桩筏基础论文范文
时间：2023-02-23 02:12:06
桩筏基础论文范文第1篇
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/YS+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
桩筏基础论文范文第2篇
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/YS+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
通过本工程可以看出，当上部竖向荷载不均时完全可以采用不等距布桩的筏板基础，从而减少筏板的内力及不均匀沉降；摩擦型桩筏基础的沉降规律与纯筏板基础基本一致。
摘要：在上部竖向荷载对地基产生的应力分布很不规则导致筏板基础形心与结构重心距离很大，通过不均匀布置摩擦桩，采用桩同作用的复合基础调整基础荷载重心，从而使筏板形心与上部结构重心基本重合，本文介绍了一种设计经验，旨在为类似工程提供参考和借鉴。
桩筏基础论文范文第3篇
【关键词】抗拔桩；JCCAD；优化设计
一、引言
目前，国内外对优化布桩问题尚没有共同的认识，在工程设计中也没有统一的计算方法，尤其是针对抗拔桩或者兼有抗拔与抗压桩共同存在的桩筏基础的优化布桩。因此，关于桩筏基础的变形特性、筏板内力、桩顶反力分布和筏板的变形也是急待解决的一个重要课题。对抗拔桩筏基础而言，其变形分为平均上浮变形和差异上浮变形，而由于差异上浮变形会引起上部结构的次应力甚至会造成破坏，因而更加为人们所注意。
对于抗拔群桩桩筏基础的优化设计，在有关桩筏基础设计与计算方法的研究中，关于抗拔桩筏基础非均匀优化布桩方式的探讨，尚不多见。因此，如何将基础的平均变形（沉降与上浮）控制在可接受的水平，最大限度地减小差异沉降，使基础在承载熊力和变形两方面均满足规范设计要求，是一个值得探讨而又具有重大现实意义的问题。
二、本文研究内容
本文利用PKPM的JCCAD模块的抗拔群桩桩筏基础的有限元分析方法，对单建式地下车库承受竖向抗荷载进行计算与分析，讨论与分析下述几个问题，并且提出以极小化筏板差异变形为目标函数的抗拔桩筏基础优化设计方法：
（1）在筏板的相对刚度和桩间距保持不变时，地下水位变化时，等间距均匀布桩桩筏基础的沉降特性、桩顶反力的分布、筏板内力与变形的变化特征等；
（2）分别抽去等间距均匀布桩桩筏基础的某些特定范围桩或者加密某些特定范围桩，比较分析二者对基础平均变形、差异变形及筏板内力的影响；
（3）对桩的优化布置方式进行讨论，比较桩数相同时，等间距均匀布桩和非均匀布桩对基础平均变形、差异变形和筏板内力的影响及其随筏板相对刚度的变化特征。
（4）由此，得出一种能够减小差异变形的抗拔桩筏基础的优化设计方法。
三、优化原理及目标
1.优化原理
优化设计的数学模型一般是由设计变量、目标函数和约束条件三个要素构成：
（1）结构优化设计中要求解的对象就是参与结构优化设计的参数，这些对象称为设计变量。在抗拔桩筏基础的优化设计中，对于桩基，一般选择桩长、桩径、桩间距和桩数作为设计变量，有时，甚至选择桩的布置方式作为设计变量，也即选择桩的最佳布置方案。
（2）本文所提到的抗拔桩基优化设计的目的是在满足各种约束条件的前提下，尽可能使基础造价最低。由于通常筏板厚度是根据工程经验确定，而桩长，和桩径是根据特定的地质条件决定。为此，本文将针对抗拔群桩基础的布桩方式进行优化，以总桩数的最小化作为优化的目标函数。
