以上十八层，在设计中根据具体地质勘察报告相关数据决定采用D400预应力管桩，桩长20m，如果按照JGJ94—2008技术规范相关公式来估算其单桩承载力特征值为1200kN，但实际进行的3根试桩破坏性测试显示其实际单桩承载力特征值可高达1600kN，与估算值相比提高了33.3%，在实际工程桩基础设计中就采用试验数值，节省了业主投资。由此可见试桩可以降低桩基础施工难度并减少浪费。此项工作将直接影响到桩基础的形式、规格以及桩的入土深度，同时也密切影响着施工难易程度。
2、桩基设计中不同桩型经济性比较
在桩基础具体设计中如何合理选择桩型会对桩基础设计产生极大影响。桩型选择将极大地影响经济效益。以某写字楼项目为例，该项目为框架核心筒结构，建筑总高度为99.75米。应甲方要求进行基础选型比较。
2.1方案1：采用预应力管桩
预应力管桩施工工艺成熟，且具有单桩承载力高，造价低，工期较短，耗材较低等优点，具有较大的经济效益和社会效益，是现阶段使用较多的一种桩型。本项目采用管桩直径D=500mm，壁厚为125mm，类型为AB型。根据勘察报告采用平均桩长L=23.2m，其桩端持力层为强风化层，单桩竖向承载力特征值桩身控制的理论值为2700kN，考虑到各种因素对桩身强度的影响，实际计算时取值为2500KN。根据PKPM的计算结果，在核心筒部分满堂布桩，需要164根桩，桩筏板厚度为2lOOmm（内筒冲切控制），考虑桩土共同作用，面筋为构造配筋，底筋为计算配筋。最后依据现行定额，计算核心筒处管桩、混凝土及钢筋的总造价约为242万元。如下表所示：
2.2方案2：采用大直径钻（冲）孔桩
采用桩径为2200的钻孔桩，桩端持力层为强风化层，平均桩长为45m，保证外围框架柱为一柱一桩，单桩竖向承载力特征值为32000KN，根据PKPM的计算结果，在核心筒部分沿剪力墙下布桩，总根数为13根，桩筏板厚度约为1800mm（桩冲切控制），考虑桩土共同作用计算筏板配筋。最后依据现行定额，计算核心筒处桩、混凝土及钢筋的总造价约为489万元。如下表所示：
2.3方案1与方案2比较结果
从筏板本身而言，混凝土用量和钢筋用量相差不大。但与之对应的桩而言，造价相差较大。由前面的结果可知方案2总造价远大于方案1的总造价。另外根据以往的工程设计经验，100m以上的建筑结构鲜有采用预应力管桩，多采用钻孔桩较为经济。但地质条件不同，上部结构布置不同，设计人员也要根据不同的情况进行合理的计算及判断分析，选择最优的方案，为业主降低工程造价。
3、设计桩长与实际施工桩长不符的应对措施
施工中若发现设计桩长与实际桩长不符，应立即停止施打，仔细检查原因。这里可能存在三种情况。
3.1持力层起伏比较大。
在桩基础施工过程中，现场施工单位双控较难。同时由于勘察手段使用不合理或取样桩间距过大，造成对持力层的起伏不明确，所以设计要求必须采取双控。但具体施工时施工单位往往难以把握，经常出现控制设计深度达到，而锤击贯入度或者油压值不达标;还可能出现锤击贯入度或者油压值达标，而设计深度不够。其结果就是桩长度与实际不符。
3.2地质报告误差。
地质勘察报告中的qs、qp参数未被准确提供，导致一些勘察单位所提供的参数过高，如果设计单位根据此参数进行桩基础的设计工作，极有可能出现单桩承载力和实际出现误差。即桩实际承载力比计算值小，因此先做试验以便确定桩基础合理的桩长及承载力成为必须;还有一种情况是可能地质勘察报告未曾查明有无孤石，在压桩过程中现场施工单位野蛮施工，这样一来，不但会导致实际施工中管桩无法压入，也很可能导致静压桩桩端或者桩身压碎。
3.3可能因为土层本身情况。
如孔隙水压力（饱和砂土产生）的产生导致无法压入桩基，此种情况须从施工措施来具体解决。合理地确定施工顺序，可以采用跳打方式，以期使先期施工所产生的孔隙水压力消散后再进行下一根桩的施工;在静力压桩施工时必须选择有足够压桩力的施工机械，应该避免抬机等现象;还可以采取引孔或者设置排水孔等多种措施尽可能减少空隙水压力。同时应注意压桩挤土作用对周边建筑物的影响。
4、桩偏差的处理和控制措施
在桩基础设计的施工过程中，要对桩的偏差进行严格的控制，特别是对条形桩和承台桩的控制，这样才会减少基础设计的不安全隐患。对于桩位的偏差我们需要注意的首先是竖向的偏差。当桩顶标的标高比设计标高大时，就需要进行截桩，特别是对预应力管桩等空心的桩，桩顶上有桩帽进行截桩既不经济又会产生困难;当桩顶标高比设计的标高低时，就要进行补桩头。在这种施工过程中就必须要进行回降量的控制，不然就需要对每根桩的标高进行设计。因此我们要在设计的过程中对于施工所存在的误差进行考虑，最佳的建议是在施工的过程中允许有2mm的偏差，这样就可以对大量小的偏差桩进行劈桩，这样的操作可以很大程度上减少不必要的麻烦。
5、结束语
总之，桩基工程设计是一个复杂而严谨的过程，在采用桩基础的过程中，首先要加强对桩基础中的试桩记录以及工程桩的检测，以便准确计算出桩的实际承载力与估值计算之间的差距，为设计人员最终确定合适的施工方案提供准确详实的数据，这样才能带来良好的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1]建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.
[2]建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3]建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003）[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.