JCCAD計算樁筏底板實例探討

JCCAD計算樁筏底板實例探討

【提要】

蘇州地區(qū)某超高層建筑的三層或四層外擴地下室（無上部建筑物）樁筏基礎的計算沉降居然為60～90mm。

同一幢高層建筑樁筏基礎按分層總和法（國家地基基礎規(guī)范）、JCCAD程序（國家地基基礎規(guī)范）、JCCAD程序（上海地基規(guī)范）計算樁基最終沉降量，居然得出相差甚遠的結果；而且似乎沒有找到問題之所在。

因此，蘇州地區(qū)某超高層建筑的樁筏JCCAD計算，可以作為一個相當有趣的案例來進行探討。

前言

PKPM系列的JCCAD程序計算樁筏基礎的底板內力與樁基沉降，從編制軟件者的角度看，可能已經(jīng)算是完成任務了。但從我們工程師的角度來說，那頂多只能算是半成品。因為至少對于軟土地區(qū)而言，計算結果實在難以直接應用到工程實踐中去。

2011年2月的《建筑結構》文“蘇州地區(qū)某超高層建筑基礎優(yōu)化設計”（以下簡稱“文獻（一）”），給出一個應用JCCAD計算樁筏基礎的底板內力的工程實例，現(xiàn)在根據(jù)該文給出的結果進行一些探討。一、蘇州地區(qū)某超高層建筑資料

蘇州地區(qū)某超高層建筑由三棟塔樓與裙房組成。塔樓為一座地上34層（147.15m高）辦公樓與兩座地上29層（99.80m高）公寓；裙房4層（總高22.40m）；地下4層，地下室埋深17.50m?？偨ㄖ娣e267548平方米。地下室平面185m×182m。

立面簡圖見圖一：

圖一

立面簡圖

地面絕對標高3.02～3.59m。地面以下110m深度內為第四紀早更新世Q1及其后期的沉積土層，屬第四紀湖沼相、河口～濱海相松散沉積物。

±0.00相當于絕對標高3.60m，抗浮水位絕對標高2.63m，歷史常年最低水位絕對標高—0.21m。

地基承載力特征值及壓縮模量見表一。

表一

地基承載力特征值及壓縮模量

土層名稱fak

/kPaES

/MPa樁基沉降計算ES建議值/MPa

е-p曲線確定靜力觸探確定標貫試驗確定建議值6粉質黏土1305.4

7黏土2008.2

8粉質黏土1806.8

9粉質黏土1506.4

10粉質黏土夾粉土1707.316.727.0

2011粉質黏土1507.020.013.9

1612粉質黏土夾粉砂1707.324.022.0

2213-1粉質黏土1606.618.212.5

1813-2粉質黏土夾粉土1707.325.620.0

2414黏土2209.525.9

2015粉砂26014.648

925016粉細砂28013.255

1006017粉質黏土20010.129

2218粉砂28013.562

94.47519粉質黏土2008.9

20粉砂28013.7

塔樓選用0.8m×50.6m鉆孔灌注樁，以15層粉砂為樁端持力層；塔樓以外地下室與裙房選用0.6m×21m鉆孔灌注樁，以10層粉質黏土為樁端持力層。

塔樓核心筒區(qū)域樁長比外圍框架處加長4米。

采用PKPM系列JCCAD程序建立有限元模型進行沉降計算分析。

1、S1為分層總和法樁基最終估算沉降量：辦公樓S1=52.01mm，南北公寓S1=45.40mm；

2、S2為JCCAD復合樁基算法平均沉降計算值：辦公樓S2=188.1mm，南北公寓S2=114.4mm；

3、S3為JCCAD沉降控制復合樁基算法（上海地基規(guī)范）平均沉降計算值：辦公樓S3=114.71mm，南北公寓S3=21.81mm。

與JCCAD計算值相比，辦公樓、南北公寓復合樁基沉降計算值各為其分層總和法樁基最終估算沉降值的3.6倍和2.5倍；

分層總和法樁基最終估算沉降值又接近于已有實際工程的經(jīng)驗。

JCCAD算法的計算結果簡圖見圖二：

圖二

JCCAD算法的計算結果簡圖

主樓區(qū)域采用樁筏基礎，辦公樓與南北公寓區(qū)域底板厚度分別為2.8m與2.3m；塔樓以外和裙房區(qū)域采用柱下設置承臺+筏板+抗壓兼抗拔樁基礎，底板厚度0.9m，承臺厚度1.7m。

為了緩解不同區(qū)域、不同部位之間的不均勻沉降，避免筏板產(chǎn)生過大的應力差，在主樓與裙房之間設置沉降后澆帶，須待主樓結構封頂且沉降穩(wěn)定后方可封堵。

二、對外擴地下室JCCAD算法計算結果的探討

文獻（一）提供資料：±0.00相當于絕對標高3.60m，抗浮水位絕對標高2.63m，歷史常年最低水位絕對標高—0.21m。

由此可得外擴地下室（指無上部建筑物的地下室）底板底面地下水浮力為164kPa（按抗浮水位絕對標高2.63m計）。即使按歷史常年最低水位絕對標高—0.21m計，外擴地下室底板底面地下水浮力為136kPa。

