[摘 要]随着经济发展，城市中各类高层建筑拔地而起，作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。而高层基础往往采用桩基础，因此，如何选择合理的桩基础形式，对于保证安全，节约投资、降低造价起着举足轻重的作用。这就要求我们设计人员对每个建筑物的勘察报告进行仔细分析，选择一个最优化的基础方案。笔者就桩基础概念设计进行分析。
[关键词]桩基础设计；桩承裁力；变刚度调平设计
桩基础设计包括桩基方案的确定、具体计算、计算结果的分析和利用三个步骤，每一步都离不开基本概念。
1.桩基础概念设计定义
所谓桩基的概念设计就是将土力学概念、力学的概念、岩土性质的基本概念、地质演化的好坏、科学规律、地下水的渗流概念、各种施工工艺的特点、各种结构体系的特点、桩、土与结构的共同作用、当地的经验、经济因素等综合应用到桩基方案的确定中，称为桩基础的概念设计。概念设计分以下几部分：(1)利用基本概念确定拟设计桩基础关键控制点；(2)利用基本概念进行桩的设计和布置：(3)利用基本概念对计算结果进行分析，进一步优化基础方案；(4)利用基本概念解决工程中的一些疑难问题。
2.桩基础进行概念设计的必要性
桩基进行概念设计的必要性主要有以下几方面：
2.1目前桩基础中最主要的控制指标——基础变形不能较准确计算
桩基础的变形对整个结构安全是至关重要的，一旦出现问题很难处理，一些工程被迫拆毁，一些工程严重影响使用年限。这方面国内外的实例很多，虽然国内外特别是国内做了大量的研究、试验和计算分析，但目前国内相关规范只能依靠各自的计算方法和对应的统计的经验系数对理论计算结果进行修正，如《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002建议的经验系数0.30～0.50，新修订的《建筑桩基技术规范》建议的经验系数范围0.40～1.2。
2.2地基土变化多样，工程性质差异大且影响因素多
地基土是桩基础的载体，这是最基本的概念。但作为桩基础载体的地基土类别多样，工程性质各异，影响因素多，具体如下：
2.2.1受时间影响，表现在桩基础的沉降随时间增加：
2.2.2受施工工艺的影响：
2.2.3受地下水影响。
2.3桩的施工工艺多，且一直有新桩型的研发，桩型的选用和新桩型的判断依赖于基本概念
2.4桩基础工程涉及多个独立单位，出现问题时很难确定责任
目前有关桩基础的问题涉及地质勘查、基础设计、桩基施工、监理、桩基检测、承台施工六个部分，每部分都有对应的标准，且需上一部分验收合格后才能进行下一步工作，因此，一旦桩基础出现问题很难追究责任，特别使用中的建筑。因此在桩基础设计中，需要有总体概念，抓住关键点，避免工程事故发生。
3.桩基承载力的概念
3.1桩身材料强度
桩的承载力必须满足桩身材料强度要求，包括在竖向静载、偏心荷载、水平荷载、地震荷载及其他荷载作用下，传递到桩顶荷载效应必须满足桩身材料强度的要求。从广义上说，桩身材料强度也包括由于施工因素造成的灌注桩缩颈、断桩、预制桩的开裂，抗拔桩钢筋的锈蚀造成桩身材料强度不满足要求。
3.2桩的形状和截面形式
如上大下小的楔形桩、支(扩)盘桩的承载力明显高于等截面的桩。
3.3桩土的结合状态
