1、建筑樁基設(shè)計中幾個值得注意的問題 王允鍔 （中聯(lián)西北工程設(shè)計研究院審圖中心 西安 710082）0 引言 隨著高層建筑，尤其是高層住宅的大量涌現(xiàn)，樁基礎(chǔ)運用愈來愈廣泛。在我院最近三年來完成的140多幢的高層建筑中，采用樁基礎(chǔ)的就有120多幢。但應(yīng)注意到，樁基礎(chǔ)并非是高層建筑唯一的選擇，其他一些較成熟的地基處理形式，如砂石墊層換填法，CFG復(fù)合地基，灰土擠密樁，DDC或SDDC復(fù)合地基等同樣也可以用于高層建筑的基礎(chǔ)。 筆者認(rèn)為，如果碰到地基條件很好的地質(zhì)條件（如中粗砂層、礫石層或卵石層），18層左右的高層建筑選擇天然地基也完全是可行的?；彝翑D密樁（采用一次擠密樁），基礎(chǔ)設(shè)計得好，也能用于18層以

2、下建筑，若采用二次擠密法可用于20層以下建筑；DDC法（孔內(nèi)強夯）若采用灰土回填可用于1820層建筑；SDDC工藝（孔內(nèi)超級強夯）也可用于1820層建筑。所以設(shè)計人員務(wù)必要根據(jù)地質(zhì)勘查報告作詳盡的對比分析，選擇既能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載及變形要求，同時經(jīng)濟性又較好的地基處理和基礎(chǔ)方案。西安地區(qū)DDC工法的灰土樁單方造價一般為85元m3；CFG樁的單方造價一般為400元m3；混凝土灌樁單方造價一般為600元m3（鍋頭鉆成孔）及900元m3左右（機械成孔）；混凝土靜壓樁單方造價一般為1100元m3，以上數(shù)據(jù)可供設(shè)計人員在做方案論證時選用。 樁基礎(chǔ)是人們所熟知的基礎(chǔ)形式，但鑒于巖土的復(fù)雜性，關(guān)于負(fù)摩擦力的

3、傳遞機理、群樁效應(yīng)、樁土共同作用機理，上部結(jié)構(gòu)與樁基共同作用機理以及水平荷載作用下樁的工作性狀等問題均未得到很好地解決，再加上建筑結(jié)構(gòu)上部的復(fù)雜性，給樁基礎(chǔ)的設(shè)計帶來不少困惑。要把握好樁基礎(chǔ)的設(shè)計需要慎重對待每一個極其重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，更何況對高層建筑而言，基礎(chǔ)造價一般要占到總造價的25%左右。 作為設(shè)計人員應(yīng)掌握熟悉以下幾個方面的內(nèi)容。 1 單樁豎向承載力特征值與單樁豎向承載力設(shè)計值 單樁豎向承載力特征值是地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB500072002）（簡稱地基規(guī)范）所采用的術(shù)語，而單樁豎向承載力設(shè)計值是建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ9494）（簡稱樁基規(guī)范）所采用的術(shù)語，兩者的涵義不同，所對應(yīng)的荷載組

4、合效應(yīng)值也不同，在新的樁基規(guī)范正式版本以前，設(shè)計時不可混淆。 初步設(shè)計按土的抗力估算單樁承載力特征值時，一定要注意采取的樁端端阻力、樁側(cè)阻力應(yīng)為特征值，而不是標(biāo)準(zhǔn)值。目前一些地質(zhì)勘察報告提供的一般不是特征值，而是極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計時兩者不要搞錯。用靜載試驗確定承載力特征值時，將極值荷載除以安全系數(shù)2為單樁承載力特征值。 地基規(guī)范第條規(guī)定，按單樁承載力確定樁數(shù)時，傳至基礎(chǔ)或承臺上的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，相應(yīng)的抗力應(yīng)采用單樁承載力特征值。 驗算樁身混凝土、承臺混凝土強度及配筋計算，兩本規(guī)范均采用基本組合計算荷載效應(yīng)，采用相應(yīng)的分項系數(shù)，荷載效應(yīng)值為設(shè)

