浅谈高层住宅混凝土预制桩基础优化设计管理

浅谈高层住宅混凝土预制桩基础优化设计管理
苏志远;杨驰
【摘要】高层住宅桩基分部工程建造成本占项目的总建造成本比重较大,因此,高层住宅的桩基设计对建筑物的成本影响较大.在满足结构安全性和实用性前提下,对桩基础设计进行科学的管理很有必要.本文根据工程案例设计管理总结提炼桩基础优化设计管理理念和思路的3个方案,并对其中的部分方案进行工程实践,对结果进行分析和评价,形成一套系统的管理理念,供建设各方参考.
【期刊名称】《建筑设计管理》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】4页(P79-82)
【关键词】高层住宅;桩基础;建造成本
【作者】苏志远;杨驰
【作者单位】上海中建申拓投资发展有限公司,上海201311;上海中建申拓投资发展有限公司,上海201311
【正文语种】中文
【中图分类】TU473.1+3
随着房地产业的发展和国家保障性住房政策的推动，近年来的高层住宅项目越来越多的使用高强混凝土预应力预制桩作为基础。

使用高强混凝土预应力桩基可以有效地提高天然地基的承载能力、满足高层建筑物上部荷载的要求，确保建筑物的设计质量和工程质量。

桩基设计的使用已日益普及，实现桩基承载力极大化是设计行业
形成的共识。

但对于项目建设单位的设计管理者来说，将这一理念付诸于项目结构设计管理中，仍缺乏系统的解读。

由于项目与地区条件和社会条件的关系极为密切，影响工程产品的技术效果和经济效果的因素也很多，关于项目采用何种基础设计方案以及如何确定基础选型，业内已有非常丰富和详细的研究。

本文针对在确定使用高强混凝土预制桩作为基础后，所进行的结构桩基优化设计管理。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）第8.5.5条规定：桩轴心竖
向力受压时单桩竖向力应符合公式：Qk≤Ra。

第8.5.6条规定单桩竖向承载力特征值Ra可通过单桩竖向静载荷试验确定。

在初
步设计时可按公式Ra=qpaAp∑qsiali+计算，其中qpa和qsia分别为桩端端阻力特征值、桩侧阻力特征值（kPa），是由当地静载荷试验结果统计分析算得。

而由于当前勘察设计规范和勘察技术的要求，目前的勘察主要采用钻探取土、原位测试（单桥静力触探试验、标准贯入试验）及室内水、土工试验相结合的综合勘察手段，高层住宅勘探孔按“之”字形布置。

受其局限，勘察结果无法详尽准确的反映工程地质特征，勘察结果偏保守。

因此，如可在工程设计前进行破坏性试桩或采用其他方法取得实际单桩极限承载力特征值或极大值，可以为地基设计提供有利的数据。

但这种方法由于要经历试桩施工期、静载期和试验期，需要耽搁较长的时间，建设单位在取得土地以后一般无法提供如此长的准备期，因此这种办法所用不多。

在施工图设计完成后，因建设单位需要一段时间来办理其他手续，因此有较充裕的时间进行试桩。

此时的试桩方案可进行破坏性试桩取得极限承载力；或以取得桩极限破坏前的单桩承载力为目标；也可在原桩长基础上结合土层分布及桩端进入持力层深度，适当减少桩长进行试桩。

第1种方案的优点是可以尽最大可能的取得单桩极限承载力值，充分利用试验结
果数据进行布桩，桩优化空间大；缺点是试桩已破坏，不能作为工程桩继续使用，试桩部分的桩基将浪费。

第2种方案的优点是试验桩能取得尽可能高的极限承载力特征值并可继续作为工
程桩使用，
避免了桩的浪费；缺点是取得的值并非单桩实际“极限”值。

第3种方案的优点是桩基无需重新布置，避免了2次设计和审图；缺点是所进行
的优化深度不足，优化量较小。

以上这3种方案如何选择由建设单位把控，应结合项目特点、工程选址地质条件、工期等因素综合考虑。

上海地区某两个住宅小区，相距一条城市次干道。

A住宅小区包括7栋18层住宅，B小区包括4栋12层~17层不等的住宅。

3.1 A小区桩基设计管理
3.1.1 勘察设计数据
A小区地质勘察设计所得土层分布，见表1。

勘察报告建议桩基选型，见表2。

3.1.2 设计选择
以1号楼为研究目标，该单体为18层住宅楼，根据地质勘察报告，设计单位在设计时选择了预应力空心混凝土方桩，规格为PHS-A400（250），桩长为31 m，桩端进入持力层深度为2 m，单桩竖向承载力设计值为1 400 kN，标准值为2 800 kN。