（3）优化设计中，边界约束条件是必需的，有了这些边界约束条件，优化设计才会具有实际工程意义。对于抗拔桩筏基础而言，约束条件分为三个方面：一是强度约束，即保证所设计的基础有足够的承载力；二是变形约束，即保证所设计的基础不产生过量的变形和差异变形；三是构造约束，按现行规范和施工经验确定。强度约束一般通过确定桩数、桩长、桩径等上下限来体现；变形约束主要通过允许变形量和筏板最小厚度来反映；构造约束可用桩间距、边桩距周边净距等表示。
2.优化目标
本文主要通过抗拔群桩基础的有限元分析方法，对抗拔群桩基础的布桩方式进行优化，以期在减小筏板弯距，减少差异变形的优化目标下，提出抗拔群桩桩筏基础优化布桩的方案。针对实际工程中，地下水位可能变化的幅度较大，本文中假设了两种最高最低地下水位，即考虑最高水位和最低水位两种工况下而得出的优化设计方法。将采用PKPM的弹性地基梁板模型（WINKLER模型）有限元分析方法对抗拔群桩基础的布桩形式进行优化设计。
四、优化分析
1.桩筏基础模型
（1）基本尺寸
柱距：9mX9m，筏板厚度700mm，桩型500mmx500mm方桩。
图4-1均匀布桩模型平面图 图4-2优化布桩模型平面图
（2）参数选取：
桩身竖向刚度：Kn=4.0xl03kN/m，桩身弯曲刚度：Km=1.0xl03kN/m，桩底土的压缩模量：Es=10MPa，土体内聚力：c=0.5x104Pa，内摩擦角：Ф=140
（3）荷载选取：
最高水位上浮力：50kN/m2，最低水位上浮力：10kN/m2，筏板自重：17.0kN/m2，柱底力详图4-3。
图4-3柱底反力图
2.不同布桩型式的桩筏基础特性分析
（1）筏板的变形特性
对单建式地下车库，抗拔群桩基础的变形分为平均上浮和差异上浮，平均上浮过大，虽然不一定引起上部结构的破坏，但会影响建筑物的正常使用；差异上浮过大，则会造成上部结构的损坏，影响建筑物的安全。基础的平均上浮和差异上浮受到众多因素的影响，在此，本文只讨论布桩方式这个因素的影响。
由上图可知，当单建式地下车库处于最高水位的时候，出现上浮变形的状态；而在最低水位时，出现沉降变形的状态。对比两种不同的布桩型式下的变形可知，优化后的筏板变形曲线的等值线变化幅度趋缓。即在柱底密布桩的优化方式所产生的差异变形比均匀布桩时小许多；但由于总桩数的减少，因此平均变形（上浮或沉降）比优化前略大一点。基于以上特点，又提出了同时沿周边区域布桩方式，这样对减少基础平均变形的效果较好。
（2）筏板弯距
筏板是桩筏基础中的一个重要组成部分，筏板内力尤其是筏板的弯矩及其分布情况是桩筏基础设计的重要参数。
由上图可见，在桩筏基础处于抗浮或抗压状态下，柱位置下的筏板弯距产生了较大幅度的突变。这是由于柱底反力作用于筏板，而在此集中力作用扩散角范围内，并没有相应的桩反力与之平衡。因此，需要靠筏板来传递和调解未平衡的内力，由此形成了筏板的弯距突变。相比于均匀布桩，在优化布桩的方案下，筏板的弯距有一定程度的减少。这是由于柱底反力作用范围内，设置了相应的桩反力与之平衡，靠筏板传递弯距来平衡的作用减少，同时筏板配筋量也可以相应减少。筏板弯距比均匀布桩情况下的明显趋于平缓。
四、总结
综上，优化方法综合了以上两点，在柱底密布桩，沿筏板周边稀布桩的方式，即减少了差异变形，又使平均变形控制在一个可接受的范围内。优化布桩使得筏板弯距变化幅度减少，且总桩数也相应的减少了8%～10%，从经性和合理性的角度，在基础的平均沉降满足规范设计要求、单桩的承载力及桩自身强度足够的情况下，此优化方案应是可取的。本文经过对比分析提出了能够适用于实际工程，符合经济性，合理性的地下车库群桩优化设计方案，为工程设计人员提供了优化设计的依据。
参考文献：
[1]张燕平，张宝印.高层建筑桩筏基础桩顶反力及沉降特性的分析与研究.西安建筑科技大学硕士学位论文.2002：19-20。
[2]阳吉宝，赵锡宏，高层建筑桩筏（钧基础的优化设计，计算力学学报，1997年，第14卷，第2期.
