浅谈建筑的桩基础设计

王志鹏

摘要：简要介绍了建筑桩基作用及工程常用桩基类型，着重分析和阐述了桩基的设计环节。

关键字： 建筑；桩基设计；结构

Abstract: This paper briefly introduces the construction of pile foundation and pile foundation engineering of commonly used types, analyzes and expounds the design of pile foundation link.

Key words: building pile foundation design; structure;

中图分类号：TU473.1+2 文献标识码：A 文章编号

桩基础是工业与民用建筑工程一种常用的基础形式，一般由桩身和位于桩身顶部的承台组成。桩基础的示意图见图1

图 1桩基础的组成

1—上部结构（墙或柱）2—承台（承台梁）3—桩身 4—坚硬土层5—软弱土层

一、桩基础的作用

1、桩支承于坚硬的或较硬的持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑的包括偏心载荷在内的全部竖向荷载。

2、桩基础具有很大的竖向单桩刚度或者群刚度，在自重或相邻载荷影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。

3、凭借巨大的单桩侧向刚度或者群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平载荷与力矩载荷，保证高层建筑的抗倾覆稳定性。

4、桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或者嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基础靠深部稳固土层仍有足够的抗压与抗拔承载力，从而保证高层建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。

二、工程常用的桩基础

桩基础的种类较多，在选择时要根据建筑的类型、规模及施工环境综合考虑。

1、预制桩

预制桩是指借助于各种专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩打入、压入或振入土中的桩型。按桩身材料分为钢筋混凝预制桩、钢桩、木桩、组合桩。

① 钢筋混凝预制桩

钢筋混凝土预制桩具有制作方便，桩身强度高，耐腐蚀性能好，单桩承载能力高的优点，但价格偏高、打桩噪声大、接桩和截桩困难。

② 钢桩

钢桩分为两种：钢管桩和H形桩。具有优点是：强度高、桩身表面积大，截面积小，在沉桩时贯透能力强且挤土影响小，在饱和软黏土地区可减少对领近建筑物的影响，但价格较高，耐腐蚀性较差。

2、灌注桩

灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而制成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩可分为泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和成孔灌注桩等几大类。

① 泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩

泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩，在成孔过程中，为防止孔壁坍塌，在孔内注入制备泥浆或利用钻削的黏土与水混合自制泥浆保护孔壁。护壁泥浆与钻孔的土削混合，边钻边排出泥浆，同时进行孔内补浆或补水。当钻孔达到规定深度后，清除孔底泥渣，然后吊放钢筋笼，在泥浆下浇筑混凝土。

② 夯扩成孔灌注桩

夯扩成孔灌注桩是在桩管内增加一根与外桩管长度基本相同的内夯管以代替钢筋混凝土预制桩靴，与外管同步打入设计深度，并作为传力杆将锤击力传至桩端夯扩成大头形，增大地基的密实度，同时利用内管和桩锤的自重将外管内的现浇桩身混凝土压密成形，把水泥浆压入桩侧土体并挤密桩侧的土，使桩的承载力大幅度提高。

三、桩基础的设计

1、桩基础设计流程

设计流程：调查研究，收集设计资料选择桩的类型及其几何尺寸确定单桩

承载力设计值 确定桩的数量及平面布置确定群桩或单桩基础的承载力桩身构造设计与强度计算承台设计绘制桩基础施工图

2、桩型的选择

① 桩型的选择要根据工程地质状况、施工技术条件、工期情况和施工对周围环境的影响综合考虑。

② 持力层应尽可能选择坚硬土层或岩层。如在一般桩长深度内没有坚硬土层，也可考虑选择中等强度的土层，如中密以上砂层或中等压缩性的一般黏性土等。考虑桩端进入持力层的深度。

③ 确定桩长、承台底面标高

承台底面标高，即承台埋置深度。一般情况下，应使承台顶面低于室外地面100mm以上；如有基础梁、筏板、箱基等，其厚（高）度应考虑在内；同时要考虑季节性冻土和地下水的影响。

3、单桩竖向承载力特征值

单桩承载力特征值Ra应按下式计确定：

Ra=Quk/K

式中 ：Quk—单桩竖向承载力特征值（kN）；

K—安全系数，取K=2。

4、桩截面尺寸设计

① 最小桩径

桩的类型 钢筋混凝土方桩边长

泥浆护壁回转或冲击钻孔桩

人工挖孔桩

钢管桩

干作业钻孔桩和振动沉管灌注桩

最小桩径φ（mm） ＞250

＞ 500

＞ 800

＞ 400

＞ 300

② 在桩截面的设计中要遵循以下原则：

单桩承载力的需求和布桩的构造要求；

同一建筑的桩基采用相同桩径；

当荷载分布不均匀时，可根据荷载和地基土条件采用不同直径的桩，尤其是采用灌注桩时；

端承桩的持力层强度低于桩材强度而地基土层又适宜时，应优先考虑采用扩底灌注桩；

摩擦桩宜采用细长桩，以获得较大比表面（桩侧表面积与体积之比）：

5、桩数量的设计及平面布局

① 桩数量计算

计算公式：

式中： n——桩数；

Fk—相应于荷载效应标准组合作用于桩基承台顶面的竖向荷载（kN）；

Gk——桩基承台和承台上土自重标准值（kN）；

Ra——单桩承载力特征值（kN）；

μ——系数，桩基为轴心受压时μ=1；偏心受压时μ=1.1～1.2。

② 桩的平面布置

桩的平面布置要满足以下原则：

尽可能使上部荷载的中心和群桩横截面的形心重合；

力求各桩的受力情况相近；

宜将桩布置在承台外围，而各桩应距离垂直于偏心荷载或水平力与弯矩较大方向的横截面轴线大些，以便使群桩截面对该轴具有较大的惯性矩；

箱基和带梁筏基以及墙下条形基础的桩，宜沿着墙或梁布置成单排或双排，以减小底板厚度或承台梁宽度；

为了使桩受力合理，在墙的转角及交叉处应布桩，窗门洞口下不宜布置桩。

常见的桩平面布置见图2：

图 2桩的排列形式

6、桩身设计

桩身的设计主要包括混凝土强度等级计算、配筋的计算和桩顶构造。

① 混凝土强度等级fc计算

预制桩 fc ≥C30；

灌注桩 fc ≥C20；

预应力桩fc ≥C40

②打入式预制桩的最小配筋率宜ρ≥0.8%；

静压预制桩宜ρ≥0.6%；

灌注桩宜ρ≥0.2%～0.65%（小直径桩取大值）

③ 配筋长度设计原则

受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定；

桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层；