【摘要】水工建筑物的桩基础设计是否合理，对建筑结构安全、节约支出、工程造价意义重大，为此，本文结合实例，根据桩基础设计的内容，特别是桩基础设计中静载荷试验的重要意义及设计计算方法，以及桩基设计中桩型、桩长、桩径比的设计价值和具体设计计算方法，对小型水工建筑桩基础的设计问题进行分析。
【关键词】中小型水工建筑物；桩基础设计；设计实例
我国很多发生事故或存在病险需要再度修建的中小型水工建筑物，多建造于上世纪70年代前[1]，当时因为技术或设备等问题导致达不到设计标准，或者不满足设计要求，长期使用下又无后续完备的修缮措施，进而导致渗透后崩塌。
1 工程概况
该工程桩号11+715m～11+785m，肩负着两个自然县约2.5万亩农田的灌溉任务。于13年8月发生填方崩垮，缺口达112m²（长X深），造成经济损失近70万元。鉴于此，在多方的重视和努力下，充分了解了险情情况，并根据调查的资料，决定对其进行改建，改为钢筋混凝土筒支梁式渡槽，倒墙顶设置拉杆，采用矩形断面，上面用人行混凝土板进行铺装，具体资料如下。
1.1 水力资料 设计流量为1.92m³/s，轮灌时流量达到2.45 m³/s，糙率系数n=0.017。渡槽纵坡为l/500， 渠道纵坡为I/3000，上游渠道为1.96mx1.36m的过水断面。
1.2 建筑材料 槽身采用C20混凝土，其轴心抗压fc=9.6N/mm2，轴心抗拉ft=1.10 N/mm2，Ec=2..55 x104N/mm2；基础及桩柱采用C15混凝土，轴心抗压fc=7.2N/mm2，轴心抗拉ft=0.91N/mm2，Ec=2.20x104N/mm2；钢筋采用HPB235，fy=fy’=210N/mm2 ，ES=2.1x105 N/mm2 ；钢筋混凝土γ=25kN/m3.人群荷载 2.5kPa。风荷载0.35kPa。
2工程桩基础设计方案
桩基础设计主要包括以下几方面：①桩类型及几何尺寸；②单桩竖向及水平承力设计值；③桩数量、间距及布置方式；④桩基承载力及地基变形情况；⑤桩身结构设计；⑥承台设计；⑦桩基础施工图的绘制。本文根据该工程实际要求，从基础设计、荷载及桩柱配筋计算、桩柱水平及轴向承载力计算，以及桩下基础设计进行分析阐述。
2.1 基础设计
在桩基设计过程中，桩型、桩长，以及桩径比的设计十分重要。因为不同的桩型将直接影响成桩的质量，比如施工用料，进而影响施工的工期和成本。一般情况下，采用扩大桩侧表面积的方式，进而提升桩侧摩阻力承载能力，通过增加直径以提升桩端的阻力发挥。需要注意的是，桩侧表面积和桩端的表面积在总面积中所占的比重并不会对桩的总承载力造成影响。正常情况下，桩长比和桩侧摩阻力是成反比例关系，即随着桩长比的提升，桩侧摩阻力却会随着土层的加深而缩小。由此可见，随着桩长比的不断增加，桩侧摩阻力会达到一个极限值，并且趋于稳定。
2.2 桩柱水平及轴向承载力计算
确定桩的承载力是桩基设计的关键点和难点，本文根据该工程实例对轴线承载力计算如下：
轴向承载标准值： （1）；
上式中， 为桩端上承载力标准值，单位KPa，因软塑粘性土入土深度在5.2m～10.3m之间，故取值650kPa； 为桩身横截面面积，单位为m²；为桩身周边长度，单位m； 为桩身的周边长度，单位为m； 为桩周末阻力标准值，单位kPa，根据以往经验计算，即6.5米的厚液性指数为0.75，粘性土为17kPa，而3.0的厚液性指数为0.25，粘性土为38kPa； 为承台底面下的各层土地深度，本工程设计中，分别设计为6.5m和3m。
将上述数值代入公式（1），得出轴向承载的标准值約为975kN，显著大于P=195kN，设计满足要求。
针对桩柱水平的承载力计算，同样根据相应公式代入计算得出，结果亦符合要求，文中不再赘述。需引起注意的是，桩基础工程设计中，检验桩基础设计是否安全，是否经济价值最大，单桩承载力的荷载试验尤为重要，通常，其包括两部分，即桩自身结构可以承受的最大轴向荷载，以及地基土对桩的支撑能力，两个方面都很重要，可以理解为其间是互相分担、互相承受的关系[2]。
2.3 桩下基础设计
桩下基础设计也是桩基础设计中的重要环节，或是容易导致质量问题或是在实际施工中易忽视的环节[3]。根据以往桩基础设计经验，将本次工程的桩身轴力和桩沉降量进行计算。由于，本桩基础设计采用的是方形截面设计，故需将公式桩圆形截面进行相应的换算，具体公式如下：
，经公式计算得出桩身弹性压缩量，以及桩顶沉降值分别为 -.005 mm和-19.98 mm，故均取为0.
由上述计算可知，由于桩身7m时，其轴力已为负值，因此，柱下基础地基承载力和底板配筋设计已无必要，且桩柱筋亦无需继续向下配制，经计算，从承台以下土体中的配制深度经计算为3.82m，出于安全和成本的考虑，取4.5m。
结束语：
对于水工建筑桩基础设计，除上述内容外，在设计前，还需对工程的实际特点和具体要求进行分析，并综合考虑收集整理的岩土工程勘察、场地环境及施工条件等资料，以确保工程质量和使用寿命。
参考文献：
[1] 王燕.浅谈桩基础设计[J].四川建材，2015，41（3）：92-93.
[2] 代辉.CFG桩复合地基变形计算问题研究[D].郑州： 郑州大学，2014.