基于高层建筑桩基础设计关键分析

摘要：随着城市建设任务的持续推进，高层建筑已经成为城市中随处可见的建筑形式。随着高层建筑规模的扩大与高度的提高，对于建筑工程本身的施工质量也提出了更高的要求标准。其中，高层建筑的桩基础设计是一项工艺复杂且难度较高的施工环节，在设计阶段中，设计人员务必要遵循高层建筑的施工特点，从实际情况出发来进一步细化设计方案，科学合理化得选用合适的桩基础类型，进而为后续施工步骤的顺利进行打下夯实基础。为此，本篇文章通过分析高层建筑中桩基础的实际作用与设计原则，进而列举了几点桩基础工程中的设计要点，供参考。

关键词：高层建筑;桩基础;设计关键

一、高层建筑中桩基础的作用

在很多高层建筑工程中，施工现场的浅层土层并不能够有效满足建筑地基地承载力，同时也无法达到建筑基础沉降的变形要求标准，在此种情况下则要考虑使用桩基础方案。桩基础是保证高层建筑结构稳定性与使用寿命的基础条件，在应用过程中有着非常多的优势。首先，桩基础本身有着非常高的竖向单桩与群桩承载力，能够为高层建筑在使用过程中所产生的所有竖向荷载力给予承担;其次，桩基础的竖向单桩与群桩刚度非常高，在高层建筑的自重与相邻载荷力的作用之下，也能够将不均匀沉降现象控制在合理范围内，避免高层建筑发生倾斜;最后，桩基础还用着十分强大的单桩、群桩侧向刚度的承载力，让高层建筑可以更好地抵御大风、地震等极端天气，大幅度提高高层建筑本身的抗倾覆稳定性，不会在使用过程中出现超出安全范围的倾斜或沉降问题。

二、桩基础的设计原则

在高层建筑工程中，从施工工艺的角度加以区分，可被分为预制桩与灌注桩这两种类型;从排土角度加以区分，则可被分为挤土桩与非挤土桩。目前，应用频率较高的桩基类型为预制钢筋混凝土桩、预应力钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩以及钢管桩等。在高层建筑工程项目中，设计人员需要提前深入施工现场来整合多方资料，在此基础之上来确定桩基类型：首先，应全面获得岩土工程的勘探资料，例如施工现场的地下水位、涂层液类型、岩土的力学参数等等，同时还要重点关注特殊的地质情况;其次，需要全面了解高层建筑工程施工场地的类别和管理现状，可以参考同类型工程项目的施工经验。第三，要合理利用新技术来提前模拟出高层建筑的安全等级、建筑结构以及荷载力等;最后，判断所选施工工艺与周边环境是否存在出入，并提前判断在施工过程中可能存在的负面影响因素。

当基本的资料数据获取完整后，设计人员则可以进一步确认桩基础类型，并设定单桩承载力的特征值。其中，如果是层数不高的小高层建筑可以考虑采用沉管灌注桩也预应力管桩，但超高层建筑则要根据实际情况来优先选择嵌岩桩或大直径灌注桩;设计人员还要考虑到建筑工程的施工周期，如果工期比较紧张则可以考虑利用预制桩，但要避免采用锤击或振动陈庄等噪音较大的施工工艺。尤其是对于工程中的挤土效应敏感区域内，更要避免应用挤土桩。设计人员要按照高层建筑的施工现场的土层与地质状况来灵活选择具备不同穿透力的桩。需要强调的是，如果施工场地存在地下障碍物或孤石，则不能够盲目采用预制管桩基础，而是要全面整合上文中所提及的诸多信息数据，组织技术专家来举办论证会，达到意见统一后方可进一步确认桩基础施工方案，在保证桩基础工程质量的基础上尽可能减少基础工程造价。

除去上文中所提到的几项桩型选择要点之外，在进行桩基础设计时，还需要同步满足以下几项原则：首先，设计人员在对同一结构的单元进行设计时，要优先选择长度接近的桩，同时还需要将相邻桩的底标高差控制在合理范围之内。其次，应优先选择硬土层来作为基础桩装端的持力层，并根据高层建筑施工现场的具体条件来进一步确定桩端入持力层的深度，尽可能达到临界深度。第三，如果采用的是端承桩，则需要保证桩基达到设计要求，或者考虑入基岩扩底;对于摩擦桩来说，则要优先采用细长桩。最后，设计人员还应当遵循调平原则来处理好群桩基础，保证疏密结合同时，让各个桩机均能够受力均匀。

