桩筏基础论文范文

桩筏基础论文篇1

关键词: 桩筏基础;高层建筑;沉降控制

1引言

世界各国已进入现代城市化阶段。共同的问题是城市人口膨胀,住房困难、用地紧张、环境污染和交通堵塞等。高层建筑随着世界城市化的普及、社会生产力的提高、科学技术的进步和人们物质生活的需要而蓬勃发展,这不仅缓解了上述问题,而且开创了整个建筑业的新纪元。在人类必然走向地上和地下空间的同时,现代化城市化必然进入了高层建筑阶段。

然而,当高层建筑筏形基础下天然地基承载力或沉降变形不能满足设计要求时,采用筏底加桩的组合基础使上部结构荷载在平面上扩散和向深层传递,从而有效地提高基础承载能力并减少沉降。因而桩筏基础己发展为高层建筑的主要基础型式。

2高层建筑桩筏基础承载机理

桩筏基础应用的初期正是基于桩筏共同承载的理念。然而,桩筏基础的承载性状毕竟不同于单桩与筏板的简单叠加,它是高层建筑上部结构-桩筏基础-地基土这个共同作用的十分复杂的力学系统中的一部分。人们从基础工程的重要性考虑,在相当长的时期内,对于桩筏基础的承载能力只考虑基桩的承载作用,而忽略筏板的分担荷载,筏板厚度由满足冲切和受弯确定,从而使桩筏基础的设计既相当保守,又十分模糊。因此研究桩筏承载机理,不但有助于对客观事物的认识,更在于可以优化基础设计。

由于上部结构是逐层形成的,即使在同一层混凝土的浇筑过程中也不是一次性浇筑完毕的,这说明上部荷载的形成是逐步的,而且混凝土的凝结硬化也需要一个过程,即就是上部结构的刚度的形成也是逐步的。通过模型试验和现场试验发现,桩筏基础在上部结构荷载和刚度逐步逐级的形成过程中桩同作用的过程简化为三个阶段:

第一阶段(线性段),平均单桩荷载Q小于单桩极限承载力 Q u。当荷载较小,平均各桩桩顶的荷载小于单桩极限承载力时,承台底面的基底反力很小,而且随着时间增长还有减少趋势。桩身的弹性模量远大于地基土的变形模量,并且对于摩擦桩和端承作用较小的端承摩擦桩,桩充分发挥承载力所需要的变形远大于基底土作为天然地基时所需要的变形。因此可以近似的认为,在第一阶段,荷载全部由桩承担。

第二阶段(临界段),Q趋近或达到 Q u。在第二阶段,总荷载不断增加至等于各桩极限承载力之和时,即当各桩Q趋近 Q u时,桩端已开始贯入土中或萌发贯入的趋势,桩再不能多承受荷载,进一步增加的荷载主要靠基底土承担,达到了转折点。

第三阶段(非线性阶段),Q保持 Q u不变,即 Q = Qu。 各桩Q全达到 Qu ,桩能承担的荷载 Q p保持不变,桩端发生一定的贯入沉降,约等于桩间土的压缩量,同时桩端下土体更多地受到压缩而发生变形,只有在第三阶段,承台下的土体才真正参加了共同承担上部荷载的作用。如继续加载,则桩筏基础进入以天然地基为主的承载状态,基底土反力增加很快,反力分布形式与刚性板底反力相近。达到这一阶段,桩-土分担荷载的比例是明确的,在这一阶段末,桩同作用的极限承载力不小于全部桩的极限承载力加上承台下全部土的极限承载力之和。

3桩筏基础沉降计算方法

作为高层建筑桩筏基础设计的控制要求之一,沉降计算的合理性尤为重要,目前桩筏基础沉降计算方法包括有限单元法,简易理论法,半经验半理论法,经验法等。

1、有限单元法

高层建筑桩筏基础与地基共同作用条件下,以有限单元法求桩筏基础位移从方法上讲与其他结构有限元分析相比并无特别之处,但由于计算涉及高层建筑上部结构、筏基、桩土地基等不同部份,各部份之间的接触条件、单元形式、介质材料类型、初始状况各不相同。尤其是桩土、筏土之间几何尺寸的差异及介质力学特征的突变使单元划分较密、计算节点较多,整体刚度矩阵的阶数很高,有限元解题规模十分浩大。为使有限元分析更为有效,可以利用各部分结构的特点分别进行简化。有限单元法求解桩筏基础沉降关键在于弹性力学中迭加原理对于筏底群桩的有效性,因为上述桩土体系的位移荷载关系基于单桩特性和简单迭加。

2、简易理论法

简易理论法视桩与桩间土为整体,如同复合地基,故称为复合地基模式。此法未计及桩径,桩的平面分布对基础沉降的影响,同时对桩端下地基最终沉降计算仍然有赖于实际经验。

3、半经验半理论法

此法基于建筑物总荷载由桩群与筏底地基同承担,桩筏基础视为刚性体,刚性群桩沉降由 Poulos, H.G.和 Davis, E.H.公式确定[14];桩筏基础沉降与群桩沉降相同,建筑物基础竣工时的沉降可根据地区经验的修正系数对计算沉降 S 修正获得。据此可得半经验半理论公式。但此公式也不能反映桩长、桩的平面布置方式对基础沉降的影响。

4沉降控制桩筏基础设计

沉降控制复合桩基是为了充分利用地基土的承载力作用,采用大间距布桩的原则,使群桩中的单桩达到或接近极限承载力,此时单桩的非线性工作状态在其中起着决定性的作用,并且按桩筏基础整体平均沉降量来确定桩数的一种桩筏基础的设计新方法。它是现代上部结构与地基基础共同作用理论在桩基优化设计中的应用。通常情况下采用沉降控制来确定的群桩桩数是常规设计方法桩数的 30%左右,实践表明已取得了良好的经济效益。

4.1筏板下地基土与桩分担外荷载的基本假定

若作用在筏板底面的荷载长期效应组合值Q大于各单桩极限承载力 Pu 之和时,桩分担相当于各单桩极限承载力之和的荷载,筏板下地基土分担余下的荷载。此时群桩极限承载力 Qp = nPu,则筏板底地基土承担荷载 Qs= Q―Qp,式中n为桩数;定义筏板分担比为η,则:η=Qs /Q。

4.2沉降控制桩基础沉降计算

可利用现行的沉降计算商业化软件,如上海同济大学启明星软件等,或规范规定的沉降计算方法。建议采用作者在第三章提出的“考虑土体非线性修正分层总和法”来计算桩筏基础的沉降。该方法不仅考虑了土层的非线性成层分布特点,还考虑了地基土中水平向应力对沉降的影响,同时兼顾了桩长、桩径、桩间距等因素。是一种可靠而准确地桩筏基础沉降方法。

4.3沉降控制桩筏基础桩数的确定

沉降控制桩筏基础的桩数是在上述各沉降计算方法的基础上,计算出若干不同桩数情况下桩筏基础的沉降量,求得桩数与沉降量的关系,然后根据建筑物设计容许沉降量确定合适的桩数。简化的计算仅计算三种不同桩数(按常规设计确定的桩数,上述所需桩数的1/3,桩数为0)布桩时的沉降量,并按线性变化假定求得近似的桩数与沉降关系。桩数确定后,再计算基础沉降,确保桩筏基础沉降量S 不大于建筑物容许沉降量 Sa满足下式:

S≤Sa

总体安全度大于2和总沉降不小于容许沉降的双重控制。由此定义ψ=fA/Q,f为天然地基承载力设计值;A为承台底总面积;Q为上部结构竖向力设计值F,基础自重设计值与基础上覆土重G 设计值之和。

4.4基于桩筏刚度的筏板厚度的确定

为了克服传统方法确定筏板厚度的弊端,根据大量的上部结构-筏-桩-同作用的计算分析和已建建筑物的统计资料,提出了确定筏板厚度的较适宜的方法:

