桩基沉降小议.doc

减沉桩筏板基础设计Design of Settlement Reducing-piled-raft Foundation 赵东亮 (山东省中鲁建筑设计院 济南250013)提要 一、概要桩基础的设计主要用于以下三种目的：）桩承担全部荷载，此即为传统的设计方法； 2）桩和承台共同承担全部荷载，此时桩不仅用于承担部分荷载，而且也用于减少建筑的沉降。建筑桩基技术规范JGJ94-94即考虑了承台的共同作用，它一般适用于小桩距（6d）条件下；3）桩用来减少沉降，承台承担大部分或主要荷载。目前，桩基础设计主要用于承担上部荷载，基于以减少沉降为目的的减沉桩设计应用还比较少，本文主要探讨减沉桩筏板基础设计。在大多数桩筏基础设计中，通常不考虑筏板以下地基土的作用，单独由桩承担全部荷载，特别是对筏板下土层尚具有一定承载能力情况下，完全不考虑地基土的分担作用，过分增大桩数或增加桩长，致使基础工程价过高且延长了工期，造成过大浪费。采用桩基础的建筑物一般沉降较少，对于一般建筑物对沉降要求并不十分严格情况下，可以考虑筏板下地基土的分但作用，从而减少桩数。二、桩数与基础沉降的关系比较 采用桩基础的沉降一般均较小，从理论上分析，桩数的减少所引起的沉降增加并不十分显著；同时，当桩数达到一定数量后，再增加桩的数量对减少沉降的作用非常小，尤其对于较短的桩表现的更为明显。从桩数与沉降关系曲线上可以找到一个临界点，当桩数小于临界点时，桩数对减少沉降较为显著；超过临界点后，曲线变缓，此时，桩数对减少沉降的贡献非常小。文献4中给出了某工程短桩桩基沉降与桩数的关系式：356.46-000542n (1)从（）式中可以看出桩数增减10%，则沉降减增在以内；对于长桩，约为3%，即桩筏基础的沉降是一个相对稳定值，它为以减少沉降为目的的减沉桩基础设计提供了一个理论依据。三、减沉桩筏板基础设计方法 减沉桩筏板基础中的桩基仅适用于纯摩擦桩或摩擦端承桩，且筏板底土层具有一定承载能力；端承桩或筏板底面以下存在可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土等情况时则不适用。减沉桩桩距一般可取610d,此时可以认为桩与桩之间互不影响，桩的群桩效应系数可以取为1.0。减沉桩筏板基础设计应满足承载能力要求和沉降变形要求；其设计方法如下。1、减沉桩筏板基础极限承载力及整体安全系数的确定极限承载力为： nu+fuA (2)式中n桩数；Pu单桩极限承载力；fu筏板底面处地基土极限承载力；A筏板基底面积。天然地基极限承载力fu约为2.5（为设计值），为安全起见，天然地基承载力须满足0.5，fA/Q，为筏板底以上竖向力设计值，（2）式可写为： u=2.5q+nPu (3) 设天然地基承载力设计值的利用系数为,单桩极限承载力U的利用系数为（一般取0.80.9）,则桩数n可按下式确定：n（1）Q/u (4)减沉桩总的承载力为nu，其余不足部分由筏板基底土承担，则nu (5)故减沉桩筏板基础整体承载力安全度为：u/1/（2.5/） （6）对于=0.8和=0.9时，有1.25+(2.5+1.25) (当=0.8) （7） 1.11+(2.5+1.11) (当=0.9) (8) 一般取0.5，0.5，对（7）和（8）式均有2.0。减沉桩筏板基础应进行整体安全度和沉降量双重控制，的取值不应小于2，沉降验算应满足规范容许值。2、减沉桩筏板基础沉降量的计算减沉桩或疏桩基础沉降计算方法有多种，如上海民用院法，oulous弹性理论法等。本文介绍利用单桩载荷试验成果的大桩距基础沉降计算方法。减沉桩筏板基础的沉降分为桩所产生的沉降和筏板基础底土产生的沉降两部分，分别计算，其和为总沉降。对于桩距6d情况下，桩与桩之间的相互影响较小，群桩中的单桩承载力和沉降特性与单桩静载试验结果相接近。由于用以减少沉降为目的的桩基设计尚处于尝试阶段，一般用于层数12层的一般建筑物，其桩径不大。通过大桩距摩擦群桩试验结果显示，曲线初期阶段同单桩相似，当进一步加载，由于桩达保持常量，其余荷载由承台承担，其曲线变缓。对于纯摩擦桩和桩端有较厚沉淤的钻孔桩，桩端一般呈刺入破坏，其关系呈陡降型，桩侧阻力达极限所需的桩土相对位移仅与土的类别有关，对粘性土o约为57mm，对于砂类土约为10 mm，对于桩端阻力占比例较大的摩擦端承桩，其曲线为缓变型，此时桩达极限承载力所对应的位移约为4060 mm。当无实测资料时，桩达极限承载力时桩的位移可根据土的性值取1050mm，对纯摩擦桩取低值。桩荷载引起的筏板沉降为：p3nd20/A （9）筏板底附加应力引起的沉降为os1/Esi(Zii-Zi-1i-1)（10） o=-rh（11） =(Q-nQu)/A0.5 取0.9，=0.45(1-) QPu则桩数n59根12.41沉降计算3nd 2soASP=2.86mm筏板中点最大沉降采用（10）式，其中PO=21.7kra，p=39.7kpa则Ss=28.16mm中点总沉降S=31.8mm，满足使用要求。五、结语 考虑桩筏基础与土的共同作用，充分利用筏板基底土反力的贡献，把桩基反力作为减少建筑物沉降或弥补基底反力不足的一种补充是优化桩筏基础设计的一种新方法。减沉桩筏板基础的桩距一般较大，桩距的加大能使群桩效应系数提高，也能使桩相对于土的沉降加大，使桩端阻力加大，从而使桩的极限承载力得到发挥，同时也使筏板底土的压力增大，达到共同工作的目的。减沉桩的益处可概述如下：1）减沉桩能最大限度地发挥自身能力减少沉降；2）桩的工作状态处于或接近其极限状态，使桩的承载力得到最大发挥；3）桩的数量得到减少，通常可比按正常设计桩数减少30或更多，不仅经济而且减少了对环境的影响；4）对于混凝土减沉桩其质量比其它如水泥搅拌桩等地基处理方法更易得到保证。参考文献1）宰金珉，桩土明确分担荷载的复合桩基及其设计方法，建筑结构学报，1995年第4期。2）史佩栋，实用桩基工程手册，中国建筑工业出版社，1999