樁筏基礎(chǔ)實(shí)用設(shè)計(jì)方法及工程實(shí)例分析

1、樁筏基礎(chǔ)實(shí)用設(shè)計(jì)方法及工程實(shí)例分析/作者：鄧孝祥來(lái)源：中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)2017年第9期【摘要】本文主要從工程實(shí)用設(shè)計(jì)角度出發(fā)，結(jié)合規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)樁筏基礎(chǔ)的工程設(shè) 計(jì)提出既安全又合理的設(shè)計(jì)方法，最后以某工程樁筏基礎(chǔ)實(shí)例進(jìn)行分析?！娟P(guān)鍵詞】樁筏基礎(chǔ)；共同作用；荷載分擔(dān)比1、引言建筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，它具有系統(tǒng)的整體性、非線性和不確定性。樁筏基礎(chǔ)就是一個(gè) 典型的復(fù)雜系統(tǒng)，它牽涉到上部結(jié)構(gòu)、樁基、地基土、筏板的共同作用。如何準(zhǔn)確地進(jìn)行樁筏 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的課題，其牽涉到問(wèn)題很多，部分問(wèn)題目前尚無(wú)定論。這導(dǎo)致部分設(shè) 計(jì)過(guò)于保守而浪費(fèi)或考慮不周而存在安全隱患。本文主要從工程實(shí)用設(shè)計(jì)角度出發(fā)，結(jié)合

2、規(guī)范 和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)樁筏基礎(chǔ)的工程設(shè)計(jì)提出既安全又合理的設(shè)計(jì)方法以供同仁參考。2、樁筏基礎(chǔ)的適用條件樁筏基礎(chǔ)是指當(dāng)建筑筏形基礎(chǔ)下天然地基承載力或沉降變形不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用樁 加筏板基礎(chǔ)共同承受荷載的基礎(chǔ)形式，其特點(diǎn)是樁和筏板工作作用。根據(jù)樁基規(guī)范并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于常規(guī)高層建筑，當(dāng)采用樁筏基礎(chǔ)時(shí)，一般需要滿 足以下三個(gè)條件：樁基為摩擦型樁基。樁筏基礎(chǔ)的關(guān)鍵點(diǎn)是樁筏共同承擔(dān)荷載，要使得筏板下地基土承 擔(dān)一定的地基反力，其前提就是樁要發(fā)生一定的沉降變形。如果樁為持力層良好的端承端，樁 的沉降必然很小，筏板下的地基力將難以發(fā)揮作用。筏板下地基為非軟弱土層。若筏板下地基為淤泥等軟弱土層，由于該土

3、層壓縮模量過(guò) 小，筏板下地基土將同樣難以發(fā)揮作用。工程設(shè)計(jì)中一般要求筏板下地基土承載力特征值fak 不小于120KPa。上部結(jié)構(gòu)整體剛度較好，體型簡(jiǎn)單。樁筏基礎(chǔ)受力與上部結(jié)構(gòu)有緊密聯(lián)系，當(dāng)上部結(jié) 構(gòu)整體性強(qiáng)，體型簡(jiǎn)單時(shí)，樁受力更加均勻，筏板受力較小。工程設(shè)計(jì)中一般要求上部結(jié)構(gòu)為 剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)或框架一核心筒結(jié)構(gòu)，且體型規(guī)則簡(jiǎn)單，立面無(wú)明顯變化。3、樁的布置樁的類型應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)資料、結(jié)構(gòu)類型、荷載性質(zhì)、施工條件以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素綜合 確定，既可以是灌注樁也可以是預(yù)制樁。樁筏基礎(chǔ)中樁的數(shù)量及布置應(yīng)根據(jù)具體工程情況具體分析。樁筏基礎(chǔ)中筏板下地基土一般 可承擔(dān)15%30%荷載，工程設(shè)計(jì)時(shí)，可先

4、按筏板下地基土承擔(dān)20%荷載，樁承擔(dān)80%荷載 進(jìn)行估算樁數(shù)。當(dāng)樁數(shù)量較少時(shí)，樁宜布置在墻下或柱下；當(dāng)樁數(shù)量較多時(shí)，可考慮滿堂紅布 樁，或部分布在墻柱下部分滿堂紅布置。最終樁數(shù)量及其位置應(yīng)根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果確定。需要說(shuō)明的是，即使是滿堂紅布樁也不是簡(jiǎn)單地完全均勻的布樁，也應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力情況 進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。4、筏板厚度取值樁筏基礎(chǔ)中筏板的作用是協(xié)同樁基及樁間土共同作用，筏板過(guò)厚將造成不必要的浪費(fèi)，筏 板過(guò)薄將不僅可能存在破壞的可能而且難以協(xié)同樁和樁間土共同作用。筏板厚度應(yīng)從三個(gè)方面 考慮：滿足墻柱豎向構(gòu)件的沖切及樁沖切，工程設(shè)計(jì)中建議沖切安全系數(shù)不小于1.2，以確 保筏板沖切安全。局部豎向構(gòu)件處筏