1) 在上部结构和桩的布置基本确定之后,根据已有的经验初选厚度;

2) 采用合理的实用简化方法,或者采用考虑筏-桩-同作用的电算程序,甚至采用考虑上部结构-筏-桩-同作用的电算程序,进行计算分析。以初步确定筏板的内力;

3) 在上述基础上,对筏板进行抗弯、抗剪、抗冲切经验及考虑配筋构造的合理性。并对筏板的厚度作调整,直到要求趋于合理为止。

参考文献:

[1] 龚晓南,陈明中。桩筏基础设计方案优化若干问题。2001

[2] 尚守平等:桩箱(筏)形基础与地基同作用分析.土木工程学报,2000

桩筏基础论文篇2

关键词：桩筏基础、桩身压缩、桩端沉降

1.前言

上部结构的荷载通过筏板分配给群桩和地基，然后扩展到周围的地基中，由此形成地基中的竖向和水平附加应力。由于群桩的应力叠加，桩周土和桩端下卧层中的应力将大大超过单桩，并且影响深度、广度和压缩层厚度均成倍甚至几十倍的增加，从而使群桩的承载力降低，沉降加大，所以以单桩的刚度③进行共同作用分析是不合理的。分析桩与筏相互作用时，可以将桩模拟成弹簧，群桩中的单桩刚度Ki可以表示成：Ki=Pi/Si= /(Spi+Sbi) 式中Pi为i桩桩顶荷载，可近似地取桩顶平均荷载 (总荷载除以总桩数)；Si为i桩桩顶沉降；Sbi为桩端沉降；Spi为桩身压缩。下面叙述如何确定Sp和Sb。

2.桩身压缩Sp的确定

桩身压缩可以通过实测和理论计算两种方法获取。关于桩身压缩的实测方法④作为试桩的一部分工作内容在许多重要的工程中得以运用，该方法是通过测试出荷载～桩顶沉降曲线（P～S曲线）以及荷载～桩端沉降曲线（P～Sb曲线），得出荷载和桩身压缩的曲线（P～Sp曲线）。

如果缺乏实测资料，需要根据弹性理论的方法计算桩身压缩。单桩的载荷试验表明，在设计荷载作用下，桩身轴力沿深度呈三角形分布，则桩的压缩量Sp为：

Sp＝Ppl/2ApEp

式中l为桩长；Ep为桩身材料的弹性模量；Ap为桩的截面积； Pp为单桩桩顶作用的实际荷载；如果认为桩间土不分担外荷载时，则Pp＝P/np；当考虑筏板下的桩土荷载分担比α，那么桩顶荷载为Pp＝（1－α）P/np；α约为10％，np为群桩总数。

注意的是，以上公式计算的是单桩的桩身压缩；群桩中的桩身压缩和单桩桩身压缩有所差异，但是在群桩沉降计算中，桩身压缩与桩端沉降相比较小，因此上述差异应该为工程所容许。

3.桩端沉降Sb的确定

等效分层总和法是国家桩基技术规范推荐的一种计算群桩基础沉降的方法。该方法首先确定桩端平面的附加应力，然后按照Boussinesq解计算桩端平面以下地基中的附加应力分布，在确定下卧层压缩模量的基础上，最后利用分层总和法的思想求出桩端整体沉降量。

在求解桩端平面附加应力的规范方法中，是假定桩端平面的附加应力即等于筏板底面的平均附加应力，据此计算出的群桩沉降乘以沉降经验修正系数，造成计算与实际值偏差较大。如果采用实体深基础的思想，将筏板基底的附加应力乘以桩端荷载传递系数得到桩端平面的附加应力。由此可以看出，在桩筏基础相互作用分析方法中，求解桩端荷载传递系数的表达式成为关键。在大量弹性理论法①~②和有限元法分析成果的基础上，可以看出桩端荷载传递系数与桩数、桩长径比、桩距径比、桩土相对刚度有关，采用回归分析方法获取桩端荷载传递系数的表达式：

＝(000141－0.00127 ＋0.223) lgnp+(1.335－0.084)(1)

式中 Sa为桩间距； 为桩长； 为桩径。

桩端平面的附加应力分布可以按照Mindlin解确定，即将筏板下的平均附加应力乘以桩端荷载传递系数。

(2)

式中是桩端平均附加应力； 采用回归分析所得的公式(1)计算； 是筏板基底的平均应力。

求出桩端平面的附加应力后，桩端下卧层的附加应力分布按照Boussinesq解计算，压缩层的深度取为附加应力是0.1倍的自重应力深度处。

利用等效分层总和法的思想，得出桩端整体沉降Sb公式如下：

Sb= (3)

式中 n为总的计算分层数； 是第i层土中的桩端中心以下平均附加应力； 是第i层土的压缩模量； 是土层的分层厚度。

4．桩筏基础的分析模型⑤⑥

将筏板进行有限元离散，桩土体系的方程可以写成:

[KSP] =(4)

式中 [KSP]为桩土体系的支撑刚度； 为桩土支撑体系的节点竖向位移； 为相应的节点反力。将筏板的节点竖向位移向量和荷载向量分别记为 和 ,刚度矩阵为[KB],则平衡方程：

[KB]＝ － （5）

将式（4）中各向量和矩阵的阶数扩大到与筏板节点自由度总数相同，代入（5）式，并考虑位移的连续条件得到桩土筏板的基本方程：

[KB+Ksp]=(6)

求解上述方程可得出筏板节点的位移。已知结点位移后即可计算筏板内力，挠度，桩反力等一系列结果。

图1 筏板基础简化分析模型

Fig1 Simplified model of the pile-raft foundation

Fig3 Settlement isoline of a raft

5．结论

（1）将桩简化成一定刚度的弹簧作用在筏板下，并考虑位移的连续条件，得到桩土筏板的基本方程,使桩筏基础的相互作用分析得以简化；

（2）结合实际工程，采用分层总和法的计算观点，结合地基附加应力的计算结果，能够求出桩筏基础的整体沉降以及各种内力结果；

桩筏基础论文篇3

关键词：桩筏基础；不均匀布桩；补偿平衡法；桩土相互作用

1　工程概况

自沙花园1#楼，地上主楼十四层，裙楼四层，地下室二层，框架剪力墙结构。2002年五月开始设计。拟建场地从上至下分别人工填土、粉质粘土或含砾质粘土、中粗砂、卵石、粉细砂、粉质粘土、中粗砂、卵石、残积粉质粘土、强化粉砂岩、中风化粉砂岩。粉细砂位于基底0.5～1.5m，厚2～3m，中风化岩位于基底约25m。由于地质条件比较复杂，故需进行综合考虑地基基础设计方案，满足既安全又经济的要求。

2　基础设计方案

初步设计时拟采用人工挖孔桩基础，然而在基坑护壁桩开挖过程中发现位于地面下11m左右的粉细砂极不稳定，在土体自重压力作用下，粉细砂自然上涌，10h最大上涌达2m。护壁桩施工虽然采取有效方法控制了粉细砂上涌，但代价太高。建设方要求基础设计采用其它方案，经研究拟采用筏板基础。然而该工程位于山坡上，勘察方及建设方担心过大的基底压应力可能会导致粉细砂从地势较低处涌出，要求作用在粉细砂土层上的最大压应力不能超过200kPa，该应力值与土体的自重应力基本相当。通过对上部结构进行分析计算，主楼部分由于层数多且抗震墙基本布置在主楼部分，导致基底压应力远超过允许值(除非筏板向四周扩展得很大)。而裙楼部分对地基产生的压应力即使在人防荷载作用下亦不到200kPa。由于受到基底最大压应力的及场地范围影响，必须采用桩筏。

