建筑桩基设计中几个值得注意的问题

1、建筑桩基设计中几个值得注意的问题 王允锷 （中联西北工程设计研究院审图中心 西安 710082）0 引言 随着高层建筑，尤其是高层住宅的大量涌现，桩基础运用愈来愈广泛。在我院最近三年来完成的140多幢的高层建筑中，采用桩基础的就有120多幢。但应注意到，桩基础并非是高层建筑唯一的选择，其他一些较成熟的地基处理形式，如砂石垫层换填法，CFG复合地基，灰土挤密桩，DDC或SDDC复合地基等同样也可以用于高层建筑的基础。 笔者认为，如果碰到地基条件很好的地质条件（如中粗砂层、砾石层或卵石层），18层左右的高层建筑选择天然地基也完全是可行的。灰土挤密桩（采用一次挤密桩），基础设计得好，也能用于18层以

2、下建筑，若采用二次挤密法可用于20层以下建筑；DDC法（孔内强夯）若采用灰土回填可用于1820层建筑；SDDC工艺（孔内超级强夯）也可用于1820层建筑。所以设计人员务必要根据地质勘查报告作详尽的对比分析，选择既能满足上部结构荷载及变形要求，同时经济性又较好的地基处理和基础方案。西安地区DDC工法的灰土桩单方造价一般为85元m3；CFG桩的单方造价一般为400元m3；混凝土灌桩单方造价一般为600元m3（锅头钻成孔）及900元m3左右（机械成孔）；混凝土静压桩单方造价一般为1100元m3，以上数据可供设计人员在做方案论证时选用。 桩基础是人们所熟知的基础形式，但鉴于岩土的复杂性，关于负摩擦力的

3、传递机理、群桩效应、桩土共同作用机理，上部结构与桩基共同作用机理以及水平荷载作用下桩的工作性状等问题均未得到很好地解决，再加上建筑结构上部的复杂性，给桩基础的设计带来不少困惑。要把握好桩基础的设计需要慎重对待每一个极其重要的设计环节，更何况对高层建筑而言，基础造价一般要占到总造价的25%左右。 作为设计人员应掌握熟悉以下几个方面的内容。 1 单桩竖向承载力特征值与单桩竖向承载力设计值 单桩竖向承载力特征值是地基基础设计规范（GB500072002）（简称地基规范）所采用的术语，而单桩竖向承载力设计值是建筑桩基技术规范（JGJ9494）（简称桩基规范）所采用的术语，两者的涵义不同，所对应的荷载组

4、合效应值也不同，在新的桩基规范正式版本以前，设计时不可混淆。 初步设计按土的抗力估算单桩承载力特征值时，一定要注意采取的桩端端阻力、桩侧阻力应为特征值，而不是标准值。目前一些地质勘察报告提供的一般不是特征值，而是极限端阻力标准值和极限侧阻力标准值，设计时两者不要搞错。用静载试验确定承载力特征值时，将极值荷载除以安全系数2为单桩承载力特征值。 地基规范第条规定，按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，相应的抗力应采用单桩承载力特征值。 验算桩身混凝土、承台混凝土强度及配筋计算，两本规范均采用基本组合计算荷载效应，采用相应的分项系数，荷载效应值为设

5、计值。 2 桩的中心距离 桩距的合理取值是一个综合性问题，不同的桩型、土质和荷载都将有不同的结果，从而带来不同的成桩工艺、安全可靠性和工程造价。所以应认真对待桩距合理确定问题。确定桩的中心距时应综合考虑以下几个因素： （1）成桩工艺。采用挤土成桩工艺时应考虑成桩过程中的挤土效应。挤土效应包括两个方面：1）桩周土体出现侧移或向上隆起；2）对灌注桩或是预制桩都将产生侧向挤压的非常不利影响。 （2）施工难度。采用挤密桩时，如果是满堂红桩基或核心筒下桩数较多，当桩距偏小时，有可能造成后沉入的桩难以达到预定的深度，造成同一承台底下桩端标高相差较大，给施工带来困难。 （3）群桩效应。群桩效应即群桩极限承载