总桩数为116根，其中试桩数量为3根，桩长为35 m，单桩竖向承载
力设计值、标准值分别为1 450 kN、2 900 kN。

3.1.3 试桩方案
本项目因建设单位工期较紧，故选择试桩方案3，采用减少桩长进行试桩。

根据地勘报告，此号楼桩端进入的持力层为⑦1-2砂质粉土层，桩端进入持力层深度大于3 m。

故采用减少桩长2 m，即试桩长度为33 m进行试桩。

3.1.4 试桩数据
根据单桩竖向抗压静载荷试验，最大变形9.32 mm，残余变形5.21 mm，最大加载量达到2 900 kN，桩体未有破坏迹象。

表明，原工程桩长在减少2 m的情况下，其单桩竖向抗压承载力设计值和特征值均能满足结构设计要求，试桩成功，可进行优化。

该号楼所有工程桩均可相应减少2 m。

3.1.5 优化分析
原设计总桩长为20 111 m，通过此次优化，桩总数量节约1 395 m，高层住宅桩基数量和成本可节约6.9%，按桩成本约为138元/m，桩基施工费约为15元/m。

合计桩成本可节约153×1 395= 213 435元。

3.2 B小区桩基设计管理
3.2.1 勘察设计数据
B小区地质勘察设计所得土层分布，见表4。

3.2.2 设计选择
以3号楼为研究目标，为17层住宅楼。

根据地质勘察报告，设计单位在设计时选择了预应力空心混凝土方桩，规格为HKFZ-AB400（220），桩长为28 m和27 m，桩端进入持力层深度为2 m，单桩竖向承载力设计值为1 300 kN，标准值为
2 600 kN。

总桩数为183根，其中试桩数量为3根，桩长为31 m，单桩竖向承
载力设计值、标准值分别为1 350 kN、2 700 kN。

3.2.3 试桩方案
本项目因建设单位工期相对宽松，故选择试桩方案2，采用提高单桩承载力但不破坏桩体的方法进行试桩。

根据地勘报告，此号楼桩端进入的持力层为⑦1-2砂质粉土层，试桩长31 m，试桩最大加载量为不低于3 500 kN。

3.2.4 试桩数据
根据单桩竖向抗压静载荷试验，最大变形为15.47 mm~29.41 mm，残余变形最
大为9.75 mm，最大加载量不低于3 500 kN，桩体未有破坏迹象。

表明，原工程桩在提高单桩承载力设计值的情况下，桩体未破坏，单桩承载力设计值和标准值均可以得到提高，试桩成功，可进行优化。

该号楼所有工程桩单桩承载力标准值均可以提高至3 500 kN。

3.2.5 优化分析
根据试桩数据结果，设计进行了重新的桩位布置，原工程桩（除试桩）共180根，优化后重新布置的工程桩（除试桩）数量为138根。

按照同样的思路进行1-4号
楼的试桩优化，优化前后的桩位设计数量比较见表5。

通过此次优化，该项目可节约111根桩，节约米数3 118 m，节约比为
21.05%~38.89%，按桩成本约为138元/m，桩基施工费约为15元/m。

合计桩
成本可节约153×3 118=477 054元。

1）高层住宅桩基成本一般约占整个单体成本的30%，通过试桩可以大大节约桩基成本，从而降低建造成本。

2）不同的试桩方式，对桩基成本的节约效果明显不同。

根据实际工程案例，采用减少桩长的方式，可节约桩基成本6.9%，而采用提供单桩承载力的方式，可以节约桩基成本21.05%~38.89%，效果有明显的区别。

有理由相信，采用破坏性试桩，其单体抗压承载力设计值和标准值将有进一步提高。

3）试桩方案的选择受工程单体特点、场地条件、施工进度、体型系数等因素的影响有不同的区别，但桩基优化设计的基本理念应该是统一的。

【相关文献】
[1]陈辉.浅析超高层建筑桩基的设计与施工要点[J].中国非金属矿工业导刊，2008，（04）.
[2]曾友金，章为民.桩长和桩轴向抗压刚度对桩极限承载力发挥的影响[J].土工基础，2002，16（03）.
[3]张宏伟，杨彩晓.郑东新区某高层建筑地基基础方案比选[J].西部矿探工程，2006，（12）.
[4]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范.。