结构设计中的桩基设计研究

谢勇威

摘  要：建筑行业发展速度越来越快，人们越发重视建筑工程的安全性。目前，高层建筑基础常常采用桩基础形式，其工期可控，施工技术也相对成熟。在设计过程中，桩基础的合理选择对整个工程的造价和工期都有极大影响，因此房地产开发公司和设计院等都非常重视桩基设计的合理性。在建筑结构设计中选择适合的桩基础类型，对整个项目的建设起到至关重要的作用。因此，加强桩基设计研究具有重要的意义，需给予更多关注。

关键词：结构设计;桩基设计;要点

在建筑工程施工过程中，桩基结构不仅能够给项目提供优质的支持和固定作用，而且会对项目施工的品质和工期造成影响。随着科技的不断进步，建筑工程项目不断增加，很多建筑结构也趋于繁杂。为了从本质上确保建筑项目的建设成效，必须强化桩基结构的设计与管理，融合建设项目的现实搭建需求，进一步完善建设方案，从而保证项目可以获取更大的经济利益。

1桩基种类

钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩是建筑工程主要三种桩基类型。当前钻孔灌注桩和沉管灌注桩是应用最为广泛的两种技术。沉管灌注桩桩孔形成主要依赖电动机震动或者锤击，然后先在桩孔中下放钢筋笼和钢管，再灌注混凝土，最后边振动边拔出钢套管。该技术通常应用于20m以内桩长工程中，通常设置200mm左右的直径。钻孔灌注桩的长度能够达到7m，需要依赖钻机成孔。

2桩基础应用的重要性

近年来建筑业的快速发展，也导致当前建筑市场上建筑公司的混杂，使得施工的施工质量无法得到保证，增加了不熟练施工的可能性，不可避免地对人们造成了严重的影响。例如，由于地下水和拥堵等因素，当今的建筑物存在不同程度地沉降问题。一旦沉降超过既定标准，建筑物的安全和稳定就不可避免地受到威胁。在整个建筑结构中，桩身部分位于地面以下，连接了地基部分和建筑地面主体部分，以该方式构成的桩基，大多为低承台桩基。而在某些建筑中，桩基主体的大部分结构都处位于地面以下，只有少数部分位于地面以上，该结构的桩基能够密切联系建筑的地基部分和主体部分，使之成为更加稳固的整体，这是由于桩身既有位于地面上的部分，也有处于地面以下的部分。当前国内大多数高层建筑都使用了高承台的桩基方式，这不仅能够增强地面建筑的稳固定和安全性，也能大大提升建筑在地震中的抗震性能。在建筑施工过程中，正确使用桩基础施工技术是建筑施工的前提，其不仅能够保证建筑正常开展施工，还能提升建筑结构整体的稳定性，有利于推动国内建筑业相关技术的升级及全行业的良性健康发展。

3桩基结构设计要点分析

3.1全面分析施工现场实际情况

在具体施工过程中，因受地理因素的影响，原有的桩基结构仍需进行再处理，以便在具体操作中能正常实施。因此，要求设计人员根据相关的施工标准，在对当地建筑环境和水文条件详细了解的前提下，科学改进建筑桩基，使其设计与具体的施工能够相吻合。此外，要实地勘察施工区域，更精确地掌握该地区的土质成分、地形状况以及周边的各种设施，进一步改进桩基结构的相关设计，从而促进施工的有效进行。

3.2确定桩基础规格

在确立桩基状况时，必须掌握桩基在现实项目中的运用状况，并开展严格的数据核查。除此之外，还需要调研建设项目在施工场地的实际状况，结合桩基础结构的强度以及载荷能力等，确保桩基础的设计效果。而保證桩基础的设计效果，合理确定桩基础的规格非常关键，如桩基础结构横截面积和长度等。进行桩基设计前，根据了解的项目实际情况，结合建筑行业标准设计桩基。初步确定桩型后，全面计算桩基承载力、桩基截面以及长度。技术人员在设计过程中需要全面了解情况，并深入分析现场情况，了解建筑结构的荷载、承载力需求，从而确保桩基础的设计效果。