6、力与单桩极限承载力之和相比出现降低或提高的现象。桩距愈小，群桩效应愈明显。试验资料表明，各类土中的群桩效应明显降低的最小间距为2d左右（d为桩直径），当桩距约为（34）d时，可获得较好的群桩效应。也就是说群桩极限承载力接近单桩极限承载力之和。桩距选得小，则承台尺寸小、造价低，但桩的承载力不能得到充分发挥；反之，单桩承载力可得到充分发挥，但承台尺寸相应加大，造价随之增加。孰轻孰重，设计者要权衡。 （4）桩型。摩擦型桩主要通过桩侧阻力来承担桩顶荷载，当桩距过小时，桩侧阻力得不到充分发挥，此时呈现实体基础性状，群桩承载力降低，沉降加大，所以为了避免侧阻效率的降低，尤其是在深厚软土或饱和度较高的土层中

7、，更应选用较大桩距。 端承型群桩的桩顶荷载大部或全部由桩身直接传递到桩端，其工作性状与独立单桩相近，群桩的承载力近似取为各单桩承载力之和，因此，桩距对端承桩的影响是有限的，其限制可以放松。 （5）有条件情况下可考虑承台底土层的抗力。桩基规范规定，当桩数超过3根的非端承桩复合桩基，只要承台底不出现可液化土、湿陷性黄土、软土、欠固结土、新填土等不良地基，桩距大于4.5d时承台底土的抗力才可有效发挥。所以在控制沉降的桩基设计中适当加大桩距不失为一种明智的选择。但应在提高单桩竖向承载力与加大桩距之间做经济比较。 对于高层建筑来说，由于上部荷载很大，采用大桩距会造成布桩困难，而且也不一定经济。一般还是先

8、从加大桩长，选择适宜的桩型和桩径，提高单桩承载力、适当减小桩距入手，然后根据土质情况充分利用承台底下土的抗力。两本规范对桩距规定的表达形式不完全一样。桩基规范规定较细，按挤土和非挤土及排数、桩数来定桩的最小中心距，操作性较强。而地基规范仅对摩擦型桩、扩底灌注桩的中心距作了规定，未与沉桩方式及桩数、排数发生关系，比较简单，不便设计人员操作。设计人员应在掌握上述桩的受力机理前提下，根据工程的实际情况及当地成熟的经验合理确定桩的中心距。 3 桩的长细比 控制桩的长细比是已作废的旧规范工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程（JGJ4-80）的要求，新的地基规范及桩基规范均取消了长细比的限制。一些设计者

9、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，所以两本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

10、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。 4 桩身配筋长度 地基规范第-7条及桩基规范第条对桩身配筋长度均作了详细的规定，但一些涉及规范未明示的问题，如8度及8度以上地震区的桩通长配筋问题1，以及做静荷载试验锚桩是否需要通长配筋的问题，还是需根据工程具体情况及当地经验而定。 后一个问题，按地基规范的规定，抗拔桩应通长配筋，但条文说明并未对抗拔桩的类型加以解释，桩基规范对专用抗拔桩也作了通长配筋的规定，并作了解释：专用抗拔桩是指设置于地下水位以下或可能受河湖洪水淹没构筑物的桩基和纤缆桩基。两本规范对用于静压试验的锚桩未作具体规定，但从桩的受力机理来看都是基本相似的。从

11、使用时间来看却有区别（用工程桩做锚桩除外），锚桩的配筋我院有两种做法：1）按规范条文执行，全部通长配；2）在桩身长度的1/31/2处，截断一半，另一半通长到底。笔者倾向于后一种做法，因为桩身受拉时应力分布也是上大下小，这跟桩受压时桩周侧摩阻力的分布规律类似。所以桩身钢筋可以不必全截面通到底，一些设计院也积累了这方面经验。 5 桩身直径（或截面尺寸）的选择 桩身尺寸的选择主要与单桩承载力、岩土工程情况、桩的类型有关，同时还与施工工艺、桩长、承台类型及尺寸、经济指标等因素有关。当采用摩擦型桩时，宜采用较小直径和较长的桩，以增加侧阻效率来增加竖向承载力。简单地通过加大桩径来提高单桩承载力不是一种理想