5、板沖切不足，可局部加厚筏板。確保80%筏板面積計(jì)算配筋不超過(guò)最小配筋率，局部計(jì)算配筋較大處可采用局部附加 鋼筋。具有合理剛度協(xié)調(diào)樁及樁間土共同作用，使得樁反力和地基土反力較為均勻合理。一般來(lái)說(shuō)，筏板厚度合理范圍為按上部結(jié)構(gòu)每層30mm60mm，具體與地質(zhì)情況、上部結(jié) 構(gòu)等因素有關(guān)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況計(jì)算分析確定。筏板混凝土等級(jí)一般常取C30、C35；混凝 土等級(jí)過(guò)低不利于沖切，混凝土等級(jí)過(guò)高容易產(chǎn)生收縮裂縫。5、計(jì)算分析要點(diǎn)計(jì)算分析是樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，尤其是計(jì)算模型及參數(shù)的選擇，計(jì)算結(jié)果的分析和 利用，工程設(shè)計(jì)中常采用YJK軟件進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算方法：應(yīng)選擇彈性地基梁板法。樁筏基礎(chǔ)筏板不

6、僅存在局部彎曲變形，還存在整 體彎曲變形，因此應(yīng)選擇“彈性地基梁板法”，以合理考慮筏板實(shí)際變形和受力情況?？紤]上部結(jié)構(gòu)剛度：樁筏基礎(chǔ)是上部結(jié)構(gòu)、筏板、樁、樁間土共同作用，因此計(jì)算分 析時(shí)應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)剛度。上部結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)勾選“生成傳給基礎(chǔ)的剛度”，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)勾選“考慮上部結(jié)構(gòu)剛度”。一般考慮上部結(jié)構(gòu)35層剛度，不宜全部考慮。樁剛度及筏板基床系數(shù)的取值：對(duì)于樁和樁間土共同作用的樁筏基礎(chǔ)，計(jì)算分析時(shí)基 礎(chǔ)類型應(yīng)選擇“復(fù)合樁基”。樁剛度及基床反力系數(shù)直接影響計(jì)算結(jié)果，是關(guān)鍵參數(shù)，也是最 困惑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的問(wèn)題。樁剛度：建議根據(jù)試樁報(bào)告確定。根據(jù)試樁報(bào)告可以計(jì)算出試樁時(shí)單樁剛度K R S P =

7、a，a R為單樁承載力特征值，S為a R對(duì)應(yīng)時(shí)樁的沉降值。由于單樁靜載時(shí)間短，而實(shí)際工 程樁作用時(shí)間長(zhǎng)且為群樁，因此計(jì)算分析時(shí)樁剛度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況對(duì)試樁剛度P K乘以長(zhǎng)期作 用和群樁效應(yīng)剛度折減系數(shù)，該系數(shù)一般可取0.350.5?；卜戳ο禂?shù)：基床反力系數(shù)不能簡(jiǎn)單地按照YJK手冊(cè)推薦的數(shù)值，該數(shù)值為70年代 按照較低荷載實(shí)測(cè)出來(lái)的，主要用于多層建筑，與高層建筑實(shí)際受力不符，且筏板下樁間土與 原狀地基土受力有很大差異。為確定該基床系數(shù)，首先應(yīng)根據(jù)工程情況按照樁基規(guī)范表 5.2.5確定承臺(tái)效應(yīng)系數(shù)c h，即筏板下樁基土可提供的地基反力為c ak h f。然后輸入基 床系數(shù)多次反復(fù)迭代計(jì)算，使得筏板

8、底地基反力計(jì)算平均值為c ak h f，則該基床系數(shù)為合 理值。需要注意，承臺(tái)效應(yīng)系數(shù)c h與s d a (樁中心距與樁徑之比)關(guān)系最為密切，s d a越 大，c h越大，即樁間土反力越大。因此，工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果不斷調(diào)整樁布置和基床 系數(shù)，以使得計(jì)算結(jié)果既安全又合理。筏板內(nèi)力及配筋分析：計(jì)算結(jié)果主要是需注意樁反力符合規(guī)范要求，樁間土地基反力 約為nc fak，筏板沖切滿足規(guī)范要求，筏板配筋絕大部分不大于最小配筋率?；A(chǔ)沉降計(jì)算：基礎(chǔ)沉降計(jì)算時(shí)應(yīng)按地勘報(bào)告輸入地質(zhì)資料，然后按mindlin方法進(jìn) 行計(jì)算分析?；A(chǔ)沉降計(jì)算結(jié)果應(yīng)符合工程經(jīng)驗(yàn)，否則應(yīng)注意分析地勘資料壓縮模量數(shù)值的合 理性。6

9、、工程實(shí)例分析本工程位于江蘇省張家港市楊舍鎮(zhèn)，地面以上18層，地下1層，剪力墻結(jié)構(gòu)。根據(jù)樁 基規(guī)范，采用樁筏基礎(chǔ)。樁采用管樁PHC 500-110，AB型，C80，屬摩擦樁。有效樁長(zhǎng)約35 米，樁所穿越的土層主要為粉質(zhì)粘土，樁端持力層為粉土夾粉砂層，單樁承載力特征值Ra = 2000KN，進(jìn)入持力層約1m，采用靜壓法施工。筏板下地基土為粉質(zhì)粘土，fak = 210KPa。筏板 厚度取800mm，混凝土等級(jí)取C35。筏板最小配筋率按0.15%，貫通筋為雙層雙向18200，局部 受力較大處另加附加筋。樁盡量多地布置在剪力墻下方，減小沖切，最小樁間距為4d，基礎(chǔ)布置如圖1所示。計(jì)算 方法采用彈性地基梁板法，考慮3層上部結(jié)構(gòu)剛度，基礎(chǔ)類型按復(fù)合樁基考慮。根據(jù)試樁報(bào)告 并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)和群樁效應(yīng)樁剛度取100000KN/m，筏板基床系數(shù)取2500KN/m3。計(jì)算結(jié)果顯示 各樁反力符合規(guī)范要