复合桩筏基础结构设计的探究

【摘要】本文论述了桩筏设计考虑桩同作用的必要性，明确了设计的要点，讨论了桩筏基础提出局部桩承载力不足的看法，下面就此进行详细的分析。

【关键词】桩筏；复合桩基；设计

1 引言

桩筏基础在建筑基础设计中已经非常普遍，对于大多数工程设计人员来说已经设计过很多项目了。但在目前的中小设计单位所设计的高层建筑的基础，一般仅考虑上部荷载全部由桩来承担，绝大多数仍然采用不考虑桩间土的作用的常规计算方法，实际上这种计算方法是过于保守的。从严格意义上来讲，对于设计中不考虑基底桩间土分担上部荷载的“桩筏”基础不能称之为桩筏基础，而事实上基底桩间土分担上部荷载的作用也是客观存在的，因此应该认真考虑土体的承载能力，这样在相同条件下可以减少桩的数量，降低基础的造价。桩筏基础中影响筏板的分担荷载作用的因素很多如桩的类型、布置、桩间土的性状、有无地下水等，都对桩及桩间土的受力有影响。以前设计过得项目中遇到过审图单位提出桩筏基础中，局部承载力不满足的情况，即某片墙（或柱）下的几根桩承载力小于该处墙身（或柱）竖向力的情况，针对这种情况应该怎么理解呢，这值得我们来探讨一下。

2 设计思路

一般说来，复合桩基有两种思路：一种是反映在《建筑桩基技术规范》中以承载力控制为主的传统设计方法，可称为承载力控制复合桩基；一种是以沉降控制为主的设计方法，可称为沉降控制复合桩基或减少沉降桩基（上海地基基础设计规范）。对于常规桩，在各工况下承载力满足时，最终计算沉降量验算通过即可。而复合桩-筏基础是按控制地基沉降的原则设计的桩基础，即在设计时由基础的允许沉降控制值来确定桩数和桩长的低承台摩擦桩（或端承作用较小的端承摩擦桩）。我们来看下面的实例：

3 实例分析

某商住楼为地下一层地上三十一层剪力墙结构高层建筑，底部三层商业，基础采用旋挖钻孔灌注桩基础，桩长18.5m，桩端极限端阻力标准值为700KPa。主楼下按桩筏基础设计，商业及地下室采用桩承台。主楼筏板厚1500mm，筏板面标高为-5.600m，筏板底面处第③层土承载力特征值为fak=140KPa。地质条件如下：第①层土，粉质粘土 ， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，层厚。第②层土，粉质粘土 ， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，层厚。第③层土，粉质粘土， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，层厚。第④层土，粉质粘土， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，层厚。第⑤层土，粉质粘土， fak=140kpa ， Es=12 MPa，层厚。第⑥层土，卵石， fak=140kpa ， Es=55 MPa ，未揭穿。筏板布置见下图一。

本工程设计前甲方通过现场实测提供了直径Φ600的桩和Φ400两种基桩的承载力特征值，Φ600桩为1638KN，Φ400桩为920KN。初步试算后通过对比分析发现采用400的桩要比采用600的桩经济，最后确定采用Φ400桩进行设计。为了降低造价，本次设计考虑的筏板底桩间土的作用，最终设计反力见下图二（局部图）：

设计时首先考虑充分发挥筏板底桩间土作用，桩间土反力不超修正后特征值180KPa，相应单桩承载力反力约800KN，虽然满足承载力要求，但是通过沉降计算后发现，筏板沉降量约200mm，基本超出《地基基础设计规范》规定的要求。由此又重新调整桩计算参数进行计算，结果桩间土反力为100KPa，相应单桩反力为900KN，经沉降计算筏板沉降量80mm，满足规范要求。其次设计者又按完全不考虑桩间土作用进行计算，虽然沉降只有20～30mm，但单桩反力超过1.2倍单桩承载力特征值，需要增加137根桩才能满足承载力要求，而增加桩后的沉降为25mm，较前没有显著变化。由此可以看出桩间土分担的比例越大，沉降量计算值越大。当考虑桩间土作用时，不仅要控制桩间土反力和单桩反力还要注意控制筏板的总体沉降量。

就上面实例来看，当不考虑桩间土作用时用桩数需799根，当考虑桩间土作用且满足承载力和变形要求时的用桩数为662根，相当于桩间土分担上部荷载17%。根据资料统计，对于桩-筏基础，地基土的反力和地下水的浮托力等所承担的上部荷载约占整个建筑荷载的15～35%，而桩所承担的上部荷载仅占总体的65～85%不等。对于本工程而言，筏板底土的承载力较低，压缩模量较小，所以这个比例是合适的，如果筏板底土承载力较高压缩模量较大时，这个比例会提高。需要特别说明一点的是，对于基底桩间土为饱和黏土的桩-筏基础，由于桩间土已饱和，地基复合变形时会产生排水固结引起建筑物较大的沉降，因此这种情况下不应考虑基底桩间土分担上部荷载，而应全部考虑由桩基来承担。具体设计时应根据相应工程情况采取合理的布桩方式、灵活调整计算参数达到预期的设计意图。

满堂布桩的桩筏基础中，对于“局部承载力不满足”的说法，笔者认为是比较狭隘的看法。这里就要提到基础及上部结构的总体刚度影响。随着上部结构的施工，结构整体刚度不断增大，筏板整体弯曲逐渐变大中和轴开始逐渐上移，逐渐在主体结构内形成拱的作用，并且内力拱会逐步上升，基础内力开始变小弯曲中和轴移至上部结构，筏板受力趋于整体均匀分布或均匀传递给基桩。对于墙下布桩的桩筏来讲，当整体计算通过时，即使局部桩承载力欠一点，考虑到整体刚度的调节也可以满足承载力要求，所以对于局部桩承载力不满足要求的说法是不正确的。

4 结束语

桩筏设计时一般情况下应考虑桩间土作用，桩间土的分配比例根据具体情况来定，一般在15～35%，这样可以降低可观的工程造价。桩筏设计时不仅要控制桩间土反力和单桩反力还要注意控制筏板的总体沉降量，在特定的条件下，承载力和沉降往往是只有一个起主控作用。桩筏设计时应控制桩反力较均匀分布和地基变形满足规范要求，对于局部墙（或柱）下的基桩，不必非要加强设计。

【参考文献】

1.《建筑桩基技术规范》中国建筑工业出版社 JGJ94-2008

2.《高层建筑桩筏和桩箱基础的优化设计》阳吉宝.工程勘察，1996（1）

3.《减沉桩筏板基础设计》赵东亮.基础工程，2001