本工程在建设过程中,随着上部荷载的增加,桩顶压力与土压力逐渐增大,桩尖亦有一定的刺入位移(例如施工至第三层时,沉降值为1.67mm ),说明桩、土、筏能共同作用,本工程的基础设计是成功的。

2、桩与筏的荷载分担是一个复杂问题,它涉及诸多影响因素,如地基条件,孔隙水消散、施工方法、桩的数量、桩的间距、桩长与压缩性以及上部结构刚度等等。根据福州地区近二十座工程的实测资料,其基础底板的荷载分担比在15%-35%之间,本工程在装修阶段所测得的土压力值为71.49kpa ,计算其筏板分担比为71.49×1279/326236=28%,也在此范围之内。

3、采用同济启明星计算软件SCPF v2.0,它基于以边界积分法为基础,以Mindlin 应力解作为初始基本解,并引入沉降调整系数,较符合桩筏基础共同受力的特性。用分层总和法计算地基变形也较好地反映基底下不同土层的变化特性。该设计方法在上海经过大量工程的检验,获得了许多成熟的经验,并已广泛使用。SCPF v2.0软件在本工程中应用,尽管因不同地区地质条件及地基上的差异性,与测试数据相比仍有一定的误差,但仍不失为福州地区设计高层建筑

基础首选的方法,尚需在今后有更多的工程实践和经历一

段检验与反复修正的调整阶段。

必须注意的是,该程序在计算中具有“专家选项”的功能,点击该按钮,可在对话框设置“桩基土弹性模量系数”,即E s /E 1-2及“单桩极限承载力”,以便根据本地区实际的地质情况,修改计算参数。

4、在福州地区的地质条件下,采用桩筏与地基的共同作用理论设计基础,由于充分利用了地基土的承载力,可以降低基础的工程造价,缩短工期,具有显著的经济效益和社会效益。以本工程为例,常规的基础设计需要的桩数为3根,桩基造价112.3万元,桩基部分所含建筑物每平方米造价为70.2元/m 2。而考虑桩筏土共同作用设计的桩基,仅需桩数232根,桩基造价75.2万元,每平方米造价为47元/m 2,经济效益是显著的,可节省桩基造价25%-30%左右。

参考文献

[1]董建国、赵锡宏　高层建筑地基基础———共同工作理论与实践　同济大学出版社　1997年

[2]杨敏、艾智勇　沉降控制设计桩基础的理论、方法与计算　同济大学地下建筑与工程系　1997年[3]同济启明星SCPF v2.0用户手册及理论方法　上海同济大学地下建筑与工程系1998年[4]宰金珉宰金璋　高层建筑分析与设计———土与结构物共同作用的理论与应用　中国建筑工业出版社1993

・地基基础・

按沉降变形控制设计桩基础

杨建峰　林颖孜　张善庆　(福建省建筑设计研究院　350001)

提要:在基础设计中,根据工程的特点及工程地质条件,按沉降变形控制设计桩基础。采用桩-土-筏板共同作用的模型,降低基础造价,取得了较明显的经济效益。

关键词:沉降　复合基础　桩-土—筏板共同作用

To Design Piles Foundation By Controlling Subsidence And Deform ation

Y ang Jian feng 　Lin Y ingzhi 　Zhang Shangqing (Fujian Architectural Design &Research Institute 　350001)

Abstract :On foundation design ,according to the feature and geological situation of each project ,piles foundation is designed by the controlling of subsidence and deformation.By using the combined action m ould of piles ,s oil and raft ,the building reduces it ’s foundation costs ,thus ,gains it ’s outstanding econonic benefit.

K eyw orks :Subsidence 　C om posite foundation 　C ombined action of piles 　s oil and raft

　　一、工程概况

某住宅为一幢八层半框架结构的建筑物,建筑平面尺寸为50.6m ×16.7m 。底层为开敞的停车间,建筑总高为24.8m 。

二、工程地质概况及基础型式确定

1.本工程场地地貌上属福州平原西部,为一套全新和上更新统冲、海积以及更新统残积层,周边无明显断裂构造。地质剖面如图1所示,物理力学性能详见表1

。

图1　工程地质剖面

2.基础选型

(1)采用天然地基设计筏板基础,表层填中粗砂分层灌水振实,经计算建筑物整体沉降为250mm ,沉降较大,不满足使用要求。

(2)采用Φ500沉管灌注桩,以粉质粘土为持力层,按常规桩进行设计,因单桩承载力设计值不高,约为500kN ,桩数较多,若以残积砂质粘性土为持力层,桩长太长,桩身质量难以保证。

各土层物理力学性能　表1

指标

岩土层名称qs

(kPa )qp (kPa )fk

(kPa )E s1-2(MPa )E s2-3(MPa )杂填土20110 3.27淤泥1053

2.04粉质粘土5527002107.012.16淤泥质土

15

70

3.9

6.59

残带砂质粘性土402300220 4.639.