三、高层建筑中桩基础的设计要点

（一）全面掌握资料

在上文中已经有所初步介绍，对于高层建筑而言，无论是施工规模还是建筑工艺都要更加复杂，因此务必要在进行桩基础的设计工作时，提前深入到施工现场来掌握资料，保证桩基础设计方案的准确性和可行性。相较于多层建筑而言，高层建筑的材料搜集要更加详细且全面，其中设计人员需要充分考虑到不同地基类型可能对高层建筑所带来的影响，并全面获取施工现场的岩石特征、土层分布情况、地下水位以及地面水位等等。其次，还应当对高层建筑的上部结构进行合理分析，判断建筑物的结构复杂程度与结构类型。设计人员必须要全面了解高层建筑建设场地的地质勘察报告，并且逐一核对报告内容是否符合实际情况。在必要时应当与专家进行会审，针对其中所存在的问题给出整改意见并对不完整的地方做出适当补充。

（二）统一设计目标

在进行桩基础的设计工作时，设计人员需要根据个性化目标的实际要求来提供多项设计方案，并根据地质勘察报告来详细核对不同方案的实际内容，将个性化目标进行统一整合，以此来形成符合高层建筑建设要求的整体目标。在绝大多数的情况下，高层建筑的桩基础设计会将工程质量、建筑性能以及工程成本放在第一位考虑;其次将会关注建筑工程的周边施工环境、各个环节的施工工艺以及极端天气所带来的性能影响。因此，设计人员需要明确的一点是，个性化目标的制定存在着不同程度上的矛盾和冲突，因此务必要严格遵循协调性和优化性原则，以此来保证最终选择的桩基础设计目标可以完全符合建设要求。

（三）确定抗压承载力

在对高层建筑桩基础进行初步设计的阶段中，设计人员会考虑到建筑本身的承载力以及地基地承载力指标，并通过相应的判断标准来对承载力进行合理化控制。通过提前进行评估，进一步分析各项指标是否与实際情况存在误差。在这一环节中，由于给出的估算值是通过试验桩来进行反复设定和调整的，因此设计人员要在这一过程中密切观察各项参数是否存在误差，并遵循高层建筑桩基的设计形式来进一步确定出抗压承载力。

首先，在试验桩环节，设计人员需要核对施工图纸的各项内容，利用静载试验来准确获得桩基的承载能力，并全面整合其他参数来制定出明确的设计指标。其次，在试打桩环节，设计人员则需要根据桩基的形式，灵活选择适应的测定体系，并考虑具体的变动方式来得到详细的数据参数。需要关注的是，此种设计形式或多或少会对管桩的设计结果带来影响，因此在进行测量工作时，设计人员一定要基地承载力误差控制在15%以内。相比较来看，此种试验方式的应用成本较低，且适用范围更广，设计人员可以根据实际需要来灵活选择。

（四）结合多种设计方案

在建筑工程项目的整个建设环节中，桩基础工程的施工成本与施工工期占据了较大的份额，因此设计人员需要全面整合多项设计方案，在此基础之上来挑选出最优选择，在保证桩基础工程质量的同时，达到缩短工期和降低工程成本的目标。对于高层建筑而言，桩基础的设计工作具有十分明显的多样性和复杂性，其中会涉及到多项专业的设计元素。尤其是在当前的建筑行业中，现代化的施工技术与管理手段层出不穷，如果仍然采用传统模式的桩基础设计方案，势必无法满足现代化高层建筑的建设要求。为此，设计人员需要全面整合传统设计形式与现代化设计形式，分别从不同城市和建设区域来进行数据搜集，虚心学习不同高层建筑方案的桩基础设计经验，从中考量利弊，展开更加深层次的分析和研究工作，确保最终的设计方案为最优选择。

参考文献

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[2]对某工程桩基础设计及施工工艺的反思探索[J]. 钟湘岳.  居舍. 2019（30）

[3]建筑结构之桩基础设计思考研究[J]. 王泰钦.  居业. 2019（08）

姓名：叶国平，1987.7.15;男 ;本科;工程师，研究方向：建筑结构设计，单位：江苏省方圆建筑设计研究有限公司;

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