有关建筑桩基础的计算探讨

黄龙龙

(太原市兴华岩土工程勘察质量检测有限公司，山西太原 030013)

有关建筑桩基础的计算探讨

黄龙龙

(太原市兴华岩土工程勘察质量检测有限公司，山西太原 030013)

介绍了建筑工程中单桩极限承载力的确定方式，从桩基承载力验算、沉降计算、承台计算等方面，探讨了建筑桩基础的计算方式，并总结了计算过程中的注意事项，为桩基设计提供参考。

桩基，承载力，承台，静载荷试验

和过去相比，像以前的多层房屋、轻型厂房、低速公路和铁路已经满足不了当代人们的需要，所以当代不断涌现出高层建筑、重型厂房、高速铁路和公路以满足人类的需求。和过去相比这就对工程技术人员提出了更高的技术要求。现就笔者工作当中遇见的一些涉及桩基础的设计计算问题做一些总结和论述。

1 单桩极限承载力的确定方法

单桩极限承载力，可通过现场单桩竖向静载荷试验、现场原位测试、室内土工试验及工程经验等方法确定。静荷载试验是最有效也是最直接的确定单桩承载力的方法，得出的承载力是可直接供设计使用的。但往往在初步设计时是不可做试验的，那就要求设计人员通过一些别的方法初步的计算得出单桩极限承载力。

《规范》用原位测试法(单桥探头)确定混凝土预制桩的单桩极限承载力，公式中qsik为根据比贯入阻力psk结合qsk—psk曲线来确定的;α为端阻力修正系数，α＜1其实是对端阻力的折减;该公式关键在于确定psk，psk涉及psk1桩端全截面以上8d范围内的比贯入阻力平均值，psk2桩端全截面以下4d范围内的比贯入阻力平均值;β为折减系数，通过比较psk1和psk2的大小来确定psk。《规范》用原位测试法(双桥探头)确定混凝土预制桩的单桩极限承载力，公式中β为桩侧阻力综合修正系数;fsi为探头平均侧阻力;α为端阻力修正系数;该公式的关键在于qc的确定，qc取桩端以上4倍桩径范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，与桩端以下1倍桩径范围内土层的探头阻力进行平均。

采用室内土工试验与工程经验相结合的方法来确定单桩极限承载力，该方法是目前工程设计运用较为广泛的方法。公式中qsik和qpk均是根据土工试验先确定土的岩性与土的状态，再结合当地工程经验综合确定的;对于不小于800 mm的桩称为大直径桩，由于桩成孔后土层产生的应力释放和土层的松弛变形，则必须考虑侧阻力尺寸效应系数ψsi和端阻力尺寸效应系数ψp，ψsi和ψp与土的类型和桩的直径有关;对于开口的钢管桩与空心的混凝土桩，它们由于桩端没有封闭，对于桩的极限端阻力则发生了变化，公式中引入了λp桩端土塞效应系数，该系数与桩进入持力层的深度和空心直径有关;嵌岩桩主要是极限端阻力的计算有别，公式中ξr为桩嵌岩段的侧阻和端阻综合修正系数，frk则为岩石室内试验单轴抗压强度的标准值;近些年来为提高单桩的极限承载力，不少工程进行了桩侧与桩端的后注浆，所以《规范》也把该工艺引入了进来，分析该公式只是对注浆段引入了侧阻力增强系数βsi和端阻力增强系数βp，增强系数是根据土性并结合工程经验确定的一个增加系数，但对于设计人员来说最重要的是要正确的确定注浆竖向增强段范围。

2 桩基竖向承载力的验算

桩基竖向承载力的验算其实可归结为左端(竖向力)与右端(基桩竖向承载力特征值)的大小比较。左端(竖向力)又分为轴心竖向力与偏心竖向力两种情况;右端(基桩竖向承载力特征值)是单桩竖向极限承载力的1/2。当存在以下四种情况还需考虑承台效应的复合基桩竖向承载力:1)上部结构整体刚度较好、体型简单的建筑物;2)对差异沉降适应性较好的排架结构和柔性构筑物;3)按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区;4)软土地基的减沉复合疏桩基础。对于基桩承载力的验算若在抗震设防区验算时，不仅要考虑荷载效应标准组合还应考虑地震作用效应。

