【提要】本文结合工程实例，对某高层住宅楼的桩基础设计进行了分析，供同行参考。
【关键词】 单桩承载力 嵌固端 沉降计算 锚固长度
1、 工程概况
某商品房，项目总占地面积24.9公顷，项目总建筑面积为579678.16平方米，其中地上建筑面积为483842.26平方米，地下建筑面积为95853.9平方米。本项目4个地块以及5个组团分组团建设，由52幢高层住宅楼，地上18层，地下一层，为纯剪力墙结构；多幢沿街商业、1幢农贸中心、四座地下车库，均为框架结构。
2、工程地质状况
该拟建场地内地基土均属第四纪全新世Q4至晚更新世Q3沉积土，，对此深度范围内揭遇的地基土，按其结构特征、土性不同和物理力学性质上的差异可划分为8个主要工程地质层，其中第①、③、⑧层又可进一步划分为若干个亚层。其地基土的构成和特征详见如下表一。场地内第②层褐黄色粉质粘土，土质较好，分布稳定，，可作为变电房、垃圾收集点等一层配套设施的天然地基持力层。第⑦、⑧1-2、⑧2-1层土质较好，可作为本工程住宅楼的桩基持力层、沿街商业配套公建、及地下车库的抗拔桩持力层。
3、基础设计
根据地质工程勘察院提供的岩土工程勘察报告，场地的抗震设防烈度为7度，所属的设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g，地基土属软弱土，场地类别为Ⅳ类。
3.1高层住宅的桩基设计
高层住宅为18层，建筑高度为52.200米，基础采用桩基础+地下室等厚度筏板型式。绝大部分高层住宅的持力层为第○7层砂质粉土层，但是在组团4，5地块第○7层砂质粉土层缺失，桩基持力层为⑧1-2层粉质粘土，下面以51#楼设计为例，桩位布置图 根据地基基础设计规范（DGJ08-11-2010）第7.2.4条
Rd=Rsk/γs+Rsp/γp=Up∑fsi li /γs+ fpAp/γp
选用PHC500的预应力管桩，桩长39m，单桩竖向极限承载力设计值：
Rd=Rsk/γs+Rsp/γp=Up∑fsi li /γs+ fpAp/γp
=0.5x3.14x（1.48x15+3.1x15+11.3x25+11.4x40+3.8x55+6.92x55）/2.164
+3.14x0.25x0.25x1400/1.234=1236.7KN
取整1200KN，桩长38米。
（2）桩基础设计
根据SATWE计算结果：荷载总值：F=144874KN ，地震作用下产生的总剪力设计值Qx=6493.8 KNn>F/Rd=144874/1230=120.7，考虑筏板的刚度，桩间距按3.5倍即1750mm尽量布置在剪力墙下。
（3）单桩水平承载力计算
Rhd = （0.75 α3 E I / Vx）χoa（基础规范F.0.1）
=0.75* 0.5118^3*96131.723/2.441*0.010 =52.8kN
验算地震作用桩基的水平承载力时，应将单桩水平承载力设计值乘以调整系数 1.25：
RhE = 1.25 * Rh = 1.25*52.8 = 66.0kNH0/n=6493.8 /126=51.5KN<66.0KN 满足要求。
图一 51#楼桩位布置图
3.2筏板的结构设计
（1）在确定筏板的板厚时，主要由桩的反力对底板的冲切来确定，除此之外，还要考虑基础的刚度和地基土之间的相互作用的影响，因为基础沉降的不均匀性荷载分布和地基土的不均匀性势必导致基础的不均匀沉降，若无法控制在允许范围内，则有必要增加基础底板的刚度。基础与地基土的相对刚度规定筏板基础的板厚由抗冲切和剪切来确定，而在抗冲切验算时必须减除冲切范围内的反力，基础与地基土的相对刚度对该反力的大小有一定程度的影响 当基础相对地基土有较大的刚度时，该反力会相对较小，因而由抗冲切确定的板厚会相对较大，反之基础板厚会相对较小。
（2）基础板的内力计算
①筏板基础的板厚通常较大，其空间受力性强，普通的薄板理论已不再适用，而应采用考虑板剪切变形的中厚板理论或三维实体单元来分析。②由于筏板基础的空间受力性强，按三维实体单元求得基础板的内力不仅有弯矩及剪力，而且有轴力，按该法求出的基础板的内力进行配筋计算时，应按偏心受拉或偏心受压构件进行计算。③本工程基础设计采用中国建筑科学研究院基础工程计算机辅助设计JCCAD（2010版）软件进行计算分析，在进行桩筏筏板有限元方法计算中比较采用二种计算模型：
1）弹性地基梁板模型 （桩和土按WINKLER模型）
当不考虑上部结构刚度对基础的影响时，计算结果显示边桩最大反力超过1.2倍的单桩承载力设计值，且筏板配筋局部变异比较大，与考虑上部结构刚度对基础的影响计算结果相比差异很大，证明此模型严重背离实际结构的工作状况，故而此结构必须考虑上部刚度影响.
