张亮亮

(山西约翰芬雷华能设计工程有限公司，山西 太原 030000)

钢筋混凝土灌注桩具有安全适用、经济合理等优点，近年来获得了广泛的应用，作者通过这几年完成的几项采用人工挖孔灌注桩工程的设计，并结合 JGJ 94-2008建筑桩基技术规范，GB 50010-2010混凝土结构设计规范(以下简称《规范》)的有关规定，对柱下单桩承台及连系梁的受力状况和设计要点进行了总结，简述如下。

1 承台

《规范》及《建筑地基基础计算手册》对柱下单桩承台都缺少理论分析和设计的规定。规范没有明确单桩基础必须设置承台，但其实承台处受力复杂，而承台恰恰可以把这些力传递到桩的顶部。

1.1 承台的功能

桩顶部承担的柱子底部和基础梁端的内力均很大，同时还是桩与柱子、梁的交点，是刚度突变、杆件断裂的不利部位，也是上部结构与桩的分界点，此位置容易产生应力集中。为避免桩身顶部遭到破坏，需要采取一定的加强措施，而承台的主要作用就是加强薄弱位置，避免应力集中而产生桩顶部破坏。

1.2 承台的受力分析

桩顶部是一个受力比较复杂的节点区。通过分析，结果表明其主要是受压应力和剪力的作用，破坏形式为“剪压破坏”。

图1 桩顶部受力详图

如图1所示，可以看出承台承担着三部分的荷载:

1)上部结构(柱子)传来的力。包括轴力Nc，弯矩Mc和剪力Vc;2)基础梁传来的力。包括轴向力 Nb1，Nb2，弯矩 Mb1，Mb2，剪力Vb1，Vb2;3)桩的反力。

1.3 承台的设计

1.3.1 承台与桩身和柱子采用固接

承台与桩身和柱子采用固接的原因如下:

1)传递桩端弯矩的需要:只有桩、桩承台、柱子三者间采用固接，才能够将柱底弯矩传递到桩身。2)结构计算的需要:结构计算时我们假定上部结构与基础固接，桩、桩承台、柱子三者之间应采用固接。3)抵抗水平荷载的需要:桩、桩承台、柱子三者间采用固接可以有效减少桩顶的水平位移，提高桩抵抗水平力的能力。

对桩与承台，柱与承台的连接构造，《规范》中规定:桩顶及上部结构柱子的纵向主筋锚入承台内的长度不宜小于35倍的纵向主筋直径。对于抗拔桩，桩顶纵向主筋的锚固长度应按现行国家标准《规范》确定。详见图2。

图2 承台内钢筋锚固详图

柱下独立桩基承台的最小宽度不应小于500 mm，边桩中心至承台边缘的距离不应小于150 mm，详见图3。

图3 单桩承台示意图

1.3.2 桩身应嵌入承台内

为防止桩身与承台连接不紧密，造成剪切破坏，需要把桩身嵌入承台一定的深度。《规范》第4.2.4第1条中规定:桩嵌入承台内的长度对中等直径桩不宜小于50 mm;对大直径桩不宜小于100 mm。

1.3.3 承台的刚度

由于承台是多个杆件汇集的节点，是把上部荷载传递给桩顶部的构件，为了可靠地连接柱子、连系梁及桩身，承台必须保证自身的刚度及尺寸，参照《规范》第4.2.1条规定，承台构造尺寸见图3。

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1.3.4 承台的混凝土强度等级

混凝土强度等级主要满足以下两个因素:1)满足计算和构造的要求。计算要满足局部承压的要求。2)满足施工的需要。为了方便施工，承台宜与连系梁、桩身或柱为同一等级混凝土，减少混凝土等级的种类。通常情况下采用C25，C30。

1.3.5 承台的配筋要求

承台的钢筋理论上应该根据实际受力的需要进行配置，且有以下计算要求:1)承台的顶面底面均需配置双向钢筋。计算时应考虑上部结构柱子传来的竖向力(见图4a))。2)在对承台侧面的受拉钢筋及箍筋进行计算时，应考虑上部结构柱子传来的弯矩及剪力，按抗弯剪计算并配置钢筋(见图4b))。3)承台还承担着连系梁传来的弯矩、剪力，也需按抗弯剪计算，并配置承台侧面的受拉钢筋及箍筋(见图4b))。实际设计中，承台本身的刚度比与其连接的构件要大，计算出的配筋量一般都比较小，但设计时一般要满足最小配筋率的要求，主筋直径不应小于12。承台的配筋构造详见图4c)。

图4 承台配筋示意图

对于柱下单桩基础，冲切不是影响承台尺寸及配筋的因素，可不予考虑。

2 连系梁

《规范》第4.2.6第3条规定:“有抗震设防要求的柱下桩基承台，宜沿两个主轴方向设置连系梁”。

2.1 连系梁的功能

1)承托上部墙体荷载，将其传给承台，通过承台传入桩身。2)整体现浇的连系梁与承台能调整各桩间的不均匀沉降。3)协调各桩之间的水平力，使桩顶水平位移大致相等，防止个别桩因水平承载力不足而导致破坏。4)承担一部分桩底不平衡弯矩。

以上四个作用除第一个是一般的基础梁都具有的功能外，其余三个均是连系梁特有的功能。

2.2 连系梁的位置

1)梁底与承台底部平齐。我国上海、浙江等地采用此方法。这种方法传力明确，施工较为方便。缺点是梁底部的钢筋不能直接通过承台，受伸入承台的桩头的影响。

2)梁置于承台中部。当实际工程允许时，应采用这种布置，其优点是传力更为明确，同时解决了钢筋干扰的问题。不足之处是当梁高不同时，梁底不在同一标高上，给施工带来不便。

3)梁顶与承台顶面平齐。《规范》中采用了梁顶与承台顶面平齐的方法。具有1)的优点，传力明确，同时也与2)的不足之处相同，施工不便，梁顶部纵向钢筋与承台顶部主筋也互相干扰。

实际施工中得出方法3)相对来说施工较为便利。

2.3 连系梁的计算

计算方法有以下三种:

1)将上部直接承托的墙体的荷载全部布置于连系梁上，按多跨连续梁或者简支梁分析计算。

2)将连系梁看作过梁进行计算。在砌体结构中，过梁的计算考虑了上部墙体的共同作用。

3)按倒置弹性地基梁计算。把连系梁上部的墙体看作弹性地基基础，桩顶的反力则视为外力。

方法1)没有考虑墙体与梁共同作用，偏向于保守;按过梁计算是建立在墙体充分发挥拱效应的情况下，偏向于不安全;实际工程中通常采用倒置弹性地基梁的方法。