建筑结构设计中桩基设计研究

李宜祥

（风脉能源（武汉）股份有限公司，湖北 武汉430206）

新时期，建筑工程项目不断增加，在有效的进行建筑结构设计过程，应该结合建筑项目实际，科学的开展有效设计，以此才能全面提高建筑建设质量。在具体研究过程，设计内容包括诸多方面，作为设计人员，要全面了解个部分的设计内容，从而才利于不断提高设计水平，下面通过对桩基设计的分析，具体总结有效的设计措施。

1 建筑桩基工程概述

在现代化的建筑工程之中，桩基作业是诸多作业的基础，也是整个施工中的核心环节。如果建筑物的桩基出现稳定性较差的问题，在外力作用下会引发建筑物倒塌等危险事故，造成难以挽回的经济财产甚至人身安全问题。建筑桩基包括了桩身和承台两个部分，二者相互连接并置入地下，共同对建筑物的荷载产生建筑力。目前来看我国最为主要的桩基有两类，分别是预制桩和灌注桩。后者灌注桩施工的过程之中，大多要采用钻孔压浆的方法，完成泥浆喷注的要求。桩基承载这建筑物稳定的主要功能，在外力作用下，会使得建筑物形成竖向压力，桩基则将压力进行分散，土层做好竖向压力的承载工作同时，降低对建筑物的压力。此外，在建筑物的正常使用过程之中，天气等自然原因也会造成对建筑物的压力，存在引发垮塌等问题。桩基施工的过程中，需要做好对其稳定性的研究，如果发生沉降等问题，会导致其使用稳定性不足，造成安全隐患。所以，在建筑施工的过程之中，需要加强对施工地点的勘察工作，充分了解建筑物的需求以及基本状况，制定专门的施工策略与方法。针对建筑工程的每一个细节都要有具体的实施方法，严格根据相关的规章制度来运作，保证工程的正常推进。

1.1 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩是目前建筑结构中运用较多的一种基础类型。其施工工序是首先做好打孔工作，在孔洞结构中放置专门的钢筋笼，在进行施工作业的方式，混凝土最终会形成专门的桩体。钻孔灌注桩是一类非常有特点的工程方法，其先成孔后制桩的方式较为别致，因此对施工的技术人员要求也相对较高，成桩的形式相对较为固定，但其成孔的垂直度无法起到应有的保障作用与价值。对此，在施工的过程中要格外加强钻机使用的可靠性和安全措施，要保证整个钻孔作业中加强钻机的稳定任务，在保证其成型的过程中不会出现偏移可能性的同时，还能够以此保证操作施工的安全性，确保技术人员能够以稳定的方式完成整个结构的建造。

1.2 人工挖孔桩

区别于钻孔灌注桩技术，人工挖孔桩技术顾名思义需求建筑人员自行挖空，其优势在于挖孔的效果相对较强，且其成本相对较低、可靠性强。还有一个最大的优势在于，人工钻孔的方式不会对周边的环境产生负面影响，但其对人力资源的要求则相对较高，目前仍然是我国最为主要的钻孔桩方式。该技术的要点在于，需要首先确定规模以及施工时间后，再进行人员分配和混凝土的制备，保证工程的效果。

1.3 静压力桩

顾名思义，所谓的静压力桩即为使用桩架的本身质量以及建筑物的向下压力所制成桩基的一种方法，这种方式能够保证桩基的位置准确，且工艺具备无噪音的特点，其产生的向下震动感也不会较为明显，操作也较为简易。最后，静压力桩的方式是所有方式中成本最低的一类，在小型建筑物的结构设计中应用最为广泛。

2 进行桩基设计完善的措施

2.1 加强数学函数有限元法的应用

当前在桩基设计的过程中有限元法的应用比较广泛，有限元法能够将集合内的元素进行合理的分割，然后进行近似方程或者是函数的计算。有限元法的计算方式能够满足不同的桩基设计的计算需求，并且通过有限元法的应用也能够使设计人员获取桩体几何信息的效率得到提升，所以在进行桩基承载力的计算过程中有限元法的作用非常重要。相较于过往的设计与计算方法，有限元法的出现能够更为精准地表现出桩基的实际状态。过往的建筑设计的流程之中，由于重视程度不足所以针对桩基以及土地结构的作用力的计算工作上，往往以相对较为简易的方式推进，通常技术人员仅仅采用文克尔假定法完成对土地受力分析的计算任务。在计算的流程之中，只需要针对桩基打压的下方土层展开最为主要的计算工作。但在实际建筑物的使用过程之中，土地产生形变的原因并非只有上述一类条件，土地变形与其荷载实际上成正比关系。该计算方法尽管相对较为高效、快捷，但其误差的情况较大。尤其是针对规模较大的建筑物，将无法客观地反馈流程，使得进化的结果出现较大误差。

2.2 提高桩土符合计算结果的准确程度

桩基设计的流程之中，需要注意不能仅仅对单个桩基的承载力进行计算，而是要从整体出发确保整个地基群落的性能，有限元法的计算方式能够对单根桩基的性能参数进行分析，而为了从根本上对地基结构发挥作用，需要以全体的承载力进行计算，需要以随机应变的方式应对桩基结构的变化。桩体整体群落承载力的计算流程之中，要以复合计算的方式进行相应的流程，该模式的运作是建立在单独的桩基展开计算为基础的，通过不同的运算方式与法则，进行复合化的计算流程，达到整体结构的强度计算。为了进一步提升运算的效率以及效果，在原有基础上可进行离散单元的跨度整体计算工作，减少模拟计算量，达到快速计算的目的。根据以往的经验来看，部分规模相对较小的桩基会出现沉降效果与预期不符合的问题，而这一不足大多是由于在进行桩基计算的时候，桩基施工与承载力之间的比例没有计算正确。为了有效避免这一问题的发生，就需要利用好地基结构中针对“土体弹性模量”与泊松比相互结合的方式，做好材料参数的荷载沉降。

2.3 优化桩体基础结构设计

依据不同的建筑工程施工需求，桩承台基础结构在建筑高度较低、上部荷载较小的乙丙级桩基的设计当中，若建筑高度在100m 以上，则对桩体的承载力和沉降设计提出了较高的要求，为此，施工人员可以采取桩筏基础结构。若桩的持力层较深，桩的长度较长，则桩基的承载力较大，在墙柱下布设桩结构时要先选择桩筏基础，或者可采用间距相等的桩筏基础。

桩筏基础的施工过程之中，要以荷载结构出发进行考量，同时同步将厚度、建筑物的沉降量等纳入计算的考虑范围之内。为了提升结果的准确性，大多需要以弹性的脊梁作为运算的第一步骤，只有降低了地基结构的梁变形情况，才能减少压力。计算的时候需要完成上层结构压力与桩体竖向结构的刚度分析，对此要一定程度上做好上层结构压力的分析，对桩筏基础进行针对性地设计作业，使得大平面的刚度得到保证，使得沉降不均匀或受力不平均的问题解决，优化结构。在地基结构的内部计算过程之中，要适度减少针对桩基内部的配筋，使得工程发挥最大程度上的价值。此外，桩体的安装方向也会不同程度上影响整个结构的变化，尤其是对承载力上限有一个明确的影响，所以需要以国家相关法律规章制度以及标准进行设计，如果技术人员私自提升厚度，也会对建筑物的使用带来一定的安全隐患。

总之，在桩基设计过程，要结合建筑工程实际，科学的引入更加完善的设计方案，以此才能不断提高设计效率。在进行实践研究过程，作为设计人员，应该不断提高专业能力，要重视不断加强设计能力，以此才能有效的提高桩基设计水平。