2）倒楼盖模型（桩及土反力按刚性板假设求出）
对于纯剪力墙住宅结构体系，采用模型2的计算模型和早期的手工计算常采用的模型的受力特性比较接近，但倒楼盖模型的底板只是一块刚性板，没有考虑筏板的整体弯曲，计算结果显示，该计算模型计算结果偏于不安全。所以不建议采用倒楼盖计算模型。
3.3沉降计算
沉降计算是地基验算的重要组成部分，在筏板基础的结构设计中起重要作用。只要能对变形的计算参数合理取值，选用合适的计算方法，并根据地区经验作出修正，就仍能获得与实际情况较接近的总沉降计算值。
根据地基基础设计规范（DGJ08-11-2010）第7.4.2条 桩基最终沉降量采用以Mindlin应力计算公式为依据的单向压缩分层总和法计算，由JCCAD计算结果显示，沉降量 S=91.69 （mm），这个是符合当地类似工程的经验沉降数值的。 3.4基础施工应该注意的一些问题
（1）施工降水，施工中应将水位限制在基础板底以下，当建至地下室结构和上部结构的重量大于水浮力时方可停止降水，若建成后仍不能大于水浮力，则须采取抗浮设计。
（2）基础底板大体积混凝土浇筑，混凝土易产生收缩、裂缝，还有水化热产生。为防止不利影响，施工前要做好相应的施工方案措施，例如，底板分段施工，采用水化热较小的改性混凝土等等。
4、上部结构体系
（一）本工程基础设计采用中国建筑科学研究院结构空间有限元分析设计软件SATWE（2010
版）软件进行计算分析。下面就一些经常会遇到的一些参数的比较选择：
4.1对于嵌固端的选择，是选择地下室顶板还是基础底板？（以4，5 组团的51#楼为例）
当考虑地下室顶板作为结构的嵌固端时，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（简称《高
规》）5.3.7 条，刚度条件必须要满足：地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2，X 方向一层塔侧移刚度与地下室层相应塔侧移刚度的比值（剪切刚度）Ratx = 0.4318（<0.5）X 方向满足刚度比要求，Y 方向一层塔侧移刚度与地下室层相应塔侧移刚度的比值（剪切刚度） Raty =0.9525（>0.5），Y 方向不满足刚度比要求，所以该刚度条件不能满足；构造要求按
《高规》3.6.3 必须要满足：楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%，所以该基础结构不能得到很好的经济效益。对于本工程地下室顶板为上部结构嵌固部位，位于单体右侧由于自行车坡道，导致无法确保完全嵌固，水平荷载无法有效传递。这样会和实际取的基础计算模型有比较大的出入。
当考虑选择基础底板作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础刚度，有利于首层楼面结构
灵活布置，对于单体右侧自行车坡道或者首层楼面留有大孔洞都不影响结构计算的准确性。
从构造方面要求，地下室顶板只要满足普通地下室顶板厚度不宜小于160mm 的要求， 另
规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致，以基础底板作为嵌固端不会造成地
下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。
因此，本工程高层住宅楼采用基础底板作为结构的嵌固端。
4.2.活荷载折减
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006 版）表4.1.2 根据楼面活荷载的不同种类，
考虑从属面积和楼层数量两大因素而采用不同的折减系数。现行结构计算程序中，多数不具
备活荷载的分类功能，无法区分《荷载规范》表4.1.1 中第1（1）项与第1（2）～12 项，也就不可能真正的按《荷载规范》要求实现对不同活荷载的折减。使用程序计算时，对于楼板支承构件（如梁、柱、剪力墙及基础等），应按照《荷载规范》第4.1.2 条的规定考虑活荷载的折减系数，当程序无法直接计算时，应考虑区分不同的构件进行分步骤计算，且相应的计算结果只适合于特定的构件本身，此时应特别注意其它相关结构构件内力的不真实性，避免误用。例如设计楼面梁时，当取用相应的楼面荷载折减系数，并将调整后的楼面荷载值作为新的楼面荷载输入计算时，此时的计算内力及配筋仅用于楼面梁，对楼板、柱、墙等其它构件则内力不真实，故不能取用。
4.3关于偶然偏心和双向地震作用
《建筑抗震设计规范》第5.1.1 条第3 款规定：质量和刚度明显不对称的结构，应计入双
向水平地震作用下的扭转影响；对于质量和刚度分布明显不对称的结构，规范没有明确的规
定，一般情况下，抗规表3.4.3-1 和表3.4.3.-2 给出了平面不规则和竖向不规则的主要类型：
扭转不规则；凹凸不规则；楼板局部不连续；侧向刚度不规则；竖向抗侧力构件不连续；楼
层承载力突变；在不考虑偶然偏心的单向地震作用时，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2 倍，可判断为扭转不规则，结构的质量和刚度分布处于明显的不对称状态，此时应该计入双向地震影响。
目前进行的双向地震作用计算，只是在单向地震作用（两个方向分别计算）基础上简单的
再组合，不是真正意义上的按两个方向地震同时作用的计算。因而属于估算的性质。为避免
多重估算引起结构设计的巨大跳跃，在结构设计中往往对双向地震和偶然偏心不同事考虑。
一般情况下，双向地震和构件的双向偏心受压计算不同时考虑。
5经常的一些问题：
5.1根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010），二、三级抗震墙设置构造边缘构件的最大轴压比不能大于0.3，也即三级的抗震墙，当轴压比>0.3 时，应该设置约束边缘构件。当轴压比≤0.4 时，λv=0.12，当轴压比>0.4 时，λv=0.12，λv 为约束边缘构件的配箍特征值。
5.2剪力墙与平面外相交楼面梁刚接时，应确保楼面梁水平钢筋的锚固长度。在不影响建筑空间布置的前提下，设置壁柱是最行之有效的方法。当受建筑门窗洞口或者里面效果的限制情况下，尽量采用小直径的钢筋。
结语
综合以上情况结果表明，处理后复合地基承载力完全满足设计要求。现在工程已经进入
全面施工阶段，施工过程比较顺利，实际造价能控制在预测范围内。工程基本达到设计目的，较好地满足业主要求，取得良好的社会效益和经济效益，受到业主的好评。
参考文献
1 建筑抗震设计规范2010 版（GB50011-2010）
2.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）
3.建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）
4.高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）
5.建筑地基基础设计规范（广东省标准）（DBJ15-31-2003）
