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【摘 要】通过对桩基竖向承载力计算分析入手，阐述在JCCAD中如何正确按规范要求布桩，同时指出了几种优化桩基设计的方法，对桩的选型做了简述，对承台、联系梁、承台梁、筏板的计算应注重的问题、构造做了一些总结。
【关键词】竖向承载力；JCCAD；桩基优化；桩型选择；承台、联系梁、承台梁、筏板
【中图分类号】TU470 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0245-01
0引言
桩基础具有整体性好，承载力高和沉降量小、结构布置灵活等优点，在结构设计中广为采用，尤其在高层建筑中应用更为普遍。而中国建筑科学院编制的PKPM基础CAD设计软件JCCAD是广大设计人员常用的软件之一。本文就如何安全、合理、经济的设计桩基础，并且正确使用JCCAD软件做一些分析，供设计人员参考。
1 桩基的竖向承载力计算与JCCAD中荷载的选择
根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008，桩基的竖向承载力计算应符合下列要求：（1）荷载效应标准组合：①轴心竖向力作用下Nk≤R；②偏心竖向力作用下除满足①还应满足Nk≤1.2R（2）地震作用效应和荷载效应标准组合：③轴心竖向力作用下NEk≤1.25R；④偏心豎向力作用下除满足③还应满足NEk≤1.5R。在上述条件下桩顶荷载值是逐渐增大的，同时桩的承载力也是逐渐增大的，设计中必须同时满足以上条件。那么什么情况下是轴心竖向力？什么情况下是偏心竖向力？可以做一整体假设：假如上部结构重心和基础形心重合，在荷载效应标准组合下以及竖向地震作用下上部结构对基础形心只有轴向力而无弯矩，即轴心作用；在风荷载以及水平地震作用下，有轴力也有弯矩，即偏心竖向力。整体而言：风荷载和水平地震作用在整体上并不改变建筑的重量，对基础只是产生剪力和弯矩。因此我们在布置桩时，一条最基本的原则就是：在满足①要求的同时，也满足②、③、④要求，尽量不要增加多余的桩来承担由于水平力产生的偏心竖向力。
2 桩基的优化
（1）活荷载折减。按照《建筑结构荷载规范》4.1.2条活荷载折减，把这一折减系数填在JCCAD中，程序默认系数为1.0，程序有自动折减选择，但这一折减系数仅针对荷载规范表4.1.1（1）项建筑类别，因此设计人员应根据建筑功能、层数选择合适的折减系数填入计算。
（2）对摩擦型桩基，符合《JGJ 94-2008》5.2.4条时，可考虑承台效应确定复合基桩的竖向承载力特征值，让承台下地基土承担一部分竖向力。
（3）在进行桩筏基础设计时，经常会出现地基反力大于单桩承载力的情况。此时可以通过调整基床反力系数K值，相应增加地基土所承担的反力值，但又不超过地基土的承载力，从而降低桩端反力，达到使其小于单桩承载力的目的。一般而言，地基土所承担的上部荷载值大概占10%左右。
（4）通过破坏试验确定单桩承载力设计值。桩基设计，一般先根据岩土工程勘察报告所提供的土层参数值估算单桩承载力设计值。根据这个估算的承载力设计值进行桩基础设计，然后再通过静载试验复核是否满足单桩承载力设计值。这样做，多数情况下桩的实际承载力大于设计值，有的甚至相差幅度较大。因此有条件时，建议桩采用破坏性实验，准确科学的确定单桩承载力设计值来进行桩基础设计，可以取得比较好的经济效益。
3 桩型的选择
桩型的选择应根据建筑物的使用要求、上部结构类型、荷载大小、工程地质情况、施工设备和条件及周围环境等因素综合考虑确定：
（1）预制桩适宜用于持力层层面起伏不大的强风化岩层、风化残积土层、砂层和碎石土层，且桩身穿过的土层主要为高、中压缩性黏性土层。所穿越土层中存在孤石或者从软塑土层突变到特别坚硬层的岩层，均不适宜采用预制桩。
（2）沉管灌注桩适宜用于持力层起伏较大，且桩身穿越的土层主要为高、中压缩性黏性土层。对于桩群密集，且为高灵敏度软土，则不适宜采取打入式沉管灌注桩，而且沉管灌注桩施工质量很不稳定，在工程中的应用受到限制。
（3）钻（冲）孔灌注桩使用范围最广，通常适宜用于持力层层面起伏较大，桩身穿越各类土层及夹层多、风化不均、软硬变化大的岩层。但钻（冲）孔灌注桩施工需要泥浆护壁，如施工现场受限制或者环境保护有特殊要求则不宜采用。