[3]建设部颁，中华人民共和国行业标准，建筑桩基技术规范JGJ94-2008，北京：中国建筑工业出版社，2008.
[4]何思明.抗拔桩破坏特性及承载力研究[J].岩土力学，2001，22（3）：308-310.
桩筏基础论文范文第4篇
[关键词]减沉桩；复合桩基；沉降计算
0前言
舟山群岛存在大面积的海积、冲海积和山前冲海积平原,地基土存在厚10～50m的高压缩性、低强度、大孔隙比和高含水量的淤泥质粘土层。在其顶部大多存在厚1～2m的粉质粘土(俗称硬壳层),当量大面广的多层住宅等建筑采用浅基础时以该层为持力层,一般情况下地基承载力和软弱下卧层承载力均能满足要求。但由于软土层太厚,将产生过大的沉降,不满足使用要求,因此该地区1～6层建筑大部分均采用桩基础,且多数采用预应力管桩,桩长达40～60m,甚至某公园一单层厕所也打了6根直径0.4m、桩长30m的预应力管桩[1],因此基础造价相对较高。和常规桩基相比,减沉桩的复合桩基可以减小沉降和降低造价,所以在上海、天津等软土地区已有较多的应用,但在舟山还未曾用过。某3层办公楼减沉复合疏桩基础设计工程在舟山是首例,可为这项技术的推广使用积累经验。
1、减沉复合疏桩基础工作机理
减沉复合疏桩基础是在软土天然地基承载力基本满足要求的情况下,为了减小建筑物沉降采用疏布桩(桩距>6d,d为桩径)的复合桩基础,外荷载由桩和桩间同承担,桩的截面较小,桩间距较大,以保证桩间土的荷载分担足够大。随着上部结构荷载增加,荷载开始主要由桩承担,桩、土间的变形以受基础底压力作用影响为主,受桩土相互作用影响次之,基础底的桩和土沉降是相等的,而承载力的可靠度主要由浅基础承载力作保证。
减沉桩设计为变形控制设计方法,主要对存在深厚软土层的多层建筑的绝对沉降和整体倾斜、挠曲和结构支点间的差异沉降进行控制。减沉桩的工作机理很复杂,其受力性状与常规桩距的桩基础有明显的不同,对此目前还研究得不够,尤其现场足尺试验资料不多,学术上有不同的观点,争论焦点之一是在正常使用条件下,减沉桩是在承载力特征值还是在极限承载力下工作或在两者之间工作。本文[2]通过减沉桩模型试验和有限元分析认为,桩在80%～90%的单桩极限承载力下工作;文[3],[4]建议桩承载力按0.9Qu设计(Qu为单桩极限承载力),按单桩极限承载力设计复合桩基可为充分发挥承台底地基土的直接承载作用创造条件;文[5]认为,当浅基础(承台)产生一定沉降时,桩能充分发挥并始终保持其全部极限承载力,即有足够的“韧性”;文[6]提出上海地区可令桩发挥极限承载力的桩与承台摩擦桩基础的设计建议;上海规范[7]规定,复合桩基、桩和同作用,当荷载达群桩极限状态时,荷载全部由桩承担,地基土不承受荷载,当荷载超过极限承载力时,超过的部分由基底地基土承担。文中工程减沉桩复合桩基设计采用《建筑桩基技术规范》(JGJ94―2008)[8]中的设计方法,基底附加压力按总荷载扣除单桩承载力特征值进行计算。
2工程概况
六横沙浦一3层办公楼,建筑面积1600m2,框架结构,上部结构荷载效应基本组合设计值32442kN,基础埋深0.9m,地下水位0.9m,采用梁板式筏型基础,平面尺寸39.24m×17.4m,板厚250mm,纵向地基梁500mm×650mm和500mm×800mm,横向地基梁400mm×600mm,基础平面见图1,承台构造见图2。
3、天然地基沉降计算
(1)基底平均压力为:
pk=Fk+Gk
A=32442P1135+68218×019×2068218=5312kPa