　　(3)本工程确定采用桩—筏—土共同作用,按沉降变形控制来进行桩基设计,采用Φ500沉管灌注桩,桩长15m 左

右,桩端进入粉质粘土层≥2.5m 且离下卧层面的距离亦≥2.5m 。基底与现有地面之间高差采用粗砂分层灌水振实。桩基平面布置图见图2

。

图2　桩基平面布置图

三、计算分析

(1)采用同济大学桩土相互作用实用公式程序(SCPFV2.0)计算,该计算方法基于桩土相互作用原理和上海软土地区的桩基工程实践提出。假定上部结构的荷载首先由桩群来承担,当超过桩群的极限承载力时,桩承担极限荷载,余下部分由板承担。桩群承担的荷载假定均匀分布在每根桩上,再通过G eddes 相互作用方法计算桩身反力;板承担的荷载也假定是均匀作用在板底。对桩身反力引起的沉降采用Mindlin 应力解应用分层总和法来计算(压缩层厚度自计算点下算至附加应力为土层有效自重应力10%处),对板底反力引起的沉降采用Boussinesq 应力公式计算。

对于由n 根桩组成的桩基,桩端平面以下,任一点的竖向应力有

σz =Σn

i =1(σzp ,i +σzs ,i )

σz ———桩端平面以下任一点的竖向应力σzp i ———第i 根桩的桩端阻力在计算点所产生的竖向应力

σzp i ———第i 根桩的桩侧摩阻力在计算点所产生的竖向应力

在上式中引入Mindlin 应力解,并假定群桩中各桩具有相同的结构和受荷特性则上式成为

σz =Q/L 2Σn

i =1[

αI p ,i +(1-α)Is ,i ]L ———桩长Q ———单桩竖向荷载作用下的沉降计算荷载,由桩端阻力和桩侧摩阻力共同承担

Qp ———桩端阻力:Qp =αQ

Qs ———桩侧摩阻力:Qs =(1-α

)Q α———桩端阻力比I p ,i ,Is ,i ———分别为第i 根桩的桩阻力和桩侧摩阻力对应力计算点的应力影响系数,即G eddes 应力积分系数。

经计算得出本工程的沉降～桩数关系曲线,见图

3

图3　沉降～桩数关系曲线

(2)复合地基的强度验算:

F +

G ≤γd (nPu +Ar ×fu )

式中:γd ———综合承载力系数Pu ———单桩坚向承载力极限值fu ———基底土的极限承载力

基底面有效接触面积Ar =A -n ×Ap

Ap =π(1.5d )2

/4A ———基底面积Ap ———桩的有效影响面积d ———桩身直径

实际上认为沉降控制复合桩基承载力等于天然地基容许承载加上各桩的单桩容许承载力之和。

(3)根据福州地区软土地基的设计经验及大量实测结果,假定地基土是弹性、均匀、连续、各向同性的半无限体,桩侧摩阻力为梯形分布,桩与相邻土体之间的位移协调一致,承台底面地基土反力均匀分布,承台为刚性,对boussin 2lesq 及Mindlin 应力解模型的地基柔度矩阵进行简化计算。本工程通过计算,得出桩基承担上部结构荷载的70～75%,余下荷载及基础自重由基础底板承担。

四、计算结果比较

计　算　方　法沉降量(mm )单桩竖向承

载力极限值(kN )底板附加压力(kN/m )

桩筏荷载分担比例桩筏同济桩土相互作用公式190100034.087.412.6福州地区经验

45

1000

74.5

72.3

27.7

　　桩基经济分析比较:设　计　方　法桩长

桩数

桩基部分所占建筑物

每平方米造价元/m 2

按沉降变形控制

1520240元/m 2常规桩基础设计

15

270

60元/m 2

　　五、几点看法:

1.采用按沉降变形控制理论进行桩基础设计与常规桩基础设计比较,考虑综合经济效益,可节省桩基造价25～30%左右。

2.结构基础的安全度关键在于沉降值能控制在安全的范围内,因此沉降值的准确预估在基础设计中是至关重要的。

3.在福州地区一般桩基分担上部结构总荷载的比例为75%～80%,底板分担20～25%左右。

4.按沉降变形控制理论进行桩基础设计,应按疏桩原理进行布桩。桩距大于4倍桩径时能更好的反映桩土共同工作的特性。

5.该设计方法在上海经过大量工程的实测检验,获得了许多成熟的经验,且程序SCPFV2.0的沉降～桩数关系曲线较能符合工程的实际情况。但由于不同地区地质条件及地基上的差异性,该方法在福州地区基础设计中还存在一定的误差。本工程拟在桩顶及基底埋设压力盒,测出桩顶反力和土反力,再综合以往工程的实测结果以得出一套符合福州地区土质情况的参数,使其能更准确地反映福州地区建筑物的沉降情况。

参考文献

[1]土力学与基础工程　中国建筑工业出版社[2]董建国、赵锡宏,高层建筑地基基础———共同工作理论和实践　同济大学出版社　1997年

[3]杨敏、艾智勇,沉降控制设计桩基础的理论、方法和计算　同济大学地下建筑与工程系　1997年

[4]同济启明星SCPF V2.0用户手册及理论方法　上海同济大学地下建筑与工程系　1999年下载本文