河北工程大学 河北邯郸 056000
摘要：在建筑工程中，桩基础是经常用到的基础形式，是一种由承台梁或承台板把沉入土中的桩联合起来的深基础，它的作用是承受上面建筑物传来的荷载，通过桩身或桩尖传到深处承载力非常大的土层中。桩基础的选择和布置应该和建设单位的主观意图相一致，还应该遵从建设的基本程序。
关键词：桩基础；设计；承载力
桩基设计不仅应该按照材料力学，考虑桩的尺寸、布筋、强度等，还应该从地基承载力、地下水等方面加以全面考虑。随着建筑业的不断进步，桩基础已经从木桩变成钢筋混凝土桩，本文以某工程的基础设计为例，介绍钢筋混凝土桩基础的设计。
1 工程概况
经过勘察，这个建筑工程的拟建场地是冲积地形，地形高差不大，场地和四周没有地表水，地下水位深2m左右，场区处于浅层稳定地块构造上面，地质构造状况不复杂，拟建场地没有显著的新活动构造通过，地形中没有不良地质问题。没有滑坡、崩塌等地质问题。经施工钻探，在钻探控制的范围内，场地工程地质状况不复杂。
2 桩基础设计过程
2.1 桩基础的设计原则
桩基础设计需要符合安全、科学以及经济的要求，承台和基桩需要有充足的强度、刚度以及耐久性；要求地基有充足的承载力还不出现过量的形状变化；一般桩基相应于地基破坏的极限承载力特别高，所以大部分桩基础的重点问题在于控制沉降量。
首先收集与本设计相关的基础资料，包括:相关设计规范、规程；上面结构的要求；工程地形、地质资料；施工技术以及工程造价资料；当地经验、建材供应以及交通状况、场地和环境状况等方面，通过对各类因素加以全面比较和研究，为以后的工作做好铺垫。
需要按照结构类型以及层数、荷载状况、地层状况以及施工能力，科学选择桩的类型。下面地质条件不适合使用预制桩：预制桩的穿透能力不足，当土中有大孤石、废金属和花岗岩残积层中没有风化的石英脉的时候，预制桩无法穿越。当土层分布非常不均匀的时候，混凝土预制桩的预制长度非常难控制。石灰岩场地不应该使用管桩。软土地区的桩基，需要考虑桩四周土自重固结、蠕变、大面积堆载和施工中挤土对桩基的影响，在层厚非常大的高灵敏度流速粘性土中，不应该使用大片密集有挤土作用的桩基，应该使用承载力高且桩数非常少的桩基[1]。同一结构单元应该防止使用不同种类的桩。
2.2 设计要求
要求所应用的设计理论以及方法应该没有错误，所设计对象相关部件的构造应该符合我国相关行业的标准。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要求所绘制的成果图符合我国《建筑工程设计文件编制深度规定》中的要求。
2.3 选择桩的种类
通常按照上部结构的种类、荷载要求、地质状况和施工能力，确定基本的桩型，并选择桩的材料，按照地质资料，确定工程的桩尖持力层是粉质粘土，适合使用预制钢筋混凝土方桩。
2.4 确定桩的规格
关键包括桩的长度以及桩的截面面积，桩的长度通常选择非常坚实的土层作为桩端的持力层。桩端全段面进持力层的深度：粘土层、粉土≥2d，砂土≥1.5d，碎石土≥1d。桩顶嵌入承台，以此确定桩的长度。按照资料可以确定桩尖进入持力层1.5m，桩的长度10m。按照桩顶荷载的状况和当地施工器械和施工经验确定桩的横截面的面积，断面的尺寸是30cm×30cm。
按照建筑场地的地基土层的状况和确定的桩型以及规格，依据相关法确定单桩竖向的承载力，这个工程中N、H合力的倾角小于5°，可以依据竖向荷载的桩基设计。
桩尖极限摩擦力f，按照粘土lL=0.6，桩的入土深度是12m，可以最后确定R=821kpa，安全系数取2，最后确定单桩轴向的允许承载力是220kN。
2.5 估算桩的数量
基本由承台处于轴心或偏心受压来加以确定，当承台处在轴心受压条件下的时候：n=(F+G)/R
当承台处于偏心受压条件下的时候：n=μ[(F+G)/R]