3　补偿平衡法

作为本工程设计的注册结构工程师，本人查阅了国外类似工程的设计文献，决定采用文献中的基础设计方法-补偿平衡法。经过计算，结构下部六层荷载由地基土承担，六层以上的荷载由桩基承担。这种方法参考了桩土共同作用，利用天然地基的承载力，使桩基与天然地基互补，采用控制沉降的方法将上部荷载由桩和筏板共同互补承担，使桩的数量及筏板的厚度得以减少，具有一定的经济效益。

4　布桩方式

在建筑工程中采用桩筏基础，是为了确保建筑物不产生过大的不均匀沉降和不超过允许范围的倾斜。在传统的桩筏基础设计中，主要采用等桩径等桩长等桩距布置，然而对本工程而言，由于上部荷载的不均匀性及受场地限制，若采用均匀布桩将导致结构重心与基础形心距离远大于文献《层建筑箱形与筏形基础技术规范》(JGJ6-99)的要求。同时使有些桩未能充分发挥作用，有时筏板的不均匀沉降也比较大。考虑到主楼和裙楼的荷载差异性，且当前建筑工程中主要采用灌注桩，便于调整桩的桩径和长度，本工程决定采用不均匀的布桩方式，其布置方式大体有如下几种：图1(a)为等桩径等桩长不等桩距；图1(b)为不等桩径等桩长等桩距；图1(c)为不等桩径等桩长不等桩距：图1(d)为桩径桩长桩距均不等。本工程的设计中通过不断调整桩距及桩的承载力，以达到筏板形心与上部结构的基本重合。

5　桩土复合地基设计

5．1桩土复合地基的优点

5．1．1增强桩身上部桩侧土的结构强度，可以提高桩的承载力，改善桩的变形特性，减少地基沉降。

5．1．2通过对桩的施工，实现对桩间土的挤密加固，充分发挥和利用地基土的承载力，有效地解决软土地基承载力不足的问题。

5．2桩土复合地基承载力计算

按照《建筑桩基基技术规范》(JGJ94-94)52条之规定，对于桩数超过3根非端承桩复合地基，当根据静载试验确定当桩竖向极限承载力标准值时，其复合基桩的竖向承载力设计值为：R=ηspQuk/Y S+ηcQck./Yc，其中Qck=qck，·Aco由于qck为承台底1/2宽深度范围内(不超过5m)内地基土极限承载力标准值。由于该范围内土层为粉细砂，所以地基土不管挤密与否，地基土承力允许设计值均控制为200kPa，其极限承载力近似取400kPa。

5．3桩土复合地基及基础沉降设计

设计拟采用φ400钢筋混凝土锤击沉管灌注桩，设计时考虑到若以中风化岩为桩端持力层，虽然可提高每根桩的设计承载力，但桩在设计荷载作用下的沉降量极小，有可能导致地基土尚未开始工作桩就已受压破坏。为此决定所有桩均采用摩擦桩，以粗砂层为桩端持力层。通过计算及静载试验确定单桩承载力特征值为500kN。由于单桩承载力及土极限承载力的确定，通过平衡荷载法初步确定的总桩数就可以求得每根基桩的设计承载力。当基桩的承载力确定后，根据每根柱或每片剪力墙的荷载进行初步布桩。由于为不均匀布桩，所以桩数不能完全由承载力控制，还应通过地基的沉降来调整桩的布置。由于桩在压力为1000kN时测得的位移为35mm，在压力为500kN时的稳定位移为15mm，而无桩部分基础的理论计算位移为22mm。显然在桩土共同作用下，基础位移肯定会大于桩或土任一种情况下产生的位移，甚至会达到两者位移和。因此把桩与土孤立起来进行设计显然不妥。因而桩土共同作用下的基础沉降设计成为本工程的一个难点。由于设计桩距一般在3.75～5.5D间，桩对土有较大的挤密作用。挤密系数f=LxS／(LxS-3.14D2/4)(L、S为桩距，D为桩径)，挤密后的平均压缩系数近似=原系数／f。再根据同一土层中的压压缩系数与压缩模量的相对关系，近似的推算出挤密后地基土的压缩模量。桩土复合地基的基础沉降量近似=挤密后土产生的沉降+桩在设计荷载作用下产生的沉降。通过不断的调整桩距及桩的承载力，达到桩土复合地基与无桩地基沉降量的基本一致。为保证理论与实际的一致，要求勘察单位在桩施工完后，重新钻探取样，测顶桩底以上土的压缩模量。通过比较，两者差距完全在允许范围内。

6　实际沉降的分析与研究

该工程从投入使用到现在已超过四年，通过对施工及使用阶段的沉降测量，主体竣工时最大沉降量为18mm，最小沉降量为10mm，相邻柱与柱之间的最大沉降差为4mm；竣工一年后最大沉降量为24mm，最小沉降量为14mm，相邻柱与柱之间的最大沉降差为4mm；竣工三年后最大沉降量为25mm，最小沉降量为15mm，相邻柱与柱之间的最大沉降差为4mm，说明沉降已基本稳定。此沉降量稍大于理论计算值，但远小于规范允许值。该工程的沉降规律也与附近的一栋纯筏板基础的房屋基本一致。即四角的沉降量大而中部的沉降量小。

7　结论

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关键词：高层建筑，基础设计，嵌岩桩基础，筏式基础，桩筏基础

Abstract: With the rapid development of high-rise buildings, the basic design of the high-rise buildings become more and more the attention of designers from the geological conditions of the high-rise buildings, and comprehensive consideration of various factors, the structure became designers choose economic security concern the problem, the paper start from the common structure of the high-rise buildings, introduced a few common type of high-rise building foundation, and discuss the advantages and disadvantages of the design points.Key words: high-rise buildings, basic design, embedded rock pile foundation, raft foundation, pile raft foundation

中图分类号：[TU208.3]

1.前言

随着社会经济的发展, 高层建筑在城市空间的利用中扮演着越来越重要的角色，同时，迅速发展的高层建筑也给设计师提出了诸多新的挑战。而高层建筑的基础作为高层建筑结构体系的一个非常重要的部分, 因此，在进行地基基础设计时，除了考虑基础的强度和刚度外, 还应考虑考虑地基的强度、稳定性及变形的要求，考虑上部结构体系、地理环境条件、施工条件等诸多因素, 才能设计出既安全又经济的基础形式

2.高层建筑基础选型

基础工程设计中的关键问题是如何根据各地区不同的地质条件,选择安全经济的基础形式。一般情况下，高层建筑应考虑如下几个条件:①高层建筑基础保证基础本身的强度要求,同时，基础上部传递的荷载分布应尽量均匀；②高层建筑基础应支承在较坚固或较均匀的地基上,充分考虑持力层及其下卧层的整体稳定性,同一栋建筑不宜采用多种不同类型的基础形式；③高层建筑基础应满足相关的构造要求,如高层建筑箱基的埋深、高度,基底平面形心与结构竖向静荷载重心相重合,对偏心距的要求、沉降控制等;④高层建筑基础要满足上部结构的正常使用的要求;⑤高层建筑基础一般埋置较深,因此对于施工过程而言,高层建筑的基础应充分考虑深基坑开挖和地下水抽排对周围建筑物的影响,保证施工过程的安全与质量。

2.1嵌岩桩基础

在进行嵌岩桩基础设计时，应注意如下几个问题：①现行规范是国内设计方法的典型代表,但规范存在诸多问题，在使用规范时应结合具体的地层条件和当地的设计经验；②嵌岩桩的成桩方式不同,其承载性状有较大差异，为尽可能充分发挥桩侧、 桩端阻力，应按不同方式设计；设计标准上，应从承载力单方面控制向承载力和变形双向控制进行转化；③桩端阻力及桩身设计参数的取值，要考虑桩的荷载传递规律,使桩端阻力、桩侧阻力能最大限度地得到发挥；④嵌岩桩的设计应以桩身混凝土强度、地基对桩所能提供的承载力及桩体总沉降量作为三个控制标准进行设计。对嵌于强度较高岩层中的桩,桩的承载力一般由桩身混凝土强度控制。合理的嵌岩深度一般取(0.5-1.0)倍桩径即可。因此, 应加强对嵌岩桩施工质量的控制。

