章长乐
安徽省城乡规划设计研究院安徽合肥230022
摘要：基础设计是整个建筑工程设计的重中之重，基础具有很强的隐蔽性和难于补救性的特点，所以基础设计不能出现丝毫差错。《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008（以下简称《桩规》）、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（以下简称《地规》）对建筑工程桩基础竖向抗压承载力计算均有较为全面、详细的条文及计算公式，每一个设计人员均应能够准确理解和运用这些规范条文及公式，桩基础设计方能做到“安全适用、技术先进、经济合理”。笔者通过大量的工程设计经验及所审查的设计图纸，整理和分析不同桩基竖向抗压承载力的计算方法及注意事项，供建筑工程设计人员参考和借鉴。
关键词：桩基础；抗压承载力；工程
一、前言
建筑工程桩基础设计是结构设计的难点之一，每一个单体工程所处的地理位置有异，设计人员需根据提供的地质报告及建筑结构条件并通过工程经验方能合理地选择所需要的桩型。在本人审查的大量设计图纸中，桩基参数选取不合理甚至是错误的现象时有发生，严重危及建筑工程基础安全。规范是根本，我们必须以规范为准绳，通过分析、比较、计算方能准确地确定基础形式及截面尺寸并运用于工程设计。以下就几种经常遇到的容易忽视或容易计算错误的桩基础如何计算其竖向抗压承载力来进行详细分析。
二、考虑承台效应的复合基桩竖向抗压承载力特征值计算。
《桩规》第5.2.5条给出了明确的计算方法及公式，不考虑地震作用时R=Ra+ηcfakAc。式中最难理解的是ηc值，也就是我们经常考虑的天然地基贡献的比例（一般情况下，按《桩规》表5.2.5计算后所用天然地基承载力比例都不会太大，尽量控制在25%以内为妥），它与桩中心距与桩径之比以及承台宽度与桩长之比有关，对于柱下独立承台及条形承台其承担的上部荷载确实很小，设计时一般可不考虑，但是对于桩上满布筏板基础，其承担的上部荷载比例就不能忽视，从经济角度考虑，若天然地基持力层较好时，尽量考虑，即我们所说的桩筏基础。fak值是承台下1/2承台宽度（指承台较小方向尺寸宽度）且不超过5m的深度范围内各土层的地基承载力特征值按厚度加权的平均值，即fak=（d1fak1+d2fak2+……+dnfakn）/（d1+d2+……dn）；再算出Ac值（bxl）和Ra值，R值就可以轻松计算出来了。这里要注意规范该条所说的几种特殊土层不应考虑承台效应，即ηc=0的情况。
考虑桩基承台效应的还有一种基础形式叫“软土地基减沉复合疏桩基础”，这种基础一般用于软土地区多层建筑，其特点是天然地基承载力基本满足上部结构荷载设计要求，但沉降过大，为了控制建筑物沉降，需要设置穿过软土层进入相对较好土层的疏布摩擦桩，由桩和桩间土共同分担荷载。具体参见《桩规》第5.6条，由于该条不难计算，本文就不赘述了。
三、大直径桩单桩竖向抗压承载力特征值计算。
《桩规》第5.3.6条给出了经验计算公式：Ra=u∑ψsiqsiali+ψpqpaAp。这里qsia、qpa地质报告一般都会提供，但对于扩底桩而言，其扩大头高度及变截面以上2d长度范围不计侧阻力，这点很多设计人员经常忽视，造成桩基承载力计算值偏大，不安全；对于桩长较短、桩底持力层为坚硬的中风化岩或微风化岩，不宜考虑侧阻，按端承桩设计。u值为桩身周长，对于人工挖孔桩而言，当桩护壁混凝土强度等级不小于桩身且护壁混凝土振捣密实时，桩身周长可按护壁外直径计算。该公式最难把握的就是ψsi、ψp值，《桩规》表5.3.6-2给出了各种土层相应的计算公式，但没有给出各类风化岩类土层该值如何确定，我们可以参照《地规》第5.2.4条，强风化岩和全风化岩可参照所风化成的相应土类取值计算，对于中风化岩或微风化岩层一般不修正（即ψsi、ψp值取1计算）。
对于桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力（特征值为该值/2）可按《桩规》第5.3.9条设计。式中frk值一般由地质报告提供，这里应特别注意ζr取值，它与岩石的坚硬程度有关，岩石的坚硬程度划分具体要参照《地规》第4.1.3条。
四、桩基负摩阻力计算。
当庄周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。我们常见的场地上层有较厚松散的新近填土、由于降水使庄周土有效应力增大并产生显著压缩沉降的等等均需考虑庄周负摩阻力。对于摩擦型基桩需满足Nk≤Ra，此时可取桩身计算中性点以上侧阻为零；对于端承桩，除需满足上式要求外还需满足Nk+Qg≤Ra（Qg为负摩阻引起基桩的下拉荷载）。这里就需要计算中性点ln，ln=ψlo，ψ值查找《桩规》表5.4.4-2具体数值即可。在审查设计图纸时，经常遇到设计人员端承桩没有考虑下拉荷载的情况，导致Ra取值过小，还有就是不计算中性点ln深度，笼统按软弱土或新近填土厚度计算出的负摩阻力直接代入公式计算Ra值，这些都是错误的，严重影响建筑物安全。对于负摩阻引起基桩的下拉荷载Qg值应按《桩规》第5.4.4条计算，其计算较为复杂，宜通过具体实测值设计，一般地质报告都提供具体负摩阻qsi值，直接代入摩阻力公式计算出下拉荷载Qg值即可。
五．由桩身混凝土强度控制桩基础竖向抗压承载力计算。
单桩竖向抗压承载力特征值尚需满足桩身混凝土强度要求，即以上各式计算出来的Ra值不应大于N/1.35（N为荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值，没有考虑桩压屈影响）。《桩规》第5.8.2条给出了考虑受压钢筋和纯混凝土受压的具体计算公式，其中ψc值《桩规》第5.8.3条与《地规》第8.5.11条规定值差异较大，由于《地规》为新近版本规范，建议此值按《地规》第8.5.11条取值计算较为合理。这里特别注意预应力混凝土管桩设计，一般我们都参照国标图集10G409，其中桩身轴心受压承载力设计值（未考虑压屈影响）不宜参照该图集给出的限值，宜按《地规》第8.5.11条进行核算。
六、结束语
建筑工程桩基种类繁多，对于每一种桩基规范都给出了具体的竖向承载力计算公式，如何正确理解和熟练运用规范条文和公式，是每一个设计人员必须面对的问题，有时往往一个不经意的参数选取错误，都会对桩基竖向承载力产生很大影响，造成桩基设计不安全或浪费。限于篇幅，本文只给出了常用的、设计人员容易出错或难于理解的几种桩基承载力计算方法及注意事项，仅供设计人员参考。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
[2]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）