5、計值。 2 樁的中心距離 樁距的合理取值是一個綜合性問題，不同的樁型、土質(zhì)和荷載都將有不同的結(jié)果，從而帶來不同的成樁工藝、安全可靠性和工程造價。所以應(yīng)認(rèn)真對待樁距合理確定問題。確定樁的中心距時應(yīng)綜合考慮以下幾個因素： （1）成樁工藝。采用擠土成樁工藝時應(yīng)考慮成樁過程中的擠土效應(yīng)。擠土效應(yīng)包括兩個方面：1）樁周土體出現(xiàn)側(cè)移或向上隆起；2）對灌注樁或是預(yù)制樁都將產(chǎn)生側(cè)向擠壓的非常不利影響。 （2）施工難度。采用擠密樁時，如果是滿堂紅樁基或核心筒下樁數(shù)較多，當(dāng)樁距偏小時，有可能造成后沉入的樁難以達(dá)到預(yù)定的深度，造成同一承臺底下樁端標(biāo)高相差較大，給施工帶來困難。 （3）群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)即群樁極限承載

6、力與單樁極限承載力之和相比出現(xiàn)降低或提高的現(xiàn)象。樁距愈小，群樁效應(yīng)愈明顯。試驗資料表明，各類土中的群樁效應(yīng)明顯降低的最小間距為2d左右（d為樁直徑），當(dāng)樁距約為（34）d時，可獲得較好的群樁效應(yīng)。也就是說群樁極限承載力接近單樁極限承載力之和。樁距選得小，則承臺尺寸小、造價低，但樁的承載力不能得到充分發(fā)揮；反之，單樁承載力可得到充分發(fā)揮，但承臺尺寸相應(yīng)加大，造價隨之增加。孰輕孰重，設(shè)計者要權(quán)衡。 （4）樁型。摩擦型樁主要通過樁側(cè)阻力來承擔(dān)樁頂荷載，當(dāng)樁距過小時，樁側(cè)阻力得不到充分發(fā)揮，此時呈現(xiàn)實體基礎(chǔ)性狀，群樁承載力降低，沉降加大，所以為了避免側(cè)阻效率的降低，尤其是在深厚軟土或飽和度較高的土層中

7、，更應(yīng)選用較大樁距。 端承型群樁的樁頂荷載大部或全部由樁身直接傳遞到樁端，其工作性狀與獨立單樁相近，群樁的承載力近似取為各單樁承載力之和，因此，樁距對端承樁的影響是有限的，其限制可以放松。 （5）有條件情況下可考慮承臺底土層的抗力。樁基規(guī)范規(guī)定，當(dāng)樁數(shù)超過3根的非端承樁復(fù)合樁基，只要承臺底不出現(xiàn)可液化土、濕陷性黃土、軟土、欠固結(jié)土、新填土等不良地基，樁距大于4.5d時承臺底土的抗力才可有效發(fā)揮。所以在控制沉降的樁基設(shè)計中適當(dāng)加大樁距不失為一種明智的選擇。但應(yīng)在提高單樁豎向承載力與加大樁距之間做經(jīng)濟比較。 對于高層建筑來說，由于上部荷載很大，采用大樁距會造成布樁困難，而且也不一定經(jīng)濟。一般還是先

8、從加大樁長，選擇適宜的樁型和樁徑，提高單樁承載力、適當(dāng)減小樁距入手，然后根據(jù)土質(zhì)情況充分利用承臺底下土的抗力。兩本規(guī)范對樁距規(guī)定的表達(dá)形式不完全一樣。樁基規(guī)范規(guī)定較細(xì)，按擠土和非擠土及排數(shù)、樁數(shù)來定樁的最小中心距，操作性較強。而地基規(guī)范僅對摩擦型樁、擴底灌注樁的中心距作了規(guī)定，未與沉樁方式及樁數(shù)、排數(shù)發(fā)生關(guān)系，比較簡單，不便設(shè)計人員操作。設(shè)計人員應(yīng)在掌握上述樁的受力機理前提下，根據(jù)工程的實際情況及當(dāng)?shù)爻墒斓慕?jīng)驗合理確定樁的中心距。 3 樁的長細(xì)比 控制樁的長細(xì)比是已作廢的舊規(guī)范工業(yè)與民用建筑灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計與施工規(guī)程（JGJ4-80）的要求，新的地基規(guī)范及樁基規(guī)范均取消了長細(xì)比的限制。一些設(shè)計者