2.2 天然地基钢筋混凝土筏式基础

由于特定的地质历史条件,我国的沿海地区往往形成了一种上软下硬的岩土地层,该类型的地层结构硬土层的埋深较浅,因此，较为适合选择作具有两层地下室的高层建筑基础持力层。选择采用天然地基作基础持力层时,需特别注意考虑地基承载力确定及地基变形验算问题。基础的结构设计一般可选择钢筋混凝土块式基础或筏式基础。采用块式基础较为简便,中筒部分可考虑由筏板承托,基础之间结合地下室底板结构布置刚度较大的连梁,并考虑平面刚度极大的地下室底板的连接,基础整体性良好,具有极佳的抗不均匀沉降能力。天然地基块式或筏式基础具有施工方便、工期短、节约投资等优点,建议设计人员在条件允许情况下尽量选用。

2.3 桩筏基础

桩筏基础的基本原理是桩土的协同工作,桩与土在沉降及收缩固结过程中相互协调达到稳定的平衡状态,筏板底土层与摩擦桩共同承担上部结构荷载。一般来说,考虑地下室开挖后地基补偿等因素,筏板底土层具有一定的承载力。所以设计时可根据筏板底土层情况,考虑土承担上部结构荷载的比例。通过对筏板的分析,筏板四周的应力最大,因此在设计时在筏板四周应均匀布置桩且桩距应加密,中部各竖向构件桩的布置宜采用梅花形布置。考虑摩擦桩的特点,桩筏基础设计桩直径不宜过大。筏板厚度的确定除满足冲切要求外尚需满足抗弯、抗剪的要求。

目前,我国现行规范GB5000722002 建筑地基基础设计规范第8. 5. 14 条规定,桩基设计时,应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。相关规范对桩筏复合基础的计算方法并未做出统一规定,采用的计算方法也不尽相同,多根据当地情况和经验确定,大致有以下两种计算方法:

方法1 :假定整个建筑物和重量全部由桩传到地基中去,而承台板只起连接桩顶和传递上部荷载的构造作用。在群桩布置中使桩的受力均匀,桩群形心与上部结构传给基础的荷载重心尽量重合。对于框架结构,可按荷载大小,在柱下集中布桩。对于框剪结构或框筒结构,柱下布桩与框架结构相同,剪力墙或筒体下沿墙布桩。当桩数较多时,也可均匀布桩。根据国内外专家的理论,国内一些设计单位在桩基设计中,当群桩数量较多时,采用了“外密内疏”的内桩方法,即适当减少群桩中部的桩数而增加桩数。

方法2 :参考桩同作用,利用天然地基的承载力,使桩基与天然地基互补,采用控制沉降的方法将上部荷载由桩和筏板共同互补承担,使桩的数量及筏板厚度得以减少。

3减沉设计

减沉设计的基本原理。减沉设计是指按沉降控制原则设计桩筏基础。减沉设计概念主要应用于软土地基上多层建筑设计,在软土地基的基础设计中,有时决定采用桩基主要并不是因为邻近地表的土层强度不足,而是较深处的软弱土层产生过大沉降的缘故,这时可采用数量较少的桩使沉降量减小到允许的范围内,这种桩一般是摩擦桩,在承台产生一定沉降的情况下,桩可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力,能有效地减小沉降量。2) 减沉设计的内容。桩长及桩身断面选择:选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层,桩端持力层压缩性应相对较低。在承台产生一定沉降时桩仍可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力。选择桩身断面应使桩身结构强度确定的单桩容许承载力与地基土对桩的极限承载力二者匹配,以充分发挥桩身材料的承载能力。承台埋深及其地面尺寸的初步确定:首先按外荷载,全部由承台承担时其极限承载力仍有一定安全储备的原则,先初步确定承台的埋深及其底面尺寸,然后确定减沉设计的用桩量,再验算承台的初步尺寸,并给予调整。

4变刚度调平设计

变刚度调平设计的内容。在桩筏变刚度调平设计中,群桩刚度与单一筏板刚度的比值kpr最为关键。最合适的kpr值与桩筏面积比有关,且当有关桩筏面积比范围为16 %～25 %时, kpr值接近于1 。当桩筏面积比较大时,为减小沉降差, kpr值应稍微增大。考虑到桩的非线性,比完全弹性分析所得到的稍大(约50 %) , kpr值可能更为合适。为减小桩的承载能力明显发挥(大于50 %) 后的沉降差,只要kpr = 1 的条件满足,任何实际桩长都可采用。

2) 变刚度调平设计的步骤。按建筑物性质、荷载、地质条件等进行初始布桩并确定板厚,对上部结构、桩筏基础与地基共同作用进行分析,绘制沉降等值线。对沉降等值线进行分析,当天然地基总体沉降不大而局部沉降过大时,根据具体条件对沉降过大部分采用局部加强处理,如采用筏底布桩或复合地基,在桩基沉降较小部位,应抽掉一部分桩,或视土层情况适当缩短桩长或减小桩径。对沉降较大的部位,应适当加密布桩或视土层情况,适当增加桩径桩长,重新形成刚度体系,进行共同工作迭代计算,直至沉降差减到最小。

5．结语

桩筏基础设计是双控的,从优化角度理解,承载力和沉降仅仅是两个约束条件。在特定条件下,承载力和沉降往往只是其中一个起主控作用。在深厚软黏土地基上的桩筏基础,沉降往往是设计的主控要素,应提倡以沉降控制设计的设计思想。桩同工作理论在桩筏复合基础设计中具有明显的效益。在高层建筑设计中,基础方案十分重要,应采用稳妥可靠经济的方法,充分发挥地基潜力,降低造价。

参考文献

[1]GB50007-2002 .建筑地基基础设计规范[ S] .

[2]JGJ3-2002.高层建筑混凝土结构技术规程[ S].

桩筏基础论文篇5

【关键词】高层建筑；基础设计；筏型基础

引言

高层建筑基础是高层建筑结构体系中一个重要组成部分，逐渐被业内人士重视起来。地基基础设计时，首先保证基础具有足够的刚度和强度，其次考虑地基的稳定性、承载力及变形要求等，进一步确定合适的基础形式。

一、高层建筑基础选型的主要依据

在基础工程设计中，根据各地区不同的地质条件，选择合理的基础形式，是个关键问题。一般情况下应考虑以下条件：高层建筑基础首先应满足基础本身的强度要求，上部荷载分布应尽量均匀；基础应支承在较坚固或较均匀的地基上，应考虑持力层及其下卧层的整体稳定性，同一栋建筑不宜采用多种不同类型的基础形式；应满足建筑物使用上的要求，例如人防要求、设置地下车库、地下酒吧、地下商场、地下餐厅等要求；应满足构造的要求，如高层建筑箱基的埋深、高度，基底平面形心与结构竖向静荷载重心相重合，对偏心距的要求、沉降控制等；根据上部结构的不同结构形式选配合理的基础形式；高层建筑基础，一般埋置较深，因此，应考虑深基坑开挖和地下水抽排对周围建筑物的影响，以及地下水造成施工难度的增加和对工程质量的影响。

二、高层建筑基础选型

在高层建筑基础设计中，常用的基础类型有嵌岩桩基础、天然地基钢筋混凝土块式或筏式基础以及桩筏基础等。在基础选型时必须考虑建设场地的地质条件，合理选择基础持力层，同时还应考虑施工周期，工程投资等综合因素。