(2)软弱下卧层承载力按下式验算:
pz+pcz≤fazpz=lb(pk-pc)(b+2Ztanθ)(l+2Ztanθ)式中:pz为软弱下卧层顶面附加压力;pcz为软弱下卧层顶面自重压力,pcz=2413kPa;faz为经深度修正软弱下卧层承载力特征值,faz=6216kPa;pc为基础底面处自重压力,pc=1711kPa;Z为基础底面至软弱下卧层顶面距离,Z=018m;θ为扩散角,由ZPb=018P1714=0105,Es1
PEs2=811P212=317,故θ=0°。计算得:
pz=39124×1714×(5312-1711)(1714+2×018×tan0°)(3914+2×018×tan0°)
=3611kPapz+pcz=3611+2413=6014kPa≤faz=6216kPa满足要求。
(3)按分层总和法计算筏板基础沉降:
s=ψsΣn1p0Esi(zi.αi-zi-1.αi-1)式中:ψs为沉降计算经验系数,根据地基规范[13]由.Es=2146MPa查表得ψs=111;p0为荷载效应准永久组合的平均附加压力,p0=33kPa;Esi为基底下第i层土压缩模量;.αi,.αi-1为承台等效面积角点平均附加应力系数;zi,zi-1为承台底至第i,i-1层土底面距离。最终计算得出s=25414mm。
4、减沉桩复合疏桩基础设计和沉降计算
由上述计算结果可知,采用天然地基的筏板基础的基底压力和软弱下卧层承载力验算均满足要求,但沉降s=254.4mm,已超过各地规范[7,9,12]规定的地基变形容许值:上海规范[7]规定,多层框架结构天然地基筏板基础中心点容许沉降为15～20cm;天津规范[9]规定,多层建筑容许沉降值为10～15cm;北京规范[12]规定,多层建筑框架结构长期最大容许沉降量为3～12cm。
为减少筏基沉降,采用减沉复合疏桩基础,即在每一根柱下各布设一根预制桩,桩截面250×250,桩长21m,桩端持力层为层③含角砾粉质粘土,总桩数44根。
根据表1中的参数,单桩承载力特征值为:
Ra=uqsiaLi+qpaAp=376.5kN
减沉复合疏桩基础底板中点最终沉降由两部分组成:一是基础底面土在附加压力作用下的压缩变形的沉降ss,二是桩对土影响产生的沉降ssp。
s=ψ(ss+ssp)(1)
式中ψ为沉降计算经验系数,无当地经验ψ取1.0。
由于基础底面桩和土的沉降是相等的,式(1)是通过计算桩间土沉降的方法计算基底中点最终沉降量。
4.1基底地基土附加压力产生的沉降ss
基底地基土附加压力产生的沉降ss,是按Bouissinesg解计算土中附加应力,由单向压缩分层总和法计算:
ss=Σui=1p0Esi(zi.αi-zi-1.αi-1)(2)承台等效宽度为:
Bc=BAcPL(3)
式中:Ac为承台底净面积;B,L分别为承台基础平面的宽度和长度。经计算Ac=680m2,B=17.4m,L=39.24m,Bc=11.56m。
根据荷载效应准永久组合计算假想天然地基平均附加压力p0
p0=ηp(F-nRa)/Ac(4)
式中:ηp为基桩刺入变形影响系数,取1.2；F为荷载效应准永久组合荷载值,F=33918kN；n为桩数,n=44。计算得出p0=30.6kPa。
基底附加压力作用下的沉降计算见表2。
满足σz=011σc确定的沉降计算深度zn=15m,由基底地基土附加压力作用下产生的筏板基础中点沉降ss=131.3mm。
4.2桩对土影响产生的沉降ssp