9、在工程設(shè)計中仍以長細(xì)比來控制樁長或樁徑，造成工程樁的不必要的浪費。長細(xì)比限值主要是為了保證樁身不產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)，以及考慮施工條件的要求，對于端承樁因有一較堅硬的不變形的持力層，在樁頂豎向荷載的作用下，樁身若過于細(xì)長，可能會像壓桿一樣出現(xiàn)失穩(wěn)破壞。而對于摩擦型樁，樁身應(yīng)力向下衰減，且樁會隨著荷載加大而產(chǎn)生沉降，不會產(chǎn)生壓屈失穩(wěn)，所以不需考慮長細(xì)比的限制。隨著高層建筑的發(fā)展，超長樁及長樁應(yīng)用廣泛，而長細(xì)比限值制約了長樁的使用。根據(jù)我國的實際情況，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量正常的低承臺樁在使用過程中出現(xiàn)壓屈失穩(wěn)的例子，所以兩本規(guī)范不再提長細(xì)比的要求了。但具體應(yīng)用中如遇到樁周土軟弱或可液化，或8度以上地震區(qū)的

10、情況，當(dāng)樁身強度控制設(shè)計時，仍應(yīng)慎重對待，可按相關(guān)規(guī)范驗算樁身壓屈。 4 樁身配筋長度 地基規(guī)范第-7條及樁基規(guī)范第條對樁身配筋長度均作了詳細(xì)的規(guī)定，但一些涉及規(guī)范未明示的問題，如8度及8度以上地震區(qū)的樁通長配筋問題1，以及做靜荷載試驗錨樁是否需要通長配筋的問題，還是需根據(jù)工程具體情況及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗而定。 后一個問題，按地基規(guī)范的規(guī)定，抗拔樁應(yīng)通長配筋，但條文說明并未對抗拔樁的類型加以解釋，樁基規(guī)范對專用抗拔樁也作了通長配筋的規(guī)定，并作了解釋：專用抗拔樁是指設(shè)置于地下水位以下或可能受河湖洪水淹沒構(gòu)筑物的樁基和纖纜樁基。兩本規(guī)范對用于靜壓試驗的錨樁未作具體規(guī)定，但從樁的受力機理來看都是基本相似的。從

11、使用時間來看卻有區(qū)別（用工程樁做錨樁除外），錨樁的配筋我院有兩種做法：1）按規(guī)范條文執(zhí)行，全部通長配；2）在樁身長度的1/31/2處，截斷一半，另一半通長到底。筆者傾向于后一種做法，因為樁身受拉時應(yīng)力分布也是上大下小，這跟樁受壓時樁周側(cè)摩阻力的分布規(guī)律類似。所以樁身鋼筋可以不必全截面通到底，一些設(shè)計院也積累了這方面經(jīng)驗。 5 樁身直徑（或截面尺寸）的選擇 樁身尺寸的選擇主要與單樁承載力、巖土工程情況、樁的類型有關(guān)，同時還與施工工藝、樁長、承臺類型及尺寸、經(jīng)濟指標(biāo)等因素有關(guān)。當(dāng)采用摩擦型樁時，宜采用較小直徑和較長的樁，以增加側(cè)阻效率來增加豎向承載力。簡單地通過加大樁徑來提高單樁承載力不是一種理想

12、的方法，因為隨著樁徑的增加，樁身混凝土用量增加得更快。端承樁的樁身尺寸就不能按摩擦型樁的原則定，而是要滿足承載力要求，對樁身穩(wěn)定性、施工費用和工期進行權(quán)衡，一般是粗一點、短一些為好。嵌巖樁宜選較大樁徑，一般不宜小于600mm；深軟土中樁，也宜選用稍大直徑的樁，以增加樁身抗施工側(cè)力的能力。人工挖孔樁的最小樁徑不宜小于800mm，沉管灌注樁不宜小于325mm，靜壓樁不宜小于300300。樁徑大小對工期也有一定的影響，一般情況下同一施工工藝的小樁的樁數(shù)多，工期相對較長，當(dāng)滿足其他條件要求時，小樁徑將帶來經(jīng)濟效益。 6 單樁豎向承載力人為放大不可取 目前我院有的設(shè)計人員借助外來經(jīng)驗，在估計單樁豎向承載

