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百家论坛 建筑结构 技术通讯 2007年3月 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18～20层建筑;SDDC工艺(孔内超级强夯)也可用于18～20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》(GB50007-2002)(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》(JGJ94-94)(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3.0.4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(3～4)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,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4 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