外擴地下室為三層或四層地下室，按每層地下室平均重25kPa，900mm厚底板加面層重25kPa，則外擴地下室的重量125kPa小于地下水浮力136kPa，因此基底附加壓力小于零。

即使按地下水位于地下室底板底面以下計算，地下室底板底面處的土自重壓力為8×17=136kPa（此處仍按土的浮容重計算），大于地下室總重量125kPa，因此基底附加壓力小于零。

因此，外擴地下室（按箱型基礎天然地基）的理論計算沉降應該等于零。

現(xiàn)在的外擴地下室至少是每一柱下布置一根21m長鉆孔灌注樁。而圖二提供的外擴地下室JCCAD計算沉降卻為60～90mm。

文獻（一）沒有提供外擴地下室沉降計算的詳細模式，因此難以判斷其問題之所在。但在同等條件下，有樁的地下室計算沉降比無樁地下室要大得多，這一點違反土力學基本常識應該是確定無疑的，除非設計者有當?shù)貙嵺`數(shù)據(jù)的支持，其計算結果方有說服力。

三、對34層辦公樓JCCAD算法計算結果的探討

由圖二可知，JCCAD算法計算34層辦公樓樁筏基礎，中心部位計算沉降值170mm，邊緣部位計算沉降值120mm，計算沉降差最大為50mm。難怪底板厚度要取2800mm。

這與上海計算樁筏底板沉降、內力的“彈簧常數(shù)法”有所不同?！皬椈沙?shù)法”根據(jù)上海地區(qū)對高層建筑的長期沉降量與沉降差的觀測，得出結論：

當荷載及布樁以及地基土均較均勻，各樁位置的沉降也較均勻時，各樁的計算沉降僅與樁頂荷載有關，而與樁的位置無關。

而在JCCAD算法中，各樁的計算沉降與樁頂荷載、樁的位置都有關系。因為JCCAD算法的依據(jù)就是可以采用明德林應力公式法計算樁群中各點的沉降。這與上海地區(qū)的經(jīng)驗有著明顯的不同。

文獻（一）沒有介紹設計者為何不采用上?！皬椈沙?shù)法”作為計算前提的依據(jù)。

還有文獻（一）提供的JCCAD算法計算結果簡圖似乎不是最終結果，因為以往多次工程樁筏設計中從未見到這樣完美的橢圓形計算沉降曲線。這應該是純粹根據(jù)明德林應力公式法計算樁群中各點沉降的結果。

而且如果存在這樣大的計算沉降差，若在上海的話，設計審查人員就會告訴設計人員，這個樁基礎設計有相當大的優(yōu)化余地。因為對于34層的高層建筑，上海地區(qū)的一般經(jīng)驗是采用1800～2000mm厚的筏板就能滿足設計要求。

四、討論

總之，出現(xiàn)這樣奇特的樁筏底板計算結果，是由于整個工程的沉降計算出現(xiàn)三個結果，而且是難以協(xié)調的結果：

1、采用分層總和法（國家地基基礎規(guī)范）計算樁基最終沉降量：辦公樓S1=52.01mm，南北公寓S1=45.40mm；

2、采用PKPM系列JCCAD設計程序計算樁基最終沉降量（國家地基基礎規(guī)范）：辦公樓S2=188.1mm，南北公寓S2=114.4mm；

3、采用PKPM系列JCCAD設計程序計算樁基最終沉降量（上海地基規(guī)范）：辦公樓S3=114.71mm，南北公寓S3=21.81mm。

文獻（一）指出，采用分層總和法（國家地基基礎規(guī)范）計算樁基最終沉降量，接近于當?shù)匾延袑嶋H工程的經(jīng)驗。但分層總和法不能計算樁基礎每一點的沉降量。

同樣根據(jù)國家地基基礎規(guī)范采用JCCAD計算所得樁基最終沉降量，居然是分層總和法計算結果的3.6倍。而根據(jù)上海地基基礎規(guī)范采用JCCAD計算所得樁基最終沉降量，辦公樓計算沉降量居然是南北公寓計算沉降量的5.3倍。

文獻（一）沒有介紹對這種巨大差異的解釋，也沒有介紹從單位總工到設計審查的處理意見。足見他們似乎沒有得出一個確定的看法。

根據(jù)圖二所示，34層辦公樓樁筏基礎邊緣的JCCAD計算沉降為120mm，若外擴地下室計算沉降值按土力學基本常識取為零，則主樓與外擴地下室之間的沉降差高達120mm，顯然無法單靠后澆帶來消減由此產(chǎn)生的附加彎矩。

由此可見，或許是設計者按當?shù)匾延袑嶋H工程實際沉降的經(jīng)驗，采取將外擴地下室計算沉降調大的技術處理手段，來降低底板內力。只是沒有在文獻（一）中交代清楚來龍去脈。