2.1嵌岩桩基础

在高层建筑基础设计中，由于上部结构传至基础的荷载大，故常用的设计方法是选择以一定厚度的中风化岩层或稳定的微风化岩层作持力层，通过嵌岩桩将上部结构荷载传至岩层。采用嵌岩桩基础持力层变形几乎趋向于零，桩尖承载力大，同时还可考虑桩侧与土的摩擦力，按经验公式计算，单桩承载力高，较容易满足上部结构荷载对基础承载力要求，且设计计算简单，但亦存在着施工周期较长，特别是桩施工完后要等桩的混凝土强度达到设计要求的强度时方可对桩身质量进行检测，对施工工期有一定的影响，工程造价也略微偏高。

2.2天然地基钢筋混凝土块式或筏式基础

基础的结构设计一般可选择钢筋混凝土块式基础或筏式基础。采用块式基础较为简便，中筒部分可考虑由筏板承托，基础之间结合地下室底板结构布置刚度较大的连梁，并考虑平面刚度极大的地下室底板的连接，基础整体性良好，具有极佳的抗不均匀沉降能力。天然地基块式或筏式基础具有施工方便、工期短、节约投资等优点，建议设计人员在条件允许情况下尽量选用。

2.3桩筏基础

在我国沿海城市如上海、海口、汕头等，其岩土地层结构的特点是基岩层埋深较深，嵌岩桩基础几乎无法实施，只能采用摩擦桩基础，但摩擦桩承载力较低，不一定能满足高层建筑上部结构荷载对基础承载力的要求，因此桩筏基础是这部分地区高层建筑基础设计的重要选择。桩筏基础的基本原理是桩土的协同工作，桩与土在沉降及收缩固结过程中相互协调达到稳定的平衡状态，筏板底土层与摩擦桩共同承担上部结构荷载。一般来说，考虑地下室开挖后地基补偿等因素，筏板底土层具有一定的承载力。所以设计时可根据筏板底土层情况，考虑土承担上部结构荷载的比例。通过对筏板的分析，筏板四周的应力最大，因此在设计时在筏板四周应均匀布置桩且桩距应加密，中部各竖向构件桩的布置宜采用梅花形布置。

三、高层建筑桩筏复合基础设计

3.1桩筏复合基础的设计理论

目前，我国现行规范GB50007-2002建筑地基基础设计规范第8.5.14条规定，桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。相关规范对桩筏复合基础的计算方法并未做出统一规定，采用的计算方法也不尽相同，多根据当地情况和经验确定，大致有以下两种计算方法：

方法1：假定整个建筑物和重量全部由桩传到地基中去，而承台板只起连接桩顶和传递上部荷载的构造作用。在群桩布置中使桩的受力均匀，桩群形心与上部结构传给基础的荷载重心尽量重合。对于框架结构，可按荷载大小，在柱下集中布桩。对于框剪结构或框筒结构，柱下布桩与框架结构相同，剪力墙或筒体下沿墙布桩。当桩数较多时，也可均匀布桩。

方法2：参考桩同作用，利用天然地基的承载力，使桩基与天然地基互补，采用控制沉降的方法将上部荷载由桩和筏板共同互补承担，使桩的数量及筏板厚度得以减少。

3.2减沉设计

1）减沉设计的基本原理。减沉设计是指按沉降控制原则设计桩筏基础。减沉设计概念主要应用于软土地基上多层建筑设计，在软土地基的基础设计中，有时决定采用桩基主要并不是因为邻近地表的土层强度不足，而是较深处的软弱土层产生过大沉降的缘故，这时可采用数量较少的桩使沉降量减小到允许的范围内，这种桩一般是摩擦桩，在承台产生一定沉降的情况下，桩可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力，能有效地减小沉降量。同时，承台或筏板也能分担部分荷载，与按桩承担全部荷载设计的桩基相比，根据不同的容许沉降量要求，用桩量有可能大幅度减少，桩的长度也可能减短，因而可以获得较好的经济效果。

2）减沉设计的内容。桩长及桩身断面选择：选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层，桩端持力层压缩性应相对较低。在承台产生一定沉降时桩仍可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力。选择桩身断面应使桩身结构强度确定的单桩容许承载力与地基土对桩的极限承载力二者匹配，以充分发挥桩身材料的承载能力。

3.3变刚度调平设计

1）变刚度调平设计的内容。

在桩筏变刚度调平设计中，群桩刚度与单一筏板刚度的比值kpr最为关键。最合适的kpr值与桩筏面积比有关，且当有关桩筏面积比范围为16%～25%时， kpr值接近于1。当桩筏面积比较大时，为减小沉降差， kpr值应稍微增大。考虑到桩的非线性，比完全弹性分析所得到的稍大（约50%），kpr值可能更为合适。为减小桩的承载能力明显发挥（大于50%）后的沉降差，只要kpr=1的条件满足，任何实际桩长都可采用。当然，为获得桩承载特性的合理发挥，桩的承载力应以侧摩阻力为主，而不是桩端阻力。研究表明，桩的总承载力发挥的强度与桩的极限承载力的比值m不应超过0.8，以避免沉降差明显增加，在m

2）变刚度调平设计的步骤。

按建筑物性质、荷载、地质条件等进行初始布桩并确定板厚，对上部结构、桩筏基础与地基共同作用进行分析，绘制沉降等值线。对沉降等值线进行分析，当天然地基总体沉降不大而局部沉降过大时，根据具体条件对沉降过大部分采用局部加强处理，如采用筏底布桩或复合地基，在桩基沉降较小部位，应抽掉一部分桩，或视土层情况适当缩短桩长或减小桩径。对沉降较大的部位，应适当加密布桩或视土层情况，适当增加桩径桩长，重新形成刚度体系，进行共同工作迭代计算，直至沉降差减到最小。

四、结束语

基础工程造价在整个工程造价中比例很大，不同的基础型式造价相差也较大，针对工程地质及建筑物结构形式不同，合理选择基础形式的意义重大。

参考文献：

[1]姜海菊.江浙地区高层建筑基础的选型与优化设计――以某高层住宅楼工程为例[J].建筑.2011（08）

桩筏基础论文篇6

关键词:高层 建筑 混凝土 筏板 基础设计

Abstract: with the continuous development of society and progress, the high-rise building plate beam slab of concrete with raft foundation design is of great significance. The article mainly discusses high-rise building plate beam slab of concrete and related content in tube raft foundation design.

Key Words: high building concrete raft foundation design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

引言

当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的整体结构、功能、经济可行性都将发生质的变化。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多关键问题需要加以考虑和解决。平板式筏基为无梁体系，传力简捷，整体刚度好，施工速度快，是高层建筑框架结构常用的基础形式。

1.工程概况

金大洲住宅小区, ,其中16号楼为34层的高层住宅,建筑总高度为99.8 m,主体结构为剪力墙结构,设一层地下室。本工程主体为剪力墙结构,剪力墙间距小,刚度大,整体性好,故基础采用平板式筏板。筏板厚度结合上部剪力墙间距、荷载分布及地基刚度综合计算后确定为1 400 mm,C30混凝土,HRB335主筋。基础计算采用PKPM CAD工程部编写的JCCAD进行分析计算,对筏板按有限元网格进行自动划分,并按板元法计算。上部结构用SATWE计算时点取“生成基础的刚度”选项,考虑上部结构刚度凝聚,在基础计算时迭加上部结构凝聚刚度和荷载向量,筏板上剪力墙考虑高度为10 m,有限元网格划分为1 m网格。本工程沉降计算时首先要按地勘报告输入地质数据,读取考虑上部结构刚度后的SATWE荷载,进行沉降试算。计算出平均沉降S1,求出板底土反力基床系数K。K=总面荷载值p(准永久值)/平均沉降S1(m)。

