于爽

摘 要：在高層建筑中，一個(gè)重要的組成部分就是樁基礎(chǔ)，高層建筑的結(jié)構(gòu)安全與樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)水平是息息相關(guān)的，會(huì)產(chǎn)生直接影響。文章主要從樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用的概況入手，對(duì)樁基礎(chǔ)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的必要性及高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析，從而全面提高高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ);高層建筑結(jié)構(gòu);簡(jiǎn)化;設(shè)計(jì)

一、引言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐在不斷加快，出現(xiàn)了越來(lái)越多的高層建筑。然而，當(dāng)前很多高層建筑在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面仍不夠完善，工程理論的研究要明顯的比工程實(shí)踐落后一些，而且要繼續(xù)深入研究樁土分擔(dān)荷載及其各部分的應(yīng)力計(jì)算。由于樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)水平關(guān)系到建筑安全，所以要求樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性及沉降性能必須良好，承受巨大荷載時(shí)仍然能確保高層建筑的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)的整個(gè)過(guò)程中，要嚴(yán)格勘察施工現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)計(jì)一個(gè)合理方案，以保證高層建筑的安全。

二、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用的概況

從高層建筑實(shí)際工程來(lái)看，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是一個(gè)基礎(chǔ)部分，只有在完成這部分施工后才能繼續(xù)開(kāi)展上層建筑的施工，而施工安全和質(zhì)量均與樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平有關(guān)，也影響到工程進(jìn)度。目前，應(yīng)用比較多的是豎向荷載作用下的樁基礎(chǔ)，樁與土兩者間會(huì)有相互作用產(chǎn)生，在很大程度上影響到樁基的設(shè)計(jì)。在過(guò)去的樁基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)中存在這樣的問(wèn)題，即：靜載試驗(yàn)和試樁的結(jié)果與設(shè)計(jì)的要求標(biāo)準(zhǔn)相距甚遠(yuǎn)。設(shè)計(jì)師調(diào)整了設(shè)計(jì)參數(shù)后，還想采取加密樁的方式進(jìn)一步調(diào)整，靜載的試驗(yàn)結(jié)果在這一情況的影響下會(huì)比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高出很多，盡管保證了安全性，但是提高了經(jīng)濟(jì)系數(shù)。應(yīng)不斷去改善這種矛盾現(xiàn)象，如果對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的范圍超過(guò)太多，則必須要重新試樁，然而要注意的是這一做法會(huì)導(dǎo)致建筑工程的工期被拖延，不利于工程進(jìn)行。但是也不應(yīng)該等靜載試驗(yàn)結(jié)果出來(lái)之后再去設(shè)計(jì)樁基，那樣不僅是對(duì)建設(shè)周期十分不利，還達(dá)不到建設(shè)的要求標(biāo)準(zhǔn)。為此，靜載試驗(yàn)與試樁設(shè)計(jì)之間的差距要如何縮短就成為當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題，同時(shí)為保證預(yù)估的各項(xiàng)參數(shù)與實(shí)際更接近，還需要更深入的對(duì)單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究。

三、樁基礎(chǔ)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的必要性

高層建筑是一項(xiàng)龐大的工程，其基礎(chǔ)部分起到較大的作用，需要基礎(chǔ)工程能承受較大的荷載，并且基礎(chǔ)埋置深。從現(xiàn)階段來(lái)看，人防工程或是地下停車場(chǎng)等結(jié)構(gòu)需求是大多數(shù)高層建筑都有的，基礎(chǔ)工程施工的過(guò)程中就應(yīng)該考慮材料的用量問(wèn)題，還應(yīng)用到復(fù)雜的施工技術(shù)，工期也很長(zhǎng)。此外，在建筑工程的后續(xù)應(yīng)用方面，整體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)所起到的作用是不得忽視的，承載力、沉降量、穩(wěn)定性等幾方面是整體選擇中首要考慮的因素，要提升樁基的整體承載力就不得不對(duì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式進(jìn)行不斷改進(jìn)。

要摒棄以往的設(shè)計(jì)形式，重新對(duì)高層建筑上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中要重視樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的重要性，對(duì)其做出科學(xué)分析和利用。同時(shí)按當(dāng)前的分析手段，有限設(shè)計(jì)形式能積極引導(dǎo)模型的應(yīng)用，同時(shí)還要適當(dāng)?shù)谋容^數(shù)值技術(shù)指標(biāo)，最終做到理論和實(shí)踐的統(tǒng)一。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)前并沒(méi)有太多可以在堅(jiān)硬巖石上直接建設(shè)的建筑，多數(shù)基礎(chǔ)工程采用的是箱形基礎(chǔ)、鋼筋混凝土片筏式基礎(chǔ)以及樁基礎(chǔ)。因樁基礎(chǔ)具有穩(wěn)定性好、承載力大、在沉降差較小的情況能保持均勻等優(yōu)勢(shì)，良好的性能在動(dòng)荷載方面也得到充分發(fā)揮。所以，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程中。

此外，高層建筑結(jié)構(gòu)中的上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)之間有相互作用力產(chǎn)生，這時(shí)就可以將樁、土以及結(jié)構(gòu)看作是一個(gè)整體來(lái)對(duì)待，采用有限元法來(lái)解決問(wèn)題。通過(guò)有限元數(shù)值模型來(lái)詳細(xì)的分析土體材料性質(zhì)的空間差異性、復(fù)雜的幾何邊界條件、力學(xué)響應(yīng)的非線性等一些問(wèn)題，利用數(shù)值技術(shù)模擬施工過(guò)程，模擬出可能會(huì)在施工中遇到的各種耦合性因素，并且在電算以及編程方面的效率都較強(qiáng)，由此也促使樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的工作量得到簡(jiǎn)化。