（4）人工挖孔桩适宜用于地下水埋藏较深，或者地下水埋藏较浅但能采用井点降水且持力层以上无流动性淤泥质的地层。成孔过程中可能出现流砂、涌水、涌泥的地质不宜采用人工挖孔桩。
4 承台、联系梁、承台梁、筏板的计算
（1）桩承台应满足受弯、受剪、受冲切、局部受压，承台厚度一般由受冲切控制，同时柱纵筋在承台内的直锚长度应满足《JGJ 94-2008》4.2.5条，且桩顶纵向主筋锚入承台内的长度应满足《JGJ 94-2008》4.2.4条。对双柱联合桩基承台，当两柱之间出现负弯矩时应设置暗梁或者在承台顶部配筋。
（2）承台与承台之间一般应设联系梁。联系梁的截面尺寸及配筋按下述方法确定：以柱剪力作用于梁端，按轴心受压构件确定其截面尺寸，宽度不宜小于250mm，高度一般为承台中心距的1/10～1/15；配筋则取与轴心受压相同的轴力，按轴心受拉构件计算。在抗震设防区也可取柱轴力的1/10为梁端拉压力确定截面尺寸及配筋。当联系梁上有隔墙时，联系梁按拉弯构件计算配筋，可以把计算的弯矩及轴力输入PKPM计算软件GJ模块快速计算。
（3）当采用剪力墙下设置承台梁，承台梁下布桩时，桩应尽量布置在墙下，以减少承台梁内力及配筋。承台梁计算经常出现抗剪、抗弯不足，一般都调整承台梁截面宽度、高度等，在条件允许的情况下，可以把地面以下至承台梁顶面的剪力墙墙肢加长，使独立的墙肢之间的距离缩短或者联系起来，增强承台梁与上部剪力墙刚度，使承台梁与相邻剪力墙共同工作，使之更有利于承受上部荷载产生的弯矩、剪力。应注意承台梁的计算应采用JCCAD里面的“桩筏筏板有限元计算”模块，而不是“基础梁板弹性地基梁法计算”模块。
（4）当采用桩筏基础时，应注重“变刚度调平”，在荷载较大处布置密桩、长桩、较大直径桩，改变桩基刚度使建筑物沉降均匀，从而降低筏板内力及配筋。筏板的配筋采用JCCAD里面的“桩筏筏板有限元计算”模块计算，筏板配筋局部较大时，可合理考虑上部结构刚度，考虑基础和上部结构共同工作，使基础刚度大大增大，从而增大抵抗上部结构传来不均匀荷载的能力，减少变形差，减少内力和配筋。
5 结束语
桩基工程是一项繁重而复杂的过程，在此过程中设计人员应在深刻理解规范的基础上，注重概念设计，选择合适的桩型，优化桩的布置方式，正确合理的使用计算软件，使上部结构荷载直接、有效、分散的传递到土中，统筹兼顾，从各方面使之合理化，做到“安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境”。
【关键词】竖向承载力；JCCAD；桩基优化；桩型选择；承台、联系梁、承台梁、筏板
【中图分类号】TU470 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0245-01
0引言
桩基础具有整体性好，承载力高和沉降量小、结构布置灵活等优点，在结构设计中广为采用，尤其在高层建筑中应用更为普遍。而中国建筑科学院编制的PKPM基础CAD设计软件JCCAD是广大设计人员常用的软件之一。本文就如何安全、合理、经济的设计桩基础，并且正确使用JCCAD软件做一些分析，供设计人员参考。
1 桩基的竖向承载力计算与JCCAD中荷载的选择
根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008，桩基的竖向承载力计算应符合下列要求：（1）荷载效应标准组合：①轴心竖向力作用下Nk≤R；②偏心竖向力作用下除满足①还应满足Nk≤1.2R（2）地震作用效应和荷载效应标准组合：③轴心竖向力作用下NEk≤1.25R；④偏心豎向力作用下除满足③还应满足NEk≤1.5R。在上述条件下桩顶荷载值是逐渐增大的，同时桩的承载力也是逐渐增大的，设计中必须同时满足以上条件。那么什么情况下是轴心竖向力？什么情况下是偏心竖向力？可以做一整体假设：假如上部结构重心和基础形心重合，在荷载效应标准组合下以及竖向地震作用下上部结构对基础形心只有轴向力而无弯矩，即轴心作用；在风荷载以及水平地震作用下，有轴力也有弯矩，即偏心竖向力。整体而言：风荷载和水平地震作用在整体上并不改变建筑的重量，对基础只是产生剪力和弯矩。因此我们在布置桩时，一条最基本的原则就是：在满足①要求的同时，也满足②、③、④要求，尽量不要增加多余的桩来承担由于水平力产生的偏心竖向力。
2 桩基的优化
（1）活荷载折减。按照《建筑结构荷载规范》4.1.2条活荷载折减，把这一折减系数填在JCCAD中，程序默认系数为1.0，程序有自动折减选择，但这一折减系数仅针对荷载规范表4.1.1（1）项建筑类别，因此设计人员应根据建筑功能、层数选择合适的折减系数填入计算。