对于基底土局部地层分布不均匀,采取换填低强度等级的素混凝土或采用碎石、卵石等材料碾压或振密处理,上部结构荷载在筏板基础上分布不均匀,可以对其K值进行修正。本工程基础采用平板式筏板,设计中按有限元计算并考虑不利因素适当调整配筋。其配筋量比倒扣楼盖节省25%左右。工程施工完后,主体沉降等各项指标均满足规范要求。

2.高层建筑基础选用筏形基础的优势

(1)筏形基础可充分发挥地基承载力。

(2)筏形基础沉降小,调整地基不均匀沉降的能力强。

(3)施工方便且造价低。

3.平板式筏基的结构设计

3.1 地基基础结构方案选择

高层建筑常用的基础结构型式为桩基础，①采用预应力管桩基础，以强风化花岗岩为桩端持力层，由于场地基岩埋深相对较浅，地下室开挖后，最短有效桩长仅为2m左右，且场地局部地段在残积层中存在中风化岩孤石，对预应力管桩施工带来困难。②采用人工挖孔桩基础，以中微风化花岗岩为桩端持力层，人工挖孔桩成孔时要穿过坚硬土层进入稳定、完整的基岩需要降水和爆破，且要等到龄期后才能进行桩的检测和验收，施工周期长，工程投资高，同时，人工挖孔桩还存在施工危险性高，容易对周边建筑物造成影响等缺点。

3.2 筏板基础的平面布置

尽量使建筑物重心与筏基平面的形心重合。筏基边缘宜外挑，挑出宽度应由地基条件、建筑物场地条件、柱距及柱荷载大小、使地基反力与建筑物重心重合或尽量减少偏心等因素综合确定，一般情况下，挑出宽度为边跨柱距的1/4～1/3。

3.3 选用恰当的地基棱型和计算方法

一个筏基可以包括两个独立的受力系统：一是底板，另一是加劲结构系统。底板的板底应力应符合公式的要求：Pkmax=（Fk Gk）/A M/W≤1.2fa。平板筏基的内力分析，理论上有刚性板法和弹性地基梁、板法。对于刚性板法，它可按倒楼盖的假定进行设计，以板底净反力作为分布荷载，柱（墙）视为支座进行内力分析，计算筏板由局部弯曲引起的内力。虽然可以不考虑整体弯曲，但在端部附近范围内拟增大基底反力10%~20%；对于相邻柱间荷载与柱间距变化不大时，也可采用条带法计算。

对于弹性地基梁、板法，由于计算元素数量多，运算工作量大，通常采用计算机程序辅助设计。将筏板设成两种基本单元――矩形弯曲板单元和板架梁单元，并提供三种地基模型：①文克尔地基模型；②分层总和法（又称有限压缩层）地基模型；③有桩基约束的地基，即复合地基模型。根据不同的土层地质情况，选用相应的地基模型:

文克尔地基模型，适用于软土地基，压缩层较薄的地基、砂土地基等，在实际使用时，重要的是选用适当的基床系数。

分层总和法地基模型，适用于地基较复杂、地基刚度变化大或需要计算沉降值的基础。

复合地基模型，较适用于筏板下有桩的情况。

筏板的板厚，按现行规范提供的冲切计算公式确定。筏板厚度须满足冲切承载力要求，且应验算距内筒边缘或柱边缘h0处筏板的受剪承载力。当筏板厚度变厚时，还应验算变厚处筏板的受剪承载力。

筏板的加劲结构系统，是防止底板各支承点发生过大的差异沉降。除计算底板的应力外，还要计算建筑物沉降后对基础底板形成的挠度，合理地选择板厚及相应的配筋和布置暗梁，使其不致产生明显的裂缝或渗漏。

3.4 筏板基础厚度的确定

筏板基础的厚度由抗冲切和抗剪强度确定，同时要满足抗渗要求，局部柱距及柱荷载较大时，可在柱下板底加墩或设置暗梁且配置抗冲切箍筋，来增加板的局部抗剪切能力，避免因少数柱而将整个筏板加厚。除强度验算控制外，还要求筏板基础有较强的整体刚度。一般经验是筏板的厚度按地面上楼层数估算，每层约需板厚50mm~80mm。本工程塔楼地上21层，筏板厚度为1100mm；部分轴力较大的柱，柱下板底加墩，柱墩厚度为1600mm。

3.5 筏板基础的内力分析

筏板基础的内力分析常用简化计算方法，其最基本的特点是将由上部结构、基础和地基3部分构成的一个完整的静力平衡体系，分割成3个部分，独立求解。倒楼盖法是应用得最广泛的一种简化计算方法。倒楼盖法适用于地基比较均匀、筏板基础和上部结构刚度相对较大、柱轴力及柱距相差不大；其缺点是完全不能考虑基础的整体作用，也无法计算挠曲变形，夸大上部结构刚度的影响。

上部结构、基础和地基三者的关系是相互影响、相互制约的关系。把上部结构、基础和地基三者作为一个共同工作的整体的计算方法，其最基本的假定是上部结构与基础、基础与地基连接界面处变形协调，整个体系符合静力平衡。对于基础，由于考虑了上部结构的贡献，使其整体弯曲变形和内力减小，而取得较为经济的效果；对于上部结构，由于考虑了因基础变形引起的变形，这种变形将使上部结构产生次应力，考虑了这种次应力，结构将更安全。

3.6 平板式筏基的结构构造 现行建筑《地基基础设计规范》中，对平板式筏基的计算及构造作了详细的规定。

钢筋的配置，平板式筏基柱下板带和跨中板带的底部钢筋应有1/2~1/3贯通全跨，且配筋率不应小于0.15%；顶部钢筋应按计算配筋全部连通。为加强筏板的强度，可沿柱网下增设暗梁，每侧比柱宽出50mm，梁高与板厚相同，利用筏板配箱作为暗梁纵向钢筋，布置一定量的箍筋，以构成柱下暗梁。平板式筏基板厚往往比较厚，宜每隔20~40m设置后绕带，或按超长超宽大体积混凝土进行无缝设计与施工。平板式筏基具有许多优点，它能最大限度地发挥地基的承载力，并且具备足够的刚度以调整不均匀沉降，或跨越地基局部的小溶洞或溶槽。它结构简单，施工方便，工期短，对于上部建筑较规整的柱网和柱（墙）荷载不大的情况下，选用平板式筏基最为适宜；在当采用条基或交叉梁基础难以满足地基承载力或变形要求时，平板式筏基是一种很好的选择。

结束语

高层建筑基础设计是制约高层建筑的安全可靠性和经济合理性的关键环节,直接关系到工程造价、施工难度和工期。因此高层建筑的基础选型应因地制宜,对于场地简单、承载力高的土层埋藏较浅时,可选用筏板基础,并选择合理的计算模型进行分析计算,可以做到“安全适用、技术先进、经济合理”的预期目标。

参考文献

[1]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[2]JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]钱力航.高层建筑箱基与筏形基础的设计计算[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4]黄柯,袁桂波.筏板基础设计与计算方法的讨论与研究[J].山西建筑,2011,34(35):134-135.