13、力特征值（或極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值）時，按規(guī)范經(jīng)驗公式計算出來以后，人為乘以1.21.3的放大系數(shù)后的數(shù)值作為單樁豎向承載力，并以此來計算樁數(shù)。筆者認(rèn)為這種做法值得商榷，其理由如下： （1）“提前預(yù)支”的做法沒有規(guī)范支持。就西安地區(qū)來說，大多數(shù)樁的靜載試驗結(jié)果數(shù)值都比理論計算數(shù)值要大0.30.5倍，但不能說百分之百都是這樣，也有接近或低于理論計算值的實例（最近我院就有這樣的工程實例），所以目前不能泛用。即使多數(shù)經(jīng)驗是如此，但規(guī)范上沒有根據(jù)當(dāng)?shù)卦嚇督?jīng)驗可以放大的規(guī)定，工程一旦出現(xiàn)問題，就要承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 （2）靜載試驗在實際應(yīng)用中還存在不少問題。例如，一些設(shè)計人員簡單照搬檢測單位的結(jié)果，缺少分析判斷

14、；不了解荷載-位移曲線的內(nèi)涵，不分析回彈量及殘余變形；加載方式的不同，同一根樁試驗結(jié)果也不相同。有的資料表明，堆載法比錨樁法測得的單樁豎向極限承載力要大于10% 30%；尤其要注意，當(dāng)采用堆載法作試驗時，試樁的工作狀態(tài)與實際是有較大差別的，因為堆載試驗堆載時隨著加載量的增大，樁周土產(chǎn)生回彈，對試樁又產(chǎn)生上拉力。所以用荷載試驗數(shù)據(jù)確定單樁極限承載力是一項極其復(fù)雜的綜合性工作，內(nèi)含許許多多的客觀存在的因素，還有一些人為的因素，如操作不當(dāng)?shù)取ＴO(shè)計人員應(yīng)該對各種試驗方法的原理和可能對結(jié)果產(chǎn)生的影響有所了解，設(shè)計時可通過經(jīng)驗或者檢測對樁徑或樁長（一般僅作樁長修改）進行必要的修正。 （3）某些工程的施工單

15、位出于某種考慮，對試樁施工較認(rèn)真，而大批的工程樁則未必能符合試樁的施工條件。 （4）文獻表明：對于某些特殊樁型，如鉆孔灌注樁后壓漿樁、夯擴樁、長螺旋壓灌混凝土樁等，樁端樁側(cè)壓漿質(zhì)量及擴大頭尺寸無法檢驗，且施工中存在較大的離散性，此時可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，對試樁結(jié)果適當(dāng)折減。如湖北地區(qū)控制后壓漿的承載力提高量不大于同類未壓漿樁的1.3倍。 7 結(jié)語 以上談到的樁基設(shè)計中密切相關(guān)的幾個問題，只要對這些問題有所理解，在具體工程中就可做到靈活運用，做到有所創(chuàng)新，有所突破。當(dāng)前高層住宅設(shè)計任務(wù)較多，大多都是采用樁基，一般都在墻下布樁（盡可能布成單排樁），當(dāng)受剪力墻墻段長度限制時，個別樁距略小于樁距限值時，筆者

16、認(rèn)為是可以的。因為單排樁時，群樁效應(yīng)并不突出，對樁的承載力影響較小，但應(yīng)采用跳樁施工方法。 在進行復(fù)合地基設(shè)計時，也應(yīng)注意樁型和樁距的合理確定。最近，我院有一工程由于土的含水率較高，處于飽和狀態(tài)，現(xiàn)場發(fā)生大量塌孔、縮頸現(xiàn)象，不得不修改原設(shè)計方案，由灰土擠密樁改為DDC灰土擠密樁。樁基礎(chǔ)雖是人們常采用的基礎(chǔ)形式，但鑒于巖土的復(fù)雜性，關(guān)于負(fù)摩擦力傳遞機理、群樁的荷載傳遞機理、水平荷載作用下樁的性狀、樁土共同作用機理、上部結(jié)構(gòu)與樁基共同作用機理等方面尚有許多問題需進一步研究和探討。作為設(shè)計者切不可認(rèn)為樁基設(shè)計是一件簡單的工作，應(yīng)認(rèn)真去對待。 致謝：本院華建公司孫桂新高工為本文提供了造價數(shù)據(jù)，在此表示感謝。 參考文獻 1 王允鍔. 對與結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)規(guī)范的某些條文的理解及其執(zhí)