桩土的结合状态好坏对桩的承载力具有很大的影响，很多情况下由于施工的原因造成桩土结合状态差，如由于泥浆的比重过大造成桩侧泥皮过厚，使桩身和桩侧土之间存在类似润滑剂的介质，桩身荷载因此不能有效地传递到桩侧土中，桩的承载力降幅较大，一些资料报告降幅可超过40％。类似的情况如泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣对承载力也有很大的影响。研究还显示相同的地质条件下，水泥土桩的侧阻力明显高于钢筋混凝土灌注桩，很大程度上在于水泥土和土的结构的结合状态要好与钢筋混凝土。近年来国内一些单位如中国建筑科学研究院地基所研究的水下干作业复合灌注桩(将水泥土桩和钢筋混凝土灌注桩结合在一起)及天津大学研发的劲芯搅拌桩(在水泥土桩中置入钢筋混凝土预制桩)等，很好地利用了水泥土桩侧摩阻力高的优点，实测数据显示相同地质条件、相同桩径(水泥土桩的直径和普通钢筋混凝土直径相等)、相同桩长的情况下，承载能力可提高40％左右。
3.4提高桩承载力的方法
桩的承载力的提高方法可从改善桩侧、桩端土性质，加强桩土结合等方面着手。
4.桩基础变形的概念
桩基变形的本质是桩侧、桩端土的变形，特别是桩端土的变形，也就是上部结构荷载借助于桩基传递到所影响范围内土所发生的变形，这是桩基变形最基本的概念。
4.1总沉降量
总沉降量的大小依赖于桩基荷载传递影响范围内土受力的水平，相同地质条件下，土受力的荷载水平越高，总沉降量越大。
4.2差异沉降量
差异沉降地质条件均匀的情况下，差异沉降的产生是由于桩基础范围内，不同区域土受力的荷载水平不一样，受荷载水平高的区域沉降量大，最终造成差异沉降的产生。
4.3倾斜、局部倾斜
倾斜、局部倾斜是由于建筑物一侧土受荷水平明显高于另一侧(也可能是一侧地基土的力学性质明显低于另一侧)使建筑物相对的两侧出现大的沉降差，表现成倾斜。
事实上，桩基础的变刚度调平设计的本质，是通过调整桩长、桩径、桩间距等来改变桩基础影响范围内的土，特别是桩端土的受荷载水平，使其尽可能均匀，达到减小差异沉降的目的。
5.桩基础变形设计的概念
了解桩基变形的本质和基本概念可以用来帮助进行桩基础变形的概念设计，具体可采用以下方法：
5.1增加桩长
增加桩长是减小桩基沉降量的最有效的方法，特别是一些复杂，对变形敏感的建筑物。因为在相同荷载作用下，桩越大，荷载传递的范围越大，桩侧、桩端土受荷水平越低。
5.2增加承台的面积
当与承台接触的土性质较好时，增加承台的面积能有效地减小总沉降量，特别是单桩基础。这里可用钉子做比喻，钉子没有钉帽或钉帽很小时，很容易被钉入木头内，但钉帽越大钉入木头越困难。
5.3增加上部结构和承台的刚度
此方法能减小差异沉降，如剪力墙结构由于自身刚度大，基础出现差异沉降均较小。
5.4采用变刚度调平设计
变刚度调平设计能有效地减小桩基础的差异沉降，其基本思路是以调整桩土支承刚度分布为主线，根据荷载、地质特征和上部结构布局，考虑相互作用效应，采取增强与弱化结合，减沉与增沉结合，刚柔并济，局部平衡，整体协调，实现差异沉降、承台(基础)内力和资料消耗的最小化，具体如下：
5.4.1根据建筑物体型、结构、荷载和地质条件，选择桩基、复合桩基、刚性桩复合地基，合理布局，调整桩土支承刚度分布，使之与荷载匹配。
5.4.2为减小各区位应力场的相互重叠对核心区有效刚度的削弱，桩上支承体布局宜做到竖向错位或水平拉开距离。采取长短桩结合，桩基与复合桩基结合，复合地基与天然地基结合以减小相互影响。
5.4.3对于主裙连体建筑，应按增强主体、弱化裙房的原则设计，裙房宜优先采用疏短桩基。
计算结果的分析和利用，基本概念是对计算结果进行合理的分析和判断，以进一步优化基础方案。由此分析看出，桩基的设计和相关的基本概念是密不可分的。
[参考文献]
[1]席宁中，桩端土刚度对桩侧阻力影响的实验研究及理论分析，中国建筑科学院博士研究生论文.
[2]中国有色金属工业总公司编写组，岩土工程施工方法，辽宁科技出版社.
[3]刘金波，等编，桩基工程手册，中国建筑工业出版社.
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