岩土工程中部分桩筏基础的设计

1、岩土工程中局部桩筏基础的设计岩土工程中局部桩筏基础的设计摘要摘要： 本文描述了在加拿大的多伦多地区在复杂的岩土工程条件下的局部桩筏基础（PPRF）的设计。PPRF 是根据侧向土压力，不均匀分布的建筑荷载和地基不均匀承载力来设计的。该桩主要布置在地基沉陷教的地区。也就是在筏板基础承受较大压力而土体承载力较低的西北部地区。为了保持 PPRF 的完整性，一个统一的单位标准被应用于桩筏设计。整体的稳定，包括滑动和倾覆也是 PPRF 设计的一部分。同时，也使用了计算机软件分析。高园项目是位于加拿大多伦多的一个中密度公寓建设项目。其海拔变化从101.6 到 102.1 米。沿着 BloorStreet W

2、est/Ellis 公园道大约在其东南方 11米，详见图 1.在整个建筑物下面建了三层车库。 在西北部边缘下挖 11m 在东南边界挖了大概 1m。虽然沿着 Bloor Street West and Ellis Park Road 没有安装永久锚杆。沿着北部和西部的边界的地下室墙壁受到 140.4KPa 的土压力。地质条件地质条件在实地 4 个钻井中，最大深度为 37.4 米。土壤样本检测方法采用标准贯入度。在实验室内进一步检测和表征土壤样本。工程土壤条件概括如下： 在北部 14 米到 14.2 米和南部的 1.7 米到 7 米处被深棕色粉质砂土和砂质粉土填充。灰色粉砂质粘土扩展至深处 14.

3、6 到 30.0 米，非常坚硬。在深 21.9 米到 32.9 米处富集紧密的砂纸淤泥。在深 22.6 到 34.3米处风化页岩的顶端存在一层坚硬的灰色潮湿的粘土质粉砂层。详见图 2.乔治亚湾的灰页岩，石灰岩在钻井深度扩展延伸范围的探索结果。在已经完成的开放的钻井处出现地下水时要被监测。 从地表到地下水的深度为 10 到 18.3 米。局部桩筏基础局部桩筏基础基于现存地质条件， 局部桩筏基础只在未收到扰动的残积土和工程填土中使用，并按容许承载力 250KPa 设计。该桩基的使用，可以在保证基础安全的情况下减少筏板基础使用面积并减低成本。筏板基础厚度取决于原状天然砂和少灰混凝土在换填的过程中对一

4、个地域的扰动程度。筏板的底面高程变化从东部的 87.90 米到西部的 92.00 米，并通过一系列步骤来完成沿筏板长度和宽度的高程变化。计算筏板基础压力公式如下：P 是垂直荷载组合的总和；A 是筏板面积；Mx 和 My 分别是沿 X 轴和 Y 轴的弯矩；Ix 和 Iy 是 X 轴和 Y 轴的惯性矩。定义建筑物的总荷载是 P，固定荷载，活荷载和侧向土压力的六种荷载组合形式也都被分析。筏板基础的沉降值按照砂土层和粘性土层分别的弹性沉降和固结沉降值之和。Z1 和 Z2 分别是砂土层和粘性土层的厚度；E 和 mv 分别是杨氏模量和体积压缩系数；s 和c 为作用于砂土和粘土质土层的压应力。对筏板基础进行

5、应力和沉降分析时大概分成 80 个节点。没有堆积荷载，在西北角筏板基础的沉降计算是最高的大概 94.7mm 在超过 20 年的时间里。 这是因为该点所受的压力在整个基础中最大，大概 391KPa。按照比较基础压力， 计算的地基沉降量和土层承载标准来布置桩并不超预期的总沉降值。地基在施工完成后 20 年的时间内可允许沉降 25mm。然后我们按照 25mm 的总沉降限制重新计算筏板基础的底部压力。当比较土层所受压力和所需的抵抗力o，则 = o 的差值由桩筏承受。 0 的区域为需要布置桩筏区域。总设计荷载 Q 将由桩和筏板共同承担及 Q = Qo + QP。所需的桩的数量 n 由桩所承受的总的荷载

