錢玲玲

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅天水741025）

鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在某工程中的應(yīng)用

錢玲玲

（甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅天水741025）

樁基礎(chǔ)作為一種深基礎(chǔ)，在建筑工程中，應(yīng)用較為廣泛。樁基礎(chǔ)類型的選擇及設(shè)計(jì)多受上部結(jié)構(gòu)類型、荷載要求、地質(zhì)條件及施工能力等諸多因素的影響。本文以某工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例，系統(tǒng)的介紹鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的實(shí)施程序，依據(jù)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合工程特點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)要求，通過(guò)分析基礎(chǔ)資料確定樁的類型、樁的規(guī)格，估算樁的數(shù)量，確定樁的平面布置，驗(yàn)算樁的承載力，結(jié)果表明設(shè)計(jì)均滿足要求。

樁基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)；承載力；驗(yàn)算

0　引言

在建筑工程中，樁基礎(chǔ)是最常用的基礎(chǔ)形式，是一種由承臺(tái)梁或者承臺(tái)板把沉入土中的數(shù)根樁聯(lián)結(jié)起來(lái)的深基礎(chǔ)，其作用是承受上部建筑物傳來(lái)的荷載，再通過(guò)樁身或樁尖傳到深處承載力較大的土層上。其中，有一種樁的作用是處理軟弱地基，提高地基土的承載力。

樁基礎(chǔ)的選擇、布置既要符合建設(shè)單位的主觀意圖，又要根據(jù)建筑物所在位置的客觀地質(zhì)條件，還要遵從建設(shè)的基本程序。樁基設(shè)計(jì)不僅要根據(jù)材料力學(xué)，考慮樁的尺寸、布筋、強(qiáng)度、剛度，而且要從地基承載力、地下水、施工條件等方面進(jìn)行綜合考慮和選擇。隨著現(xiàn)代建筑業(yè)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，樁基礎(chǔ)已從木樁逐漸發(fā)展為鋼筋混凝土樁和鋼樁，以某工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例，介紹鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)[1-3]。

1　工程概況

某建筑工程設(shè)計(jì)一個(gè)樁基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，柱基頂面荷載N為2150kN，彎矩M為380kN·m，水平荷載H為50kN，樁承臺(tái)地面埋深D為2m。

通過(guò)勘察，該建筑工程的擬建場(chǎng)地為沖積地形地貌，地形高差較小，場(chǎng)地及附近無(wú)地表水，地下水位深約2m，場(chǎng)區(qū)位于淺層穩(wěn)定地塊構(gòu)造之上，地質(zhì)構(gòu)造條件簡(jiǎn)單，擬建場(chǎng)地未見(jiàn)有明顯的新活動(dòng)構(gòu)造通過(guò)；地形地貌中未見(jiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象。通過(guò)勘察，基底覆蓋層中未發(fā)現(xiàn)軟弱地層、土洞、溶洞等基礎(chǔ)不良地質(zhì)現(xiàn)象。無(wú)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。經(jīng)施工鉆探，在鉆探控制范圍及深度內(nèi)，場(chǎng)地工程地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，場(chǎng)地地層巖性自上而下分別為：①雜填土（Q4al+pl）厚2.0m。②黏土（Q4al+pl）厚8.5m。③粉質(zhì)黏土（Q3al+pl）厚4.0m。巖土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1　擬建場(chǎng)地巖土層分布及物理力學(xué)性質(zhì)

2　樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)步驟

2.1選擇樁的類型

一般根據(jù)上部結(jié)構(gòu)類型、荷載要求、地質(zhì)條件及施工能力，確定大致的樁型以及選擇樁的材料和施工方法，根據(jù)地質(zhì)資料，可確定工程的樁尖持力層為粉質(zhì)黏土，適宜采用預(yù)制鋼筋混凝土方樁。

2.2確定樁的規(guī)格

主要包括樁的長(zhǎng)度和樁的截面面積，樁的長(zhǎng)度，一般選擇較堅(jiān)實(shí)土層作為樁端持力層。樁端全段面進(jìn)持力層的深度：黏土層、粉土≥2d；砂土≥1.5d；碎石土≥1d。樁頂嵌入承臺(tái)，以此確定樁長(zhǎng)。根據(jù)資料可確定樁尖進(jìn)入持力層1.5m，樁長(zhǎng)10m。根據(jù)樁頂荷載大小與當(dāng)?shù)厥┕C(jī)具及建筑經(jīng)驗(yàn)確定樁的橫截面面積，斷面尺寸為30cm× 30cm，樁身材料用C30和I級(jí)鋼筋4×16。

按靜力公式計(jì)算，由式一確定單樁軸向容許承載力。

式中[Pp]——單樁軸向容許承載力，kN；

PR——樁尖端承力，kN；Pf——樁側(cè)摩擦力，kN；

Fs——安全系數(shù)，一般采用2.0；

U——樁身截面周長(zhǎng)，m；

fi——i層土堆樁身表面的極限摩擦力，kPa，可查表確定；

li——樁在層土中的長(zhǎng)度，m；

R——樁尖持力層的極限端承力，kPa，可查表確定；

A——樁的截面積，m2。樁側(cè)極限摩擦力f，根據(jù)黏土lL=1，樁的入土深度12m，經(jīng)過(guò)查表，確定f=29kPa，粉質(zhì)黏土lL=0.6，確定f=39kPa。