式中F是作用在桩基承台上部的竖向力；G是承台和承台上土自重的标准值；R是单桩竖向承载力的标准值；μ是系数，n是预估桩数。
桩的数量估算以后，按照上部结构的特点和荷载的状况，对桩的平面加以布置，在考虑桩的布置的时候，对于桩的中心距离，一般桩的中心距需要取3~4d。如果桩的中心距比较小，桩施工的时候相互挤土对桩的质量形成影响；反之，桩的中心距如果太大，那么桩承台的尺寸比较大，不经济[2]。
在工程中假设承台平面尺寸是2m×3m，那么承台和它上面 的土重G是24kN。桩数是12根。桩距取1m。按照桩的平面布置，承台的平面尺寸改成2.6m×3.6m。
2.6桩的平面布置
按照桩的布置原则，尽量使桩群承载力合力点和长期荷载的重心重合；还要使桩基受水平力和力矩较大方向和承台的长边，有非常大的界面模量；桩离桩承台边缘的距离需要大于0.5d；相同的结构单元，应该防止用不同种类的桩，桩的平面布置形式通常使用矩形网格状、梅花形网格状等，按照工程的特点，可以使用长方形网格状[3]。
2.7 验算桩的承载力
当桩端支撑在低压缩性土层的时候，需要对软弱下卧层的强度加以验算。在偏心竖向力的作用下，除了要满足N≤R，还需要满足下式的要求：Nmax≤1.2R.
确定桩的规格和单桩竖向承载力计算桩的数量、进行平面布置以及桩基础的验算。桩基通常仅仅按承载力来计算，但桩端持力层是软弱土，或建筑物非常重要，对桩基沉降的要求非常高的时候，需要对桩基进行变形验算。
桩基变形计算以前多假定由承台、桩、桩间土构成的实体基础，以分层总和法进行计算，叫做等代墩基法。其中土中应力计算使用Boussinesq解。因为桩渗入到土层里面，所以不符合Boussinesq解，这几年的工程实践表明，使用Midlin解计算桩基沉降更与实际一致。
2.7.1 群桩的验算：
第一，计算群桩实体基础底面尺寸。扩散角是5°，边桩外围的尺寸是2.3m×3.3m,可以确定实体基础面积是20.45m2.
第二，实体基础底面处的容许承载力。桩尖平面上面土的加权平均容重是9.97kN/m2，可以确定实体基础底面的地方土的允许承载力使用下面的公式计算：P=[P]+mBγ1(B-3）+mDγ2（D-1.5）=376.6kPa。
第三，桩尖平面处地基承载力验算。群桩实体基础自重G是2902.2kN，当中心受压的时候，P是247kPa<[P]，当偏心受压的时候，Pmax是273.4kPa<1.2[P],符合设计的要求。
2.8 桩承台的设计
桩承台的作用是把很多桩连接成一个整体，一起承受上面的荷载。把上面结构荷载通过桩承台传到各根桩的顶部；桩承台是现浇钢筋混凝土的结构，类似于一个浅基础 。所以，桩承台自身有着和浅基础相似的承载力，也就是桩承台效应。
承台的材料通常使用钢筋混凝土材料，在现场现浇施工，平面尺寸是由桩的平面布置决定的，承台的厚度能够保证桩头的嵌入还可以避免 冲切破坏，承台的混凝土强度等级要超过C15；承台配筋依据计算确定，钢筋保护层的厚度应该超过50mm。
结语：
这个工程的桩基础设计，按照桩基础设计的规范，结合设计的要求，通过分析基础资料确定桩的种类、桩的规格，估算桩的数量，桩的平面布置，验算桩的承载力，结果证明设计都符合要求。
参考文献：
[1]钱玲玲.钢筋混凝土桩基础设计在某工程中的应用[J].建筑设计管理,2015.
[2]徐令宇.桩基础水平响应计算方法及其抗液化性能研究[D].大连理工大学,2013.
[3]赵云,张晓东,支韶阳.浅析钢筋混凝土筒仓桩基础设计[J].粮食流通技术,2010,(03):9-10+24.
论文作者:刘立
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/29
标签：承载力论文; 桩基论文; 荷载论文; 桩基础论文; 钢筋混凝土论文; 基础论文; 平面论文; 《建筑学研究前沿》2017年第22期论文;