3 特殊条件下桩基竖向承载力的验算

此章节包含软弱下卧层验算、桩基负摩擦阻力计算和抗拔桩基承载力验算三部分。

1)软弱下卧层验算是指桩距小于6d的群桩基础，桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的软弱下卧层。

2)负摩阻力是由于桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降，桩侧负摩阻力会引起基桩的下拉荷载。

3)承受抗拔力的基桩，则应验算群桩呈整体破坏和群桩呈非整体破坏下的两种情况。《规范》把季节性冻土和膨胀土上的轻型建筑的短桩基础两种特殊情况纳入了进来。

4 关于桩基沉降的计算

桩基沉降计算可分为桩距小于6d的桩基和单桩、单排桩、疏桩基础两种情况。桩距小于6d的桩基最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法(角点法)计算——不辛奈斯克解，但该公式引入了桩基等效沉降系数ψe——明德林解;单桩、单排桩、疏桩基础实际可简化为按单向压缩分层总和法计算土层的沉降并计入桩身压缩量。

对于桩基的沉降计算是比承载力计算更为复杂的问题，沉降计算是对于工程技术人员不断总结和不断深思的问题。

5 软土地基减沉复合疏桩基础

该桩型主要是解决承载力基本够但要控制沉降的问题，当软弱地基上的多层建筑，地基承载力基本满足承载力的要求时，可设置穿过软弱土层进入相对较好土层的疏布摩擦桩，由桩和地基土共同承担荷载。仔细分析该章节内容其实还是减沉复合疏桩基础承载力和沉降的问题。单桩承载力需考虑承台效应;沉降包括桩土相互作用产生的沉降和承台底地基土附加应力作用下产生的中点沉降(特别之处应注意假想天然平均附加应力的计算)。

6 水平受荷桩基

单桩的水平承载力特征值可根据静载荷试验确定，在未做单桩水平静载荷试验时可根据公式进行估算，但估算应区分桩身配筋率小于0.65%与大于0.65%、单桩还是群桩等情况。水平受荷桩承载力与位移的计算参数众多，设计人员应根据实际情况选用相应的计算公式和与其相匹配的计算参数，但在众多的计算参数中地基土水平抗力系数的比例系数“m”值尤为值得工程技术人员重视。最终设计计算得出的单桩水平承载力特征值应不小于在荷载效应标准组合下作用于基桩顶处的水平力。

7 桩身承载力计算

桩身承载力的验算包括受压桩、抗拔桩和受水平作用桩三种情况。桩身的承载力其实质就是桩身材料(混凝土和钢筋)的承载力;对于高承台桩等特殊情况受压桩尚应考虑压屈影响;对于承受水平荷载和地震作用下的桩，桩身受弯和受剪承载力应按实际情况进行验算。但要注意的是桩顶轴向力是基本组合而非标准组合。

8 承台计算

有了桩再加上承台才算是桩基础，承台是桩与上部结构的纽带。承台的验算主要包括受弯、受冲切和受剪三部分计算;在计算承台受弯时所采用的是基本组合下基桩竖向净反力;受冲切和受剪验算其实质也是承台的几何尺寸和混凝土的抗拉强度设计值之间的组合关系，也就构成了相应的抗力，对其作用效应则是承台所受的外部荷载，包括柱或桩。承台的验算是为了保证承台具有足够的强度，在各种效应组合下不被破坏，以保证建筑物的安全性。

9 结语

桩基础作为深基础的一种类型，随着社会不断的发展，桩基础也会越来越多的进入工程技术界，这就要求我们要对桩基础的原理、机理、工艺方法、设计计算理论等不断的学习总结才能成为一名合格的工程技术人员，为祖国的工程事业发展献出自己的绵薄之力。

［1］JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范［S］.

Discussion on building pile foundation calculation

Huang Longlong
(Taiyuan Xinghua Geotechnical Engineering Investigation Quality Inspection Limited Company，Taiyuan 030013，China)

This paper introduced the determination method of single pile ultimate bearing capacity in construction engineering，from the pile foundation bearing capacity calculation，settlement calculation，pile cap calculation and other aspects，discussed the calculation ways of construction pile foundation，and summarized the matters needing attention in calculation process，provided reference for pile foundation design.

pile foundation，bearing capacity，pile cap，static load test

TU473.1

:A

1009-6825(2016)36-0093-02

2016-10-12

黄龙龙(1985-)，男，工程师