四、高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)對(duì)策

在高層建筑結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面，主要特征就是其復(fù)雜又特殊的設(shè)計(jì)形式。在設(shè)計(jì)的后續(xù)過(guò)程中，對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)的現(xiàn)有要求要充分考慮到，并且堅(jiān)持在應(yīng)用階段以實(shí)際情況為依據(jù)，詳細(xì)分析具體設(shè)計(jì)形式，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1、“樁土分離模式”簡(jiǎn)化

設(shè)計(jì)單樁時(shí)為了能達(dá)到簡(jiǎn)化目的，可以采用有限元的設(shè)計(jì)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)都忽視了樁土結(jié)構(gòu)間的相互作用，比如，通過(guò)對(duì)地基反力系數(shù)法的使用，可以對(duì)樁基起到一定的反作用，通過(guò)Winker 進(jìn)行假定，認(rèn)為其受到反力系數(shù)的單純影響，而有限元的各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)會(huì)在不同程度上影響著客觀存在的條件。將力學(xué)的線性形式作為基礎(chǔ)，為有效分析各類條件，同時(shí)還要綜合分析幾何邊界條件和土地材料的差異性質(zhì)，確保將存在的問(wèn)題都在短期內(nèi)解決好，這對(duì)二次開(kāi)發(fā)具有重要意義。現(xiàn)有的樁基設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和樁土分離形式都做出明確的規(guī)定，為了使設(shè)計(jì)更具有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，就要在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化處理單樁主要是劃分樁和土為兩個(gè)不同單元，而且是變化的，不是保持靜止的，還可以對(duì)該單元進(jìn)行細(xì)化。在將有限元應(yīng)用到單樁簡(jiǎn)化處理分析的過(guò)程中，要有效劃分單元數(shù)量，注意單元尺寸，從根本上提高工作效率。

2、“樁土復(fù)合模式”簡(jiǎn)化

在計(jì)算的過(guò)程中，采用有限元分析法，對(duì)樁的沉降和荷載關(guān)系進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化處理。在實(shí)際中，按照現(xiàn)有的規(guī)范處理形式，同時(shí)通過(guò)群樁基礎(chǔ)規(guī)范法，所計(jì)算出的沉降值要比荷載實(shí)際作用下的沉降值大很多。因此，要讓數(shù)值與簡(jiǎn)化處理系數(shù)的要求盡量更接近，同性平面就應(yīng)該選用垂直樁土的平面，而橫觀各向同性體則選用樁土三維結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于沉降反應(yīng)方面來(lái)說(shuō)，彈性模量和樁土材料的要求是不同的，要認(rèn)識(shí)到群樁上面作用荷載的特點(diǎn)是明顯區(qū)別于單樁靜力試樁的，應(yīng)及時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算形式。在工程實(shí)踐階段，模擬形式都非常精確，比規(guī)范要求更精準(zhǔn)一些，所以對(duì)工程實(shí)際測(cè)量指標(biāo)帶來(lái)直接影響，為了能更好的滿足后續(xù)結(jié)構(gòu)要求，有必要對(duì)其做簡(jiǎn)化處理，這對(duì)工程來(lái)說(shuō)具有重要意義。

3、確定抗壓承載力

一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，其基礎(chǔ)都是承載力和地基物理指標(biāo)這兩個(gè)因素。為了能夠有效的控制和評(píng)估承載力，就要結(jié)合實(shí)際承受力去分析各個(gè)指標(biāo)以及所存在的誤差。通過(guò)試驗(yàn)樁來(lái)設(shè)定和調(diào)整估算值，所以必須能達(dá)到整體的樁基設(shè)計(jì)形式要求，抗壓承載力也由此確定。

（1）試驗(yàn)樁

設(shè)計(jì)施工圖的過(guò)程中，樁基承載力和其他參數(shù)的取得都要靠靜載試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，靜載試驗(yàn)是一種被廣泛應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)前已經(jīng)有了明確的單樁極限承載力的指標(biāo)設(shè)計(jì)要求，因此，要按照實(shí)際的地質(zhì)形式來(lái)確定科學(xué)的檢驗(yàn)手段。

（2）試打樁

樁基形式分析作為施工前一項(xiàng)主要工作，相關(guān)施工人員在分析的過(guò)程中應(yīng)該將測(cè)定體系及變動(dòng)方式結(jié)合起來(lái)，以此為基礎(chǔ)，確保所獲得的數(shù)值是準(zhǔn)確又具體的。此外，設(shè)計(jì)形式在很大的程度上都會(huì)影響著管樁設(shè)計(jì)，所以對(duì)于誤差的控制采取的最佳辦法就是在測(cè)量階段運(yùn)用變動(dòng)測(cè)試的方式，保證誤差不超過(guò)15%。相比靜載試驗(yàn)形式來(lái)說(shuō)，該試驗(yàn)方式更具有優(yōu)勢(shì)，比如，周期短、成本低、應(yīng)用范圍廣等。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基礎(chǔ)工程在高層建筑中需要承受很大的荷載，其重要性是不容忽視的。而樁基礎(chǔ)是一種基礎(chǔ)工程施工形式，沉降性能好又有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于高層建筑中。所以，要簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)就顯得尤為重要，這對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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