桩基设计中一些问题的探讨|桩基础施工步骤
【摘 要】随着建筑物高度的增加，功能多样性的发展，尤其是煤矿大型工业建筑，桩基成为设计中越来越常用的基础形式。本文结合实际工程阐述了桩基设计中应注意的几个问题，供设计人员参考。
【关键词】桩基；基础设计；桩的计算
一、引 言
近年来，随着建筑物高度的增加，功能多样性的发展，尤其是煤矿大型工业建筑，天然地基或者简单的地基处理已经不能满足建筑物基础地基承载力要求。桩基越来越成为设计人员首选的基础形式。
二、结合工程实际阐述桩基的设计
1、工程概况
本工程为某公司办公楼，位于山西省长治市襄垣县。该楼长78.25m，宽16.61m，总建筑面积14545.93m（地下1232.1m）。建筑物为地下一层，地上十一层；建筑物高度为46.05米。
2、自然条件
2.1 场地地震基本烈度：6度；
2.2 场地的工程地质及地下水条件:
2.2.1 根据山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司提供的《潞安环能股份公司办公楼岩土工程勘察报告》，地基土构成为：
第①层：表土，层底埋深约0.5m左右；
第②层：黄土状粉质粘土：可塑，稍湿；具湿陷性，高压缩性。该层厚度2.30～3.20m，平均2.65m；
第③层：黄土状粉质粘土：具湿陷性，中高压缩性。厚度0.50～3.20m，平均1.84m；
第③层：粉质粘土：软塑～可塑；高压缩性。层厚1.30～4.50m，平均2.83m；
第④层：粉质粘土可塑～硬可塑，湿～饱和。层厚0.50～4.80m，平均3.62m；
第⑤层：粉质粘土：硬可塑～硬塑；饱和。层厚1.60～3.10m，平均2.41m；
第⑥层：根据岩性不同，将该层分为两个亚层，分述如下：
第⑥1层：砂岩；
第⑥2层：泥岩，承载力特征值300Kpa。
2.2.2 本场地为非自重湿陷性场地；基础埋深3.50m时，地基湿陷等级为Ⅰ级（轻微），建筑场地类别为Ⅱ类。
2.2.3 基础方案及结论：本工程采用钢筋混凝土灌注桩桩基础，要求单桩承载力≥2100KN。
3、桩基的设计
3.1 桩的选型
根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008附录A，并结合地质勘察报告，选用泥浆护壁法潜水钻成孔灌注桩，按承载性状为摩擦端承桩。
3.2 确定桩径
根据所选桩型，桩径定为800mm。桩身采用C25混凝土，主筋保护层厚度为40mm。桩长暂定为22m。
3.3 计算单桩竖向承载力特征值，单桩水平承载力特征值
（1）单桩竖向承载力特征值
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp
查桩基规范表5.3.5-1得出各土层桩的极限承载力标准值qsik，
选第⑥层全风化粉砂质泥岩作为桩端持力层，查表5.3.5-2得出桩的极限端阻力标准值qpk。
Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp=3.14×0.8×（34×0.15+48×4.1+64×2.825+75×14.925）+1600×3.14×0.42=4577KN
单桩竖向承载力特征值Ra= Quk/K=4577/2=2288.5KN，取Ra=2100KN
（2）单桩水平承载力特征值
Rha=0.75a3EIXoa/vx
EI—桩身抗弯刚度。对于钢筋混凝土桩，EI=0.85EcIo，其中Ec为混凝土弹性模量，Io为桩身换算截面惯性矩。
Xoa—桩顶允许水平位移
vx —桩顶允许水平位移系数。
取m(地基土水平抗力系数的比例常数)=50MN/m4,通过查表5.7.5，线性内插法计算得出桩顶允许水平位移Xoa=4.31mm。
桩的截面计算宽度：
bo= 0.9（1.5d+0.5）=0.9×（1.5×0.8+0.5）=1.53m
do= 0.8-0.1=0.7m
Wo= πd﹝d2+2（aE-1）ρgdo2﹞/32=3.14× 0.8×﹝0.82+2×（2.0×105/2.8×104-1）×0.65%× 0.72﹞/32=0.05m3
Io = Wod/2=0.05×0.8/2=0.02m4
EI= 0.85EcIo=0.85×2.8×1010×0.02=0.48× 109N×m2
a = (mbo/ EI)1/5=(5×107×1.53/ 0.48× 109)1/5=0.69m-1
ah= 0.69×22m=15.18m﹥4m
查表5.7.2得vx=0.940(按桩顶为固结考虑)
Rha=0.75a3EIXoa/vx=0.75×0.693×0.48× 109×4.31×10-3/0.94
= 0.54×106N=540KN
3.4 确定桩的数量以及桩的平面布置
n=（FK+ GK）/Ra
n—桩基中的桩数
FK—荷载效应标准组合下作用于柱底的竖向力
GK—桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分
应扣除水的浮力
Ra—单桩竖向承载力特征值
查看PKPM软件SATWE计算结果，并结合每根柱下布置的桩数，比较得出桩的水平荷载作用远小于桩的水平承载力特征值。
4、基桩的布置应符合下列条件
4.1 基桩的最小中心距应符合表3.3.3的规定。
表3.3.3 基桩的最小中心距
土类与
成桩工艺 排数不少于3排且
桩数不少于9根的摩擦型桩桩基 其他情况
非挤土灌注桩 3.0d 3.0d
注：当为端承桩时，非挤土灌注桩的“其他情况”一栏可减小至2.5d。
4.2 应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度，碎石类土不宜小于1d。
根据以上原则，本工程要求单桩承载力特征值不小于2100KN，桩径800mm，桩中心距定位2.4m，桩长22m。本工程共布桩138根。
参考文献
[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010 —2010）
[3]《建筑抗震设计规范》（GB50011 —2010）
作者简介
刘宇，于2007年6月毕业于太原理工大学土木工程，并于2007年7月就业于山西潞安工程勘察设计咨询有限责任公司。现被评为助理工程师。