6、Qp 决定。每根单桩承载力为 QH，则有 n = QP / QH。这里必须指出的是设计的桩与筏板可承受的沉降值相等。单桩极限承载力 R设计按如下公式：sh为沿着桩轴线的剪应力；t和 At 为桩刃脚的承载力和面积。Wp 为桩的重量。土工参数土工参数筏板基础的土工参数设计依据基础反作用力，杨氏模量和固结沉降系数。地基反力系数是土层压力和挠曲的概念联系。同时考虑到粘性土的固结变形，地基反力系数 ks 被定义为：ks = / S。且有：ksE 为地基反力弹性系数。杨氏模量 E 标准贯入试验(SPT)的次数 N 的函数随土壤类型和土壤结构改变。相同类型的土壤，杨氏模量总是尾随 SPT 的 N 值改变。冰

7、碛物在 GTA 的 SPT 数据的经验方程和相关性如图 3 所示。固结沉降系数 mv 为土体体积压缩量，计算公式如下：eo 和 e1 分别为固结前后孔隙比；0 和1为固结前后土层应力。假设 mv 和 = 1 - 0不随深度改变，则固结沉降可以计算为：sc =mv H，与单位 mv 压力(m2 / MN)相反。基础设计基础设计结构工程师们密切合作对基础进行详细设计。根据初步设计结果，共需要30 根 H 型桩布置在西北部用于减小沉降。它们共同承受 30000KN 荷载，每根桩承受 1000KN 的荷载。该设计的重点是基础总的沉降量在 20 到 25mm 之间，沉降差不超过 5 到 10mm。大概

8、60%到 80%的沉降量会在两年内沉降完毕。专门有一款软件为混凝土筏板系统开发，并应用于 PPRF 设计。纵向和横向荷载分析结果被应用于 SAFE 模型输入。建筑基础和剪力墙也被纳入安全分析范围。深基坑深基坑因为在所有可能出现过度沉降的区域布置了桩，PPRF 关于沉降部分的设计也多种多样，随着荷载在桩筏基础的分布不同，因此基础的模量也必须不同。地基反力模型通过不同的基础压力和沉降值来建立。 为了确定筏板基础不同位置地基模型的合适的量级，需要结构工程师和岩土工程师的紧密合作。结构工程师通过控制 SAFE 模型来用计算机软件分析承压应力分布情况。基础最初的反力系数 ks 由岩土工程师根据土壤的条件

9、按下式给出：Ks 为在整个基础尺寸上的地基反力系数， K1 从 0.3x0.3m 尺寸的平板载荷试验得到；m 为在硬粘土或中砂上的矩形基础的长宽比。使用计算承压应力时，计算土层的沉降不考虑筏板基础刚度。随后，通过FEM 计算的基础压力和筏板沉降量来更新基础反力。通过使用更新的地基反力系数来就计算每个节点， 重新修订过的承压应力重新分布。 值得注意的是在修正分析过程中， 地基反力系数变化是在筏板基础内部，并与桩的作用耦合，详见图 4。再次使用修正后的土层承压应力，一个新的地基反力和 ks 就会在每个节点产生。使用新的地基反力系数来重新分布计算承压应力，见图 5。从本质上讲，这个程序就是利用土层承压作用力来计算沉降量，再修正地基反力系数，然后重复该过程，直到土层承压作用力和沉降值达到预期范围，见图6。当土层的压力和位移的有限元分析和岩土工程师的预期吻合时，该收敛值确定。侧向压力和拟建结构的关键区域的整体稳定，通过使用 Simplified Bishop方法对圆弧滑动面进行分析。 SB-Slope这款被Von Gunten Engineering Software开发的已经许可的商业软件也被应用于二维分析。最小安全系数计算结果是1.52，该值在加拿大基础工程规范中是允许的。探讨和结论探讨和结论因为土壤成分是不