因减沉桩端阻力相对较小,同时l/d=84(d为桩径),单桩沉降受桩端持力层性状影响不大,所以忽略端阻力对基底地基土沉降的影响,仅考虑桩侧阻力引起桩周土的沉降。按剪切位移传递法计算,当软土层桩侧剪切位移影响半径按8d考虑时,可得到ssp的简化公式:
ssp=280.qsu.Esi×d(SdPd)2(5)
式中:.qsu,.Es分别为桩身范围内按厚度加权极限侧阻力和平均压缩模量；d为桩身直径,方桩d=1.25b(b为单桩截面边长)；Sd/d为等效距径比,方桩Sd/d=0.886A/(nb)。经计算.qsu=2318kPa,.Es=2179MPa,SdPd=14,ssp=318mm。
故减沉复合疏桩筏基中点沉降为:
s=ψ(ss+ssp)=1.0×(131.8+3.8)=135.6mm所以减沉复合疏桩筏基比筏板天然地基中点沉降(254.4mm)减小47%,且沉降值满足规范要求。
5、结论
(1)计算的基础中点沉降比天然地基沉降减小47%,说明设计少量减沉桩可使沉降满足规范要求。从结构封顶后的沉降观测知,其最大沉降量为45mm,预计最终沉降达128mm左右(假设封顶后沉降完成35%),当沉降速率0.01mm/d为沉降基本稳定标准时[10],预计沉降稳定时间不超过10年[11]。而不远处类似土层的框架结构,采用十字交叉梁条形基础,结构封顶后的最大沉降达105mm。
(2)该办公楼周边有多层住宅楼,道路下有自来水管线,当采用常规的预应力管桩或预制方桩时,无论是锤击法或静压法沉桩都将产生挤土效应,挤土范围达1～1.5倍桩长,所以要设置应力释放孔等减少挤土效应,同时设置测斜孔监测深层土移来控制打桩速率,就会增加工程造价。而减沉桩桩间距很大,达15.2d～16.4d,大大减少了挤土效应,甚至可不用考虑桩施工的挤土效应。
(3)该工程与采用常规桩基比较,采用减沉复合桩基可减少桩数30%,降低造价35%(含防挤土措施和监测费用)。
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桩筏基础论文范文第5篇
关键词:高层建筑筏板基础:天然地基=基础设计沉降
中图分类号:TU471.1+5
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2010)01-0115-03
1 引言
建筑常见的基础形式有以下几种:1)独立基础:2)条形基础:3)筏板基础;4)箱形基础:5)桩基础。其中筏板基础主要应用于高层建筑,适用地基土质差,或当建筑物要求基础有足够的刚度调节不均匀沉降,筏板基础的形心宜与竖向荷载的合力中心重合。筏板基础分为梁式筏板基础、平板式筏板基。筏板基础设计需要根据地基土质条件、建筑结构形式、柱距、荷载大小以及施工等条件来综合考虑基础的布置,筏板基础的厚度一般情况根据楼层的高度,筏板的计算跨度,建筑的功能使用荷载等情况来确定。所以实际工程中的筏板基础也有很大的差异,在筏板基础的设计中,地基与基础共同作用,影响因素很多,设计难度大,沉降不均匀对基础影响尤为重要,因此,高层建筑基础设计应在科学合理的基础上进行优化设计,提高技术含量。
2 工程概况
湖南某建筑工程项目,地下一层,地上由南北两栋高层建筑组成,南楼22层,标准层层高3.4m,为办公楼:北楼23层,标准层层高2.9m,为高层公寓;底部两楼之间设四层裙房,包括主楼底部四层建筑功能为商业,总建筑面积58640m2。主楼与裙房地下部分为整体不设缝,地下全长141.6m,宽44.6m,地上部分两栋主楼与裙房设伸缩缝。
