（山东电力建设第三工程有限公司山东青岛266100）
摘要：总结科威特项目在国外标准体系下的桩基设计经验，从桩基地质承载力计算到桩身强度设计计算论述了桩基设计的过程和相关特点，以及在设计过程中采用的标准规范、计算软件等，为后续项目同类型桩基设计提出指导和建议。
关键词：钢护筒混凝土钻孔灌注桩、安全系数、地基水平反应模量、桩端约束、配筋
1.引言：
科威特阿祖南三期项目是由科威特水电部（MEW,全称MinistryofElectricityandWater，KUWAIT）投资兴建的燃气联合循环项目，电厂厂址位于科威特AzZour地区，科威特城向南约120Km。厂址北侧靠近科威特270号道路，西侧靠近科威特40号高速公路，该道路从南至北贯穿科威特全境，东临阿拉伯海湾，该项目的主要建/构筑物如余热锅炉、汽机房、汽轮机、水塔等采用桩基基础。
该论文的主要目的是通过该项目桩基选型、桩身设计等工作的回顾、梳理和总结，对后续类似项目及类似地质条件下同类型桩基设计及试验工作提供指导和借鉴。
2.论文正文：
2.1项目地质条件特点：
该项目位于沙漠平原地区，从地表以下7m左右由含泥量大约10%左右的细砂构成，SPT标贯击数N值大约在4-30之间，比较离散；在地下4m-7m层之间标贯击数普遍较小，基本在10以下；7m以下是致密的砂及少量粘土淤泥黏结固结形成的土层，在科威特地区该层称为“Gatch”，标贯击数N值大于50；该层一直延伸到石灰岩基岩，基岩层深度普遍非常深，超出勘孔深度，未做勘察。由于靠近海边，地下水位随潮位发生变化，一般在地表下2.2m-2.35m之间，地下水为海水，腐蚀性较强。
2.2基础类型选用：
根据项目地质勘测报告的建议，对于电厂重要设备及构筑物采用桩基础，主要包括汽轮发电机、汽机房、余热锅炉、机力通风冷却塔、变压器等。
桩基形式参照当地的常规做法，选择了钢护筒混凝土钻孔灌注桩，同时作者根据以往在沙特东部省桩基施工经验，确定选用600mm直径，深度不超过20m的桩型，20m为一节护筒高度，这样在施工中不需要再接长护筒，提高桩基施工效率，这种桩型在公司沙特项目应用时采用韩国BOWONLEE公司的螺旋钻孔方式（CFA）进行施工大约一个小时左右能够完成从钻孔到混凝土浇注全过程的工作，非常高效，桩身合格率也很高；结合设计方预估的对基础的设计承载力要求，选用了16m有效桩深的钢护筒混凝土灌注桩进行试桩试验，要求竖向抗压承载力达到1000KN以上，抗拔承载力200KN以上，水平承载力100KN以上。
2.3混凝土桩身强度设计计算及分析：
2.3.1安全系数在桩身设计中的考虑：
目前项目上通用做法是将根据桩土系统（pile-soilsystem）得出的理论设计值（AllowableCapacity）乘以安全系数FS作为桩身设计的需求强度（RequiredStrength），但是作者对此有不同的看法，安全系数的引进主要是考虑桩土系统（pile-soilsystem）相互作用机制中土质参数选用的离散性很大，桩身采用混凝土材料离散性在强度设计理论中的强度折减系数中已经考虑，且较之土质参数离散性较小，因此在正式桩基设计中桩身设计的需求强度（RequiredStrength）可以不乘以安全系数，但对试验桩来说，由于其桩身需要保证能够经受经过安全系数FS放大以后的受力，试验桩桩身的强度设计应该按照放大后的需求强度，这就导致了试验桩不同于正式桩的桩身配筋设计，这不同于目前项目上常用做法，即试验桩和工程桩应保持一致，可能很难被项目业主接受，但技术上是合理和可行的，值得在下一步工作中进行尝试和实践。
2.3.2桩身强度设计计算-参照美国标准ACI系列：
2.3.2.1截面参数：
现浇混凝土C35（圆柱体），抗压强度fc’=35Mpa，重度γ=25KN/m3；
混凝土保护层厚度c=75mm；
钢筋ASTMA615Grade60，屈服强度fy=420Mpa；
纵筋采用D25，直径Ф=25mm,桩基上半部分14根，下半部分7根；
螺旋箍筋采用D10mm,直径Ф=10mm,间距200mm；
