建筑结构中桩基础设计探究

随着我国经济的高速发展，各座城市的高楼大厦纷纷拔地而起，而桩基础是高层建筑的基础部分，在建筑工程当中占有很重要的作用。在这以高层建筑为主体的时代，桩基础的设计显得尤为重要。所以需要谨慎、认真地选择合理的桩基础形式，这是高层建筑结构安全性、经济性的重要保障。但是桩基础的设计往往不是那么容易的事，经常在进行长时间地分析后得出的结果还是非常不理想，与实际情况仍然有很大的出入。所以，需要对桩基础进行简化的分析。接下来，笔者会先对高层建筑中桩基础的设计和施工中存在的问题进行分析，再对其设计形式以及设计方法进行研究。
一、桩基础的设计和施工中存在的问题
首先来讨论一下桩基础的设计方面的问题。其实其中最大的问题就是高层建筑结构桩基础的理论研究与实践应用并没有很好地结合，出现脱节的现象。其实对于桩基础的研究已经有很长的时间了，早在上世纪中期，就有桩基础的相关研究成果问世。而且，世界的科学技术在不断地发展，关于计算的方法层出不穷，各式各样。尽管有很多岩土工程科学家进行了一系列有效的模型试验和工程检测等，但是理论的成果并不能很好地在实践中得到运用。往往在进行桩基工程静载实验的时候，结果与试桩设计相差甚远，不能达到设计的要求。当出现这种情况的时候，设计人员往往通过修改设计参数或者桩基的设计图纸作为补救措施，但这样的做法使得得到的结果与设计差别太大。尽管在安全性方面得到了保证，却使经济效益大打折扣。这种情况的出现需要采取优化措施，如果结果真的超出设计太多，就需要进行第二次的试桩，造成整个工程的工期延长。接下来就是在实际的建筑结构桩基础的施工过程中，非常容易出现设计出来的桩长与实际施工的桩长不太相符的问题。
这个问题非常严重，需要及时地处理好，不然就会阻碍施工进度，影响工程质量。在施工的过程中，一旦发现这种情况，需要立即停止施打，仔细检查出现问题的原因。这里有两种可能性的情况存在。第一，可能是持力层的起伏太大，造成在施工的过程中现场的施工单位双控比较困难。与此同时，又由于勘察的手段使用得不太合理或者是取样桩间距太大，造成了对持力层的起伏不明确，所以，设计要求必须要采用双控。但是在面对实际施工的时候，对桩基础进行施工的单位还是很难把握的，时常会有锤击贯入深度或者是油压值达标，但是设计的深度却不够；或者是控制设计的深度可以达到，但是锤击贯入深度或是油压值不能达标。这样导致的结果就是桩长跟实际的不相符合。第二就是地质报告出现错误，在地质勘察的报告中有些参数是不准确的，使得一些勘察单位所提供的参数过高。如果设计单位根据这份有误差的参数进行桩基础的设计工作，就十分可能出现设计单桩承载力和实际施工出现误差的情况。
二、建筑结构中桩基础的设计形式和方法
在建筑工程施工的过程中，怎样去更加合理地选择桩基础的形式是一件很重要的事情，因为它可以有效地保证施工过程的安全性以及合理地加快建筑工程施工的进度，同时可以有效地降低建筑工程的过程成本，对于整个建筑工程的顺利进行起着促进作用。所以，在建筑的桩基础施工过程里面，需要很慎重地选择桩型，并对桩基础进行合理设计。这项工作的开展必须建立在对工程地形的有效勘探与分析上。下面来具体举一个实例，可以更好地理解：某市的一个旧城改造项目，项目所要改造的是一个6层的砖混结构建筑，项目开工前对其地质进行了严格的勘察，据地质勘测的报告显示，它的地质条件是：几乎整个建筑场地上面分布着厚度约0.50m-0.60m的不均匀黏土层。根据其建筑场地的地质，通过相关地质条件的研究与分析发现，这个建筑工程不适合浅基础，并且也不适合进行换土回填。所以，对这个建筑项目来说，桩基础的应用是比较合理的选择。
除此以外，还需要考虑的是这是一项旧城改造项目，在改造建筑的周围有许多居民区存在，居住人员比较密集。所以如果采用钻孔灌注桩或是锤击灌注桩都会给周边居民的日常生活带来一定的影响。但是如果应用桩基础，则可以发现人工进行挖孔桩具备造价低廉、环境污染小、噪音小以及施工方便等等一系列的优越条件，所以最终决定采用人工挖孔桩。由这个例子就可以很好地理解笔者上面所提到的选择好的桩型是一件很重要的事情，对建筑工程的施工的顺利进行有着重要的意义。对于建筑结构中桩基础的设计方法来说，是需要进行简化的。首先可以采用“桩土分离模式”进行单桩的简化。这里笔者想要强调的是通过采用有限元模拟来进行单桩分析，这是一项很有效的手段，在建筑工程里面得到了广泛的应用。之所以可以通过有限元来达到简化的目的是因为在以前的结构设计计算方法都会不同程度回避桩土结构间的相互作用力。但是有限元却可以进行综合考虑这些客观存在的事实条件，对土地材料性质的空间差异、较为复杂的几何边界条件进行以及力学响应的非线性等都可以进行综合的分析。
它不仅仅在解力学问题方面操作简便，并且可以进行二次开发，相对于传统的计算方式，可以说更为优秀。所以，对单桩的简化工作就是采取将桩和土分别划分单元的方法。对于群桩的简化可以采用“桩土复合模式”，通过桩土复合模式进行有限元的分析，也就是将桩土等效连续化处理，桩弥散于土当中，将群桩基础视作桩土合一的复合材料。采取这样做法是为了在进行有限元的分析的时候，可以将单元划分的尺度取较大的数值，这样就可以减少单元的数量，从而有效地提高有限元分析法的实用性和可操作性。
三、总结
桩基础是现在应用最为广泛的基础形式，在软弱地基上它的优势是别的基础形式无法比的。希望相关的工作人员可以进一步结合理论知识，并敢于实践，为高层建筑结构中桩基础的工程作出一定的贡献。
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