3.3校正桩基承载力

桩基的载荷能力直接反映建筑物的载荷成效，因此必须计算建筑物桩基的载荷能力，以获得准确的载荷数据。同时结合有关数据及时校正桩基载荷状况，确保桩基结构稳固。

3.4控制偏差

桩基施工时需要控制偏差，特别是条状承台桩。偏差会导致附加内力出现，致使桩基稳固性变差。如果施工有偏差，则需要运用补桩等手段，造成施工任务量增加，进一步引起经济损失。对于较为明显的问题，可以采用多种手段，比如桩顶标高设计过高，可以采用截桩手段，截断超出的部分。而桩顶标高比设计标高低时，要开展补桩工作，会进一步影响施工进度。因此，施工部门必须严格把控标高，确保和设计相符。

3.5积极使用数学函数有限元法

在建设结构的桩基设计中运用有限元法进行模拟实验。在桩基设计中，运用有限元法结合各类要素进行离散分割以及函数运算，有利于设计人员更加便捷地获取桩基数据和桩基综合承载数学数据，为之后的桩基设计提供主要信息。相关人员可以利用有限元软件开展桩基以及土层结构的三维信息解析，模拟桩基结构受到承载后出现的沉降状况以及载荷施加在桩基结构后的传递状况。经过有限元模拟，保证桩基结构策划的科学性和有效性，防止发生不良风险。

3.6提高桩基土复合计算的准确性

为了确保桩基设计的合理性，不仅需要计算单根桩体所能承受的压力，还要根据桩基的相关标准全面分析整个桩基。先利用有限元对一个桩体进行测定，然后进行连续计算，这样在进行桩土复合测定时效果更好。另外，在使用有限元法时，如果改变其跨度，则不必进行较多的模拟计算，从而加快计算速度。

3.7优化布置桩平面

在前期的设计过程中，对于桩基础的设计，首先要对结构平面尤其是对重心和间距进行科学布置，保证基础结构稳定性的同时，桩基也拥有良好的承载力。建筑行业发展至今，桩基的平面布置有许多方式，如梅花形网格状、矩形网格状以及不等距排列方式等，这些布置方法都具有良好的效果，可以根据不同施工的特点进行选择和优化调整。

3.8桩基选型、布置应合理化

砂层优选空心方桩，层数高的选用钻孔桩，桩的直径应和房屋层数、重量相匹配。为减小底板抗浮配筋，可将承台下桩距适当放大或将柱帽（承台）增大。预应力管桩及空心方桩的接头不宜超过3个，不应超过4个，注意相邻桩的高差按1/10桩长取。钻孔桩配筋率宜按最小配筋率设置，承台条形桩外边缘至承台边不小于75mm，板式承台桩边缘至承台边一般为0.5倍桩径。

3.9筏形基础设计

利用PKPM-JCCAD和有限元分析软件得出在桩筏中的整体受力。通过多种内力组合，针对不同筏板的厚度，按照底板配筋量和基础变形展开具体分析，优化计算得出筒体筏板厚3.4m，在框架柱的地方，选择处筏板的厚度为2.6m。基础混凝土的强度指数是C35，按照当前的计算，在筏形基础上产生了显著的差异沉降。但是因为厚筏存在的压力，在沉降倾斜值的计算上，需要选择二跨以上的沉降差，在主裙房间中，最大差异沉降倾斜值需要在0.002以下。

4结语

综上所述，桩基设计对工程建筑有很大的影响作用，只有依据相关的设计标准，并综合考虑施工过程中各方面的影响因素，才可以设计出符合实际需求且科学有效的桩基。因此，专业工作人员要对施工区域开展精准勘测，详细了解当地的地形和水质状况等，并在此基础上改进桩基设计，确保桩基设计能够跟现场施工一致，从而促进建筑结构设计质量的有效提升。

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