2.3.3桩身配筋布置：
该项目的设计院在一开始按照其计算结果将桩身全长配置15根直径D25mm的纵向受力钢筋，这是非常不合理的。作者根据其桩身弯矩分布图发现，桩身在7m以下弯矩非常小，不需要配置如此多的纵向钢筋，且根据作者对设计院的设计参数按照本文上面所述进行了修正，提出纵向受弯钢筋减为14根，在7m以下从14根减半到7根，最终设计院接受该建议，每根桩基可减少钢筋用量278kg，按照整个项目1000根桩基考虑，可减少278吨的钢筋用量，按照当地钢筋价格3520元/吨（160第纳尔），可节省人民币100万元，有效地控制了桩基工程成本。
2.4桩基设计阶段几个注意的方面
a)桩基形式的选用应结合当地常用的施工工艺，在预估满足承载力要求的情况下选用当地常用的桩型，这样成桩速度快，质量控制有保证，所以应对项目所在地桩基施工进行充分调研，选择合理适用的桩基形式；
b)桩基承载力计算中安全系数FS选取，在项目合同没有明确规定的情况下，建议对摩擦力取2.0，端承取3.0，水平承载力取2.0；
c）桩水平承载力极限与桩端约束条件密切相关，FixedHead条件下，桩身插入桩冒应不小于3in，插入钢筋不小于锚固长度；
d）桩基承载力的安全系数是因为桩土系统（pile-soilsystem）中土质参数离散性较大而选取的，对于常用的混凝土桩身本身而言，安全系数没有意义,从理论上看，桩基试验是对土质参数在理论计算中假设值和相互作用机理的验证，而非对桩身本身的，所以试验桩和正式工程桩在桩身材料相关参数方面可以不同，如材料强度、配筋设计等等，但施工工艺和相关影响到相互作用机理的参数必须一致；
e)一般情况下，正式桩桩端约束采用FixedHead，而试验桩约束条件为FreeHead，因此正式桩基的水平承载力不能在桩身强度计算中简单考虑一个安全系数的放大来设计桩身，否则会非常保守，需要考虑两种约束条件下的转换；
f）基于e)条论述，在地质勘测阶段如果确定使用桩基，则需要地质勘测单位给出土层的地基水平反应模量nh，利用L-pile等软件做出拟使用桩型在FreeHead和FixedHead条件下桩身反应曲线，包括剪力-桩深、弯矩-桩深、位移-桩深等曲线，基于FixedHead情况下的曲线选用许用水平承载力，基于FreeHead曲线选用水平承载力试验值；
g)桩身设计需要进行受弯、受压和受剪等强度验算，并需要进行裂缝宽度验算，一般常规是试验桩和工程桩保持一致进行设计，即按照试验荷载条件下进行设计，理论上应在工程桩状态下校核，根据经验一般能够满足要求无需进行；如果正式桩和试验桩可以不一致，正式桩基设计应按照正常使用极限状态下（serviceload）的内力值放大1.33倍进行考虑，主要是考虑桩基设计承载力地震条件下可以提高33%；
h)进行受弯配筋计算时，当所配钢筋面积As大于1.33倍受力所需配筋面积Are时，也就是说fs<=0.66*fy，从经验来看，基本满足裂缝宽度计算需要；
i）桩身纵向钢筋设置取决于桩深受力弯矩，弯矩随桩深度增加不断变化，在桩深弯矩较小处，可适当减少桩身受力配筋，达到优化的目的；
j）桩基对沉降量及变形的要求：竖向抗压时，桩基允许沉降量按照ACI543-00中第2.1.2.1条中最严格的DavissonMethod(1972)定义为：0.15in+0.83%*桩身直径，也就是600mm灌注桩为8mm，这个是目前最为严格的标准，一般情况下，如若咨询师没有特别要求，可以考虑放大到不大于25mm；桩端水平位移限值在fixedhead条件下取6mm，Freehead条件下取25mm；
k）桩基试验目前通用的三个标准：抗压-ASTMD1143、抗拉-ASTMD3689、抗水平力-ASTMD3966。
参考文献：
[1]<FoundationAnalysis&Design–J.E.Bowles–5thEdn–McGrawHillPublishers>
[2]<PileFoundationAnalysisandDesign-H.G.Poulos&E.H.Davis1980〉