桩筏基础论文篇7

关键词：地下室底板；无梁楼盖；肋梁式筏板；抗浮设计

中图分类号：TU93+1

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2008）03-0122-02

1工程概况

衡阳某花园小区项目总占地面积45000m2，分三期开发，本工程为小区的二三期工程，二期工程用地7200 m2，地上建筑为16层，建筑面积为24500 m2；三期工程用地9230 m2，地上建筑为二栋13层，建筑面积为28500m2；建筑结构均采用框支剪力墙结构。其地下室横跨二三期高层和小高层建筑物及中间位置，地下二层，面积为23000 m2，作车库和设备用。

2地下室底板结构设计方案确定

本工程地下室底板板面相对标高为－9.250m，由于基础较深，地下室底板承受水浮力作用，现就无梁楼盖及肋梁式筏板两种结构形式方案分别作如下计算分析比较。

2.1无梁楼盖式底板

该方案的内力分析和配筋计算应按柱上板带和跨中板带进行。为了使各截面的弯矩设计值适应各种活荷载的不利组合，在应用该法时，要求无梁楼盖的布置必须满足下列条件：

（1）每个方向至少应有三连续跨；

（2）同方向相邻跨度的差值不超过较长跨度的1.3；

（3）任一区格板的长板与短板的比值不应超过2；

用该方法计算时，只考虑全部均布荷载，不考虑活荷载的不利布置。弯矩系数法的计算步骤如下：

（1）分别按下式计算每个区格两个方向的总弯矩设计值：

g、q――板单位面积上作用的永久荷载和可变荷载设计值：

c――柱帽在计算弯矩方向的有效宽度。

（2）将每一方向的总弯矩，分别分配给柱上板带跟跨中板带的支座载面和跨中载面，即将总弯矩乘以相应的系数。

假设本工程地下室底板板厚750mm，则底板板底承受着9.85m（9.25+0.75－0.15=9.85m，由于地下水比较丰富，故计算设防水压取到自然地坪）高水压作用。因此计算得到此时水浮力标准值为42.75KN/m2(扣除板自重及覆土重)；而底板自重加面层及其上使用荷载，其标准值为23.75KN/m2，因此，该地下室底板处于向上作用的水浮力控制状态，现在按照经验系数法计算结果如表1：

故此，柱上板带支座截面弯矩作用下需要配置φ22@150（As=2534mm2）跨中板带跨中截面弯矩作用下需要配置φ18@150（As=1696mm2），才能满足计算要求。

2.2肋梁式筏板结构

为了减少板厚，常在单向或双向设置肋梁，肋梁可以往上也可以往下设置。当底板、墙板和顶板连成整体时，便形成刚度很大的箱形基础。将地下室底板设计成肋梁式的筏板时，梁既是柱间的连梁又是板的支座，特别是梁上凸型肋梁筏板，既便于底板上坑、沟的设置，又可避免基础边缘的应力集中造成裂缝，且梁板结构受力明确，刚度大。由于连续基础高度方向的尺寸远小于其它两个方向的尺寸，可以把它们看成地基上的梁板结构。该结构的受力特征是：

（1）剪力墙与柱下梁顶压应力和梁底拉应力较大，跨中梁顶受拉，内纵梁跨中顶受拉，梁底受压，支座处梁底受拉、梁顶受压；纵向边梁与横向主梁相交处梁顶受拉，与次梁相交处梁顶受杖，特征明显；柱角处处梁底存在着应力集中现象。

（2）内柱周边板顶拉应力和板底压应力较大，应力集中现象明显。

（3）基础梁的竖向位移中间较大，两端较小，边界元压力分布与基础位移分布相对应，基本符合文克勒假定。

按《规范》第8.4.5条规定，梁板式筏基底板应满足受冲切承载力和受剪切承载力的要求，通过对跨度从6～10m、长宽比从1～3、板厚从400～1000mm变化的梁板式筏基底板的计算来看，梁板式筏基底板都是受冲切承载力起控制作用，因此一般的梁板式筏基底板可以不进行底板受剪切承载力的验算。对于平板式筏基而言，底板的柱下及核心筒边的抗冲切验算则必不可少，且应考虑不平衡弯矩的作用，尤其是边柱和角柱。与平板筏基相比，梁板式筏基对于减小不均匀沉降、改善筏板内力分布、降低工程造价方面都有比较明显的优点。

因此，经过两个方案的反复比较，本工程最后选定的是肋梁式筏板结构。

3地下室肋梁式结构底板的主要结构参数和优化设计处理

地下室底板基础主梁截面为600×1200，次梁为450×1000，底板板厚500mm，双层双向φ16@150。具体布置详见图1所示。与无梁楼盖式底板相比，板厚比其折算厚度减小将近15 mm，底板配筋也相应减少。

地下室底板采用肋梁结构时，为了加强筏基梁与板的共同作用，设计时采用了适当的构造措施。图2为筏基梁基槽施工图，用素混凝土将梁侧充垫，扩大板与土体的有效接触面积，在发挥板作用的同时，可改善梁的受力状况。图3为梁纵筋与板筋位置关系示意图，板①筋位于梁②号筋以下较为合理，因为此时的板作用没有完全发挥，更有必要加强二者的整体性，只是板的有效高度比设计值小，但并不影响板的抗冲切能力，设计时须注意该位置关系。

4地下室底板抗浮设计处理

地下室上浮是因为地下室结构及上部结构的荷载重量不足以克服地下水的浮力，当筏板基础底板上的结构重量大于实际上浮力后，整个基础结构就能稳定。本工程地下室底板承受9.6m（9.25+0.5－0.15=9.6m）水浮力作用,但是由地下室底板、地下一层板，地下室顶板及覆同产生的永久荷载标准值为49.5KN/m2，由计算可知，建筑物自身重量不能来平衡水浮力的作用，因此本工程需要对地下室进行抗浮设计。但是由于锚杆在施工过程中，需要的施工工艺比较高，施工周期长，且费用较大。因此，本工程采用灌注桩作为抗拔桩，利用侧摩阻力和自身重度来抵抗浮力，由于地下水丰富，故此选用φ800灌注桩来实现地下室的抗浮设计。桩长26m，配筋12φ25，12фs15.2。考虑经济合理原则，采用后张法无粘结预应力技术，减少钢筋用量。

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-94的规定，承受抗拔力的桩基需验算以下几部分：

(1)桩侧阻力和自重：桩侧阻力和自重满足抗拔极限承载力标准值要求：

采用桩侧两道后注浆，桩侧阻力提高1.7倍。

经计算，满足要求。

(2)桩身主筋和预应力：依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002，桩身主筋和预应力筋满足抗拔承载力要求。

经计算，满足要求。

(3)桩身混凝土依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002，桩身混凝土满足抗裂要求：

最大裂缝宽度：

将以上结果代入式（3），得最大裂缝宽度ωmax=0.057mm

以上分析验算表明,本工程的抗浮处理措施是合理有效的。

5结语

地下室底板结构除了作好抗浮处理外，还应对其做好防水处理措施，以防止其局部渗漏造成结构破坏现象的发生。地下室超长结构设计时，单靠后浇带不足以解决混凝土收缩和温度变化问题，可以考虑采用补偿收缩混凝土，在适当位置设置膨胀加强带，结构设计时还应对地下室，各部位混凝土的限制膨胀率提出明确要求。

参考文献：

[1] 建筑地基基础设计规范.GB50007-2002.

[2] 建筑桩基技术规范.JGJ 94-94.

[3] 混凝土结构设计规范.GB50010-2002.