樁尖極限摩擦力f，根據(jù)黏土lL=0.6，樁的入土深度12m，可最終確定R=821kPa，安全系數(shù)取2，最終確定單樁軸向容許承載力為220kN。

2.3估算樁的數(shù)量

主要由承臺(tái)處于軸心或偏心受壓確定，當(dāng)承臺(tái)處于軸心受壓作用下時(shí)[2-4]：

當(dāng)承臺(tái)處于偏心受壓作用下時(shí)：

式中F——作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力；

G——承臺(tái)及承臺(tái)上土自重標(biāo)準(zhǔn)值；

R——單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

μ——系數(shù)，取1.1～1.2；

n——預(yù)估樁數(shù)。

樁的數(shù)量估算之后，據(jù)上部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與荷載性質(zhì)，進(jìn)行樁的平面布置，在進(jìn)行樁的布置考慮時(shí)，對(duì)于樁的中心距通常樁的中心距宜取（3～4）d（樁徑）。若樁的中心距過(guò)小，樁施工時(shí)互相擠土影響樁的質(zhì)量；反之，樁的中心距過(guò)大，則樁承臺(tái)尺寸太大，不經(jīng)濟(jì)[4-5]。

在工程中假設(shè)承臺(tái)平面尺寸為2m×3m，則承臺(tái)及其上土重G=2×3×2×20=240kN。

樁距S=（3-4）×0.3=0.9-1.2m，取S=1m。

根據(jù)樁的平面布置，承臺(tái)平面尺寸修改為2.6m×3.6m。

2.4樁的平面布置

依據(jù)樁的布置原則，盡量使樁群承載力合力點(diǎn)與長(zhǎng)期荷載重心重合；并使樁基受水平力和力矩較大方向及承臺(tái)的長(zhǎng)邊，有較大的截面模量；樁離樁承臺(tái)邊緣的凈矩應(yīng)不小于0.5d；同一結(jié)構(gòu)單元，宜避免用不同類型的樁；樁的平面布置形式：一般采用矩形網(wǎng)格狀、梅花形（三角形）網(wǎng)格狀，不等距的排列方式，根據(jù)工程的特點(diǎn)，可采用矩形網(wǎng)格狀。

2.5驗(yàn)算樁的承載力

當(dāng)樁端支撐在低壓縮性土層時(shí)，應(yīng)對(duì)軟弱下臥層強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，單樁承載力驗(yàn)算，在軸心豎向力作用下采用式三確定：

在偏心豎向力作用下，除滿足N≤R，還應(yīng)滿足下式要求：

確定樁的規(guī)格與單樁豎向承載力計(jì)算樁的數(shù)量、進(jìn)行平面布置和樁基礎(chǔ)驗(yàn)算。

式中Nmax——基樁或復(fù)合基樁最大豎向力設(shè)計(jì)值；

R——基樁或復(fù)合基樁豎向承載力設(shè)計(jì)值。

樁基一般只按承載力進(jìn)行計(jì)算，但樁端持力層為軟弱土，或建筑物重要性大，對(duì)樁基沉降的要求高時(shí)，尚應(yīng)對(duì)樁基進(jìn)行變形驗(yàn)算。

樁基變形計(jì)算過(guò)去多假定由承臺(tái)、樁、樁間土構(gòu)成的實(shí)體基礎(chǔ)，以分層總和法計(jì)算，稱為等代墩基法。其土中應(yīng)力計(jì)算采用Boussinesq解。由于樁伸入土層中，故不符合Boussinesq解，近年來(lái)的工程實(shí)踐證明，應(yīng)用Midlin解計(jì)算樁基沉降更符合實(shí)際。

在工程中，對(duì)單樁的受力驗(yàn)算如下：

群樁的驗(yàn)算如下：

1）計(jì)算群樁實(shí)體基礎(chǔ)底面尺寸。

2）實(shí)體基礎(chǔ)底面處的容許承載力。

樁尖平面以上土的加權(quán)平均容重為9.97kN/m2，可確定實(shí)體基礎(chǔ)底面處土的容許承載力采用如下公式計(jì)算：

3）樁尖平面處地基承載力驗(yàn)算如下。

群樁實(shí)體基礎(chǔ)自重G為2902.2kN，當(dāng)中心受壓時(shí)，P為247kPa<[P]，當(dāng)偏心受壓時(shí)，Pmax為 273.4kPa<1.2[P]，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.6樁承臺(tái)設(shè)計(jì)

樁承臺(tái)的作用是把多根樁聯(lián)結(jié)成整體，共同承受上部荷載。把上部結(jié)構(gòu)荷載通過(guò)樁承臺(tái)傳遞到各根樁的頂部；樁承臺(tái)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)淺基礎(chǔ)。因此，樁承臺(tái)本身具有類似于淺基礎(chǔ)的承載能力，即樁承臺(tái)效應(yīng)。

承臺(tái)的材料一般采用鋼筋混凝土材料，采用現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆施工；平面尺寸取決于樁的平面布置，承臺(tái)的厚度可以確保樁頭的嵌入并能防止沖切破壞，承臺(tái)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C15；承臺(tái)配筋按計(jì)算確定；鋼筋保護(hù)層厚度不宜小于50mm。

3　結(jié)語(yǔ)

該工程的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，依據(jù)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[3-4]，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，通過(guò)分析基礎(chǔ)資料確定樁的類型、樁的規(guī)格，估算樁的數(shù)量，樁的平面布置，驗(yàn)算樁的承載力，結(jié)果表明設(shè)計(jì)均滿足要求。

[1]陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]林宗元.巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

[3]GB50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[5]葉見(jiàn)曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M]：北京：人民交通出版社，2005.

TU973+.351

A

1673-1093（2015）12-0091-03

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.022

錢玲玲（1983），女，云南曲靖人，講師，從事工程地質(zhì)、巖土工程等專業(yè)的教學(xué)與研究工作。

2015-07-20；

2015-08-10