（2）对摩擦型桩基，符合《JGJ 94-2008》5.2.4条时，可考虑承台效应确定复合基桩的竖向承载力特征值，让承台下地基土承担一部分竖向力。
（3）在进行桩筏基础设计时，经常会出现地基反力大于单桩承载力的情况。此时可以通过调整基床反力系数K值，相应增加地基土所承担的反力值，但又不超过地基土的承载力，从而降低桩端反力，达到使其小于单桩承载力的目的。一般而言，地基土所承担的上部荷载值大概占10%左右。
（4）通过破坏试验确定单桩承载力设计值。桩基设计，一般先根据岩土工程勘察报告所提供的土层参数值估算单桩承载力设计值。根据这个估算的承载力设计值进行桩基础设计，然后再通过静载试验复核是否满足单桩承载力设计值。这样做，多数情况下桩的实际承载力大于设计值，有的甚至相差幅度较大。因此有条件时，建议桩采用破坏性实验，准确科学的确定单桩承载力设计值来进行桩基础设计，可以取得比较好的经济效益。
3 桩型的选择
桩型的选择应根据建筑物的使用要求、上部结构类型、荷载大小、工程地质情况、施工设备和条件及周围环境等因素综合考虑确定：
（1）预制桩适宜用于持力层层面起伏不大的强风化岩层、风化残积土层、砂层和碎石土层，且桩身穿过的土层主要为高、中压缩性黏性土层。所穿越土层中存在孤石或者从软塑土层突变到特别坚硬层的岩层，均不适宜采用预制桩。
（2）沉管灌注桩适宜用于持力层起伏较大，且桩身穿越的土层主要为高、中压缩性黏性土层。对于桩群密集，且为高灵敏度软土，则不适宜采取打入式沉管灌注桩，而且沉管灌注桩施工质量很不稳定，在工程中的应用受到限制。
（3）钻（冲）孔灌注桩使用范围最广，通常适宜用于持力层层面起伏较大，桩身穿越各类土层及夹层多、风化不均、软硬变化大的岩层。但钻（冲）孔灌注桩施工需要泥浆护壁，如施工现场受限制或者环境保护有特殊要求则不宜采用。
（4）人工挖孔桩适宜用于地下水埋藏较深，或者地下水埋藏较浅但能采用井点降水且持力层以上无流动性淤泥质的地层。成孔过程中可能出现流砂、涌水、涌泥的地质不宜采用人工挖孔桩。
4 承台、联系梁、承台梁、筏板的计算
（1）桩承台应满足受弯、受剪、受冲切、局部受压，承台厚度一般由受冲切控制，同时柱纵筋在承台内的直锚长度应满足《JGJ 94-2008》4.2.5条，且桩顶纵向主筋锚入承台内的长度应满足《JGJ 94-2008》4.2.4条。对双柱联合桩基承台，当两柱之间出现负弯矩时应设置暗梁或者在承台顶部配筋。
（2）承台与承台之间一般应设联系梁。联系梁的截面尺寸及配筋按下述方法确定：以柱剪力作用于梁端，按轴心受压构件确定其截面尺寸，宽度不宜小于250mm，高度一般为承台中心距的1/10～1/15；配筋则取与轴心受压相同的轴力，按轴心受拉构件计算。在抗震设防区也可取柱轴力的1/10为梁端拉压力确定截面尺寸及配筋。当联系梁上有隔墙时，联系梁按拉弯构件计算配筋，可以把计算的弯矩及轴力输入PKPM计算软件GJ模块快速计算。
（3）当采用剪力墙下设置承台梁，承台梁下布桩时，桩应尽量布置在墙下，以减少承台梁内力及配筋。承台梁计算经常出现抗剪、抗弯不足，一般都调整承台梁截面宽度、高度等，在条件允许的情况下，可以把地面以下至承台梁顶面的剪力墙墙肢加长，使独立的墙肢之间的距离缩短或者联系起来，增强承台梁与上部剪力墙刚度，使承台梁与相邻剪力墙共同工作，使之更有利于承受上部荷载产生的弯矩、剪力。应注意承台梁的计算应采用JCCAD里面的“桩筏筏板有限元计算”模块，而不是“基础梁板弹性地基梁法计算”模块。
（4）当采用桩筏基础时，应注重“变刚度调平”，在荷载较大处布置密桩、长桩、较大直径桩，改变桩基刚度使建筑物沉降均匀，从而降低筏板内力及配筋。筏板的配筋采用JCCAD里面的“桩筏筏板有限元计算”模块计算，筏板配筋局部较大时，可合理考虑上部结构刚度，考虑基础和上部结构共同工作，使基础刚度大大增大，从而增大抵抗上部结构传来不均匀荷载的能力，减少变形差，减少内力和配筋。
5 结束语
桩基工程是一项繁重而复杂的过程，在此过程中设计人员应在深刻理解规范的基础上，注重概念设计，选择合适的桩型，优化桩的布置方式，正确合理的使用计算软件，使上部结构荷载直接、有效、分散的传递到土中，统筹兼顾，从各方面使之合理化，做到“安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境”。