桩筏基础论文篇8

关键词：高层建筑；沉降；加固措施

中图分类号：TU47

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）6-0178-03

1 不均匀沉降问题

某高层在建住宅楼工程，剪力墙结构，地上25层，地下1层，建筑总长27.1 m，宽16.9 m，高 72.80 m。建筑场地类别为Ⅱ类，场地为中软场地土，场区地层在勘察深度范围内可划分为以下9层：①-1杂填土Qml， ①-2冲填土Qml，②淤泥质粘土Ql4，③粘土Qal+pl4，④粘土Qal+pl3，⑤粉质粘土Qal+pl3，⑥粘土混砂、砾碎石Qal+pl3，⑦粘土 Qal+pl3，⑧强风化粉砂质泥岩E，⑨中风化粉砂质泥岩E。原设计采用预应力管桩PHC500AB-125桩筏基础，单桩竖向极限承载力为 3600 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为1800 kN，总桩数 211根，桩长约22 m，桩端持力层为⑥粘土混砂、砾碎石层。筏板垫层（桩顶）以下采用Φ500 mm，桩长2～4 m水泥土搅拌桩地基加固处理。

该项目桩基验收后开始上部结构施工，同步进行第三方沉降观测，沉降观测测点设置符合规范要求，施工至5层结构楼板时发现沉降有异常现象（此时北侧地库土方已开挖完毕，南侧和西侧临街土方已回填）。补桩前S-T沉降关系曲线如图1所示。

根据沉降观测报告，施工完成的荷载相对桩基总承载力不到设计最大荷载的30%，个别测点沉降量偏大，此时主体结构已暂停施工，但沉降有进一步加大现象，1号观测点约12 mm，6号点约8 mm，8号点约15 mm，11号点16 mm，各相邻测点沉降量不均匀；对照测点布置及荷载情况，沉降数据规律性不强，仅东侧沉降异常与对应管桩为Ⅱ类桩或桩垂直度超1%相关。观测期内并未继续加载，而所有测点均继续下沉，且有多点沉降速率大于0.18 mm/d，个别测点沉降量有陡降趋势（个别点两天沉降量达12～18 mm），个别测点垂直度达到2.1‰，接近建筑地基设计规范中建筑物地基倾斜变形允许值，并出现多个观测点沉降异常、沉降速率偏大的情况，在此之后连续多次观测，沉降量继续加大，沉降速率仍偏大，差异沉降明显。

根据以上沉降^测记录判定该住宅楼部分管桩桩身和承载力出现了质量问题，为保证建筑结构质量安全和使用功能，必须采取加固措施。

2 不均匀沉降原因分析

（1） 根据地勘报告，因住宅楼楼所处位置淤泥层较厚，管桩在淤泥层中会引起土体挤压隆起，降低管桩的承载力；管桩施工穿越土层为粘土层，产生挤土效应，场地易隆起，先期压入的管桩被抬升，造成承载力不足、沉降量过大等问题[1]。

（2）Ⅱ类桩及部分管桩垂直度超偏对建筑物的沉降形成一定的不利影响。

（3）基坑支护钢板桩发生局部土方坍塌对管桩间土体产生扰动。

（4）施工方擅自将静压管桩改为锤击成桩工艺也产生一定负面影响。

（5）水泥土搅拌桩地基加固施工质量较差，管桩有破坏可能。

3 加固施工难点

（1）施工场地狭小，层高受限，在已建成地下室内桩基施工需先拆除影响钻机安装及行走的人防墙并不得影响主体结构安全，人工破除孔位的筏板钢筋混凝土才能钻孔施工。

（2）设备要求严格，地下室内作业对钻机的规格要求较高，需根据地下室的净高、剪力墙及人防墙位置来改装冲击钻。

（3）场地地质条件复杂，淤泥层较厚，地下室狭小空间内冲击钻钻孔施工进度缓慢。

（4）施工工艺复杂，钻孔过程中需用泥浆泵回浆，安放钢筋笼前需把钢筋笼进行分割，且需定制每段1.5～2 m的导管，成桩质量控制难度大。

（5）钢筋植筋需对照图纸进行细致处理，与原底板、墙柱粘接牢固，植筋质量要求高。

（6）施工期间，应加强观测并应做好遇到险情后的处理预案，后期主体结构施工应加强建筑物的沉降及倾斜监测。

4 加固技术措施

（1）为彻底解决沉降异常问题，对原桩筏基础重新进行加固技术处理措施，采用钻（冲）孔灌注桩托换原管桩（原管桩按废桩处理）加固基础[2]，桩径800 mm，共124根（其中：地下室内72根，地下室外52根），设计桩长33～36 m，桩端持力层为⑨中风化粉砂质泥岩，单桩竖向抗压极限承载力不低于8000 kN，单桩竖向抗压承载力特征值为4000 kN。在原筏板面增设厚1400 mm筏板基础，并外扩2400 mm，形成新的桩筏基础。新增筏板与原筏板、墙、柱通过化学植筋方法形成可靠连接。

（2）施工顺序。试桩-建筑物形成可靠基坑支护-拆除影响桩基施工的结构（主楼内人防墙、非主楼地下室筏板、局部地下室顶板）-建筑外侧桩基施工-建筑物内桩基施工（在原筏板上无损开孔）-室内钻孔桩施工-后注浆-桩基检测验收-新老砼结合面凿毛洗净-在原筏板面及墙柱侧边植筋-新筏板钢筋绑扎-浇筑新筏板混凝土-垂直度观测-基础验收合格-上部结构施工。

（3）补桩施工前，编制桩基专项施工方案，先进行成桩工艺试验和试桩检测（建筑物内2根，屋外1根），确定单桩竖向抗压承载力特征值，合格后方可组织施工。补桩在原筏板上开孔，按规范及设计要求预埋声测管及后注浆管，混凝土灌注2日后30日前开始后注浆，施工完毕进行单桩竖向抗压承载力及桩身完整性等检测验收。

（4）加固施工前基坑形成安全可靠支护体系，确保对补桩和建筑物无影响。西南侧采用12 m钢板桩支护，上部1∶2放坡，喷射C20厚80～100 mm混凝土。补桩及基坑支护设计均进行设计审查或技术咨询、论证、施工方案报审等相关手续。

（5）持续沉降观测，信息化指导施工，在建筑物内外均设置沉降观测点，密切关注建筑物工作状态变化。

（6）补桩钢筋笼制作安装、泥浆、含砂率及成孔质量严格按建筑桩基技术规范要求，采用气举反循环二次清孔，控制孔底沉渣厚度不大于 50 mm，为防止塌孔应立即进行混凝土浇筑，灌注混凝土充盈系数不小于1.1。为保证桩头质量，在孔口支设钢模板将筏板孔口抬高形成超灌，超灌高度50 cm。

（7）封桩处理，为防止补桩过程中建筑物过大沉降或不均匀沉降，补桩位置及顺序应参考沉降观测结果和设计要求进行。用风镐将超出原筏板面的桩头破除至筏板底部垫层处进行筏板扩底，并将桩头四周原土向下清理20 cm，使桩头露出距筏板顶面40 cm处向下、向四周扩底，找出筏板下层钢筋并向内扩底，将钢筋断头全部露出长度不小于10 d，用相同规格数量钢筋焊接，浇筑混凝土封桩，再进行其他桩位补桩及封桩施工。

（8）补桩完成进行桩基检测验收后开始植筋处理，采用A级结构胶，板面、梁面植筋长度为20 d，墙柱面贯通植筋；植筋与原混凝土界面有良好的粘Y，粘结剂完全固化前，不得触动植筋；新旧混凝土相接处，原混凝土保护层凿毛，洗净。植筋不得伤害原有结构钢筋，新增纵筋应避开梁、柱钢筋，原墙柱穿钢筋处采用A级结构胶灌实[3]。

（9）植筋按规范验收后进行增设筏板钢筋绑扎和混凝土浇筑，筏板钢筋HRB400级，混凝土强度等级为C40，补桩加固完成。

补桩加固完成后住宅楼沉降量有明显减小趋势，S-T沉降关系曲线图如图2所示。

5 结语

该住宅楼不均匀沉降加固技术措施，加固前最大累计沉降量19.34 mm（3个月），日均最大沉降值0.21 mm/d，补桩加固完成7 d后最大累计沉降量7.91 mm（6个半月），日均最大沉降值0.039 mm/d，经验收合格后重启上部结构施工，并持续进行沉降和倾斜监测，收集沉降观测数据，确认沉降稳定后继续施工，最终完成上部结构和装修施工，测点沉降稳定并在规范允许值内，说明本次加固技术措施适当可靠，为今后解决此类问题提供了有益的经验。

参考文献：

[1]龚晓南.地基处理新技术[M].西安：陕西科学技术出版社，2006.

[2]中国建筑科学研究院.既有建筑地基基础加固技术规范JGJ123-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.