12、的方法，因为随着桩径的增加，桩身混凝土用量增加得更快。端承桩的桩身尺寸就不能按摩擦型桩的原则定，而是要满足承载力要求，对桩身稳定性、施工费用和工期进行权衡，一般是粗一点、短一些为好。嵌岩桩宜选较大桩径，一般不宜小于600mm；深软土中桩，也宜选用稍大直径的桩，以增加桩身抗施工侧力的能力。人工挖孔桩的最小桩径不宜小于800mm，沉管灌注桩不宜小于325mm，静压桩不宜小于300300。桩径大小对工期也有一定的影响，一般情况下同一施工工艺的小桩的桩数多，工期相对较长，当满足其他条件要求时，小桩径将带来经济效益。 6 单桩竖向承载力人为放大不可取 目前我院有的设计人员借助外来经验，在估计单桩竖向承载

13、力特征值（或极限承载力标准值）时，按规范经验公式计算出来以后，人为乘以1.21.3的放大系数后的数值作为单桩竖向承载力，并以此来计算桩数。笔者认为这种做法值得商榷，其理由如下： （1）“提前预支”的做法没有规范支持。就西安地区来说，大多数桩的静载试验结果数值都比理论计算数值要大0.30.5倍，但不能说百分之百都是这样，也有接近或低于理论计算值的实例（最近我院就有这样的工程实例），所以目前不能泛用。即使多数经验是如此，但规范上没有根据当地试桩经验可以放大的规定，工程一旦出现问题，就要承担相应的责任。 （2）静载试验在实际应用中还存在不少问题。例如，一些设计人员简单照搬检测单位的结果，缺少分析判断

14、；不了解荷载-位移曲线的内涵，不分析回弹量及残余变形；加载方式的不同，同一根桩试验结果也不相同。有的资料表明，堆载法比锚桩法测得的单桩竖向极限承载力要大于10% 30%；尤其要注意，当采用堆载法作试验时，试桩的工作状态与实际是有较大差别的，因为堆载试验堆载时随着加载量的增大，桩周土产生回弹，对试桩又产生上拉力。所以用荷载试验数据确定单桩极限承载力是一项极其复杂的综合性工作，内含许许多多的客观存在的因素，还有一些人为的因素，如操作不当等。设计人员应该对各种试验方法的原理和可能对结果产生的影响有所了解，设计时可通过经验或者检测对桩径或桩长（一般仅作桩长修改）进行必要的修正。 （3）某些工程的施工单

15、位出于某种考虑，对试桩施工较认真，而大批的工程桩则未必能符合试桩的施工条件。 （4）文献表明：对于某些特殊桩型，如钻孔灌注桩后压浆桩、夯扩桩、长螺旋压灌混凝土桩等，桩端桩侧压浆质量及扩大头尺寸无法检验，且施工中存在较大的离散性，此时可根据当地经验，对试桩结果适当折减。如湖北地区控制后压浆的承载力提高量不大于同类未压浆桩的1.3倍。 7 结语 以上谈到的桩基设计中密切相关的几个问题，只要对这些问题有所理解，在具体工程中就可做到灵活运用，做到有所创新，有所突破。当前高层住宅设计任务较多，大多都是采用桩基，一般都在墙下布桩（尽可能布成单排桩），当受剪力墙墙段长度限制时，个别桩距略小于桩距限值时，笔者

16、认为是可以的。因为单排桩时，群桩效应并不突出，对桩的承载力影响较小，但应采用跳桩施工方法。 在进行复合地基设计时，也应注意桩型和桩距的合理确定。最近，我院有一工程由于土的含水率较高，处于饱和状态，现场发生大量塌孔、缩颈现象，不得不修改原设计方案，由灰土挤密桩改为DDC灰土挤密桩。桩基础虽是人们常采用的基础形式，但鉴于岩土的复杂性，关于负摩擦力传递机理、群桩的荷载传递机理、水平荷载作用下桩的性状、桩土共同作用机理、上部结构与桩基共同作用机理等方面尚有许多问题需进一步研究和探讨。作为设计者切不可认为桩基设计是一件简单的工作，应认真去对待。 致谢：本院华建公司孙桂新高工为本文提供了造价数据，在此表示感谢。 参考文献 1 王允锷. 对与结构设计相关规范的某些条文的理解及其执