本工程采用框架核心简结构,抗震设防烈度为7度,抗震设防类别为丙类,场地土为中硬场地土。场地类别为lI类,建筑结构安全等级为二级,地基基础设计等级为甲级,地下室防水等级为二级,框架抗震等级为二级,核心筒剪力墙抗震等级为二级。
3 高层建筑基础设计分析比较与选择
本工程基础埋深6.8m,抗浮水位-1.0m,基底坐落在(12)层砾砂层,压缩模量35,地基承载力标准值fak=380kPa。按《建筑地基基础设计规范》规定,承载力宽度修正系数3.0。深度修正系数4.4。不考虑裙房影响修正后地基承载力设计值fa=707kPa。经估算上部主楼地基反力为550Kpa,天然地基可满足地基承载力要求。
3.1 基础结构形式的分析
本工程基础面积较大。建筑结构体形复杂,主楼与裙房荷载及高度相差很大,结构刚度相差悬殊,为更合理的控制地基变形,解决主楼与裙房之间不均匀沉降差,基础选型尤为重要,为此选取了以下两种基础形式。
3.1.1 人工地基
采用桩基础,桩身直径800mm,桩长12m,桩端持力层为强风化岩层,最大沉降值25mm。单桩竖向承载力特征值为4576KN,计算主楼为桩筏基础,桩间距为3倍桩直径距离,裙房为桩承台基础,忽略上部结构影响,通过控制单桩实际承载力,并考虑主楼桩筏群桩作用影响,解决上部结构的沉降差。
3.1.2 天然地基基础设计方案
主楼采用梁式筏板基础,办公楼底板厚1000mm,基础肋梁高1400mm,跨度8400mm。公寓底板厚900mm;基础梁高1300mm,跨度6600mm。裙房部分采用独立基础加防水板,由于抗浮要求防水板贴近独立基础底,防水板底附加50mm厚聚苯板。
3.2 采用天然地基筏板基础设计方案分析
3.2.1 基础结构方案计算分析
为减少地基沉降,考虑高层建筑荷载会向低层扩散,将高层部分基础向裙房延伸一跨,降低高层建筑基底反力。实际计算后基础地基平均反力为:办公楼285KPa,公寓290KPa。办公楼核心简处板厚1800mm,公寓核心筒处板厚1700mm,满足地基反力对基础底板的;中切验算,增强基础整体刚度,满足主楼地基变形要求。
同时地下室部分增加混凝土隔墙提高其整体刚度,对基础的刚度有所贡献。核心简厚板处支座负钢筋配率为0.7～0.8%,跨中上部板考虑控制裂缝为受拉钢筋最小配筋率0.2%(受力钢筋为新三级钢筋):其它处底板配筋率0.5%左右,跨中上部板配筋率为0.25～0.35。基础梁配筋率在0.254～0.8%。箍筋也采用新兰级钢,在基础梁支座处适当加密间距为150mm。以提高梁抗剪能力,独立基础采用分层总和法沉降计算值为11mm。
主楼基础采用建筑科学研究院桩筏有限元计算,考虑SATWE上部结构刚度影响沉降结果如图1,整体弯曲变形满足要求。
3.2.2 构造措施分析
独立基础与筏板中间防水板设沉降后浇带,为超前止水后浇带,在主楼基础外裙房基础内。待高层主体结构顶板浇筑混凝土14天后浇筑,或根据实测沉降值并计算后期沉降差满足设计要求后进行浇筑。计算结果显示总的沉降量相对较小,且沉降差满足规范要求。
裙房采用独立基础加防水板充分利用地基承载力,来控制其沉降量,解决与高层部分的沉降差,高层与裙房之间设沉降后浇带,由于基础底面坐落在砾砂层,在建筑物施工期间完成的沉降量达到最终沉降量的80%以上。在后浇带浇筑后对地下室及基础的影响基本可以忽略。
高层建筑部分基础概念设计成为基础设计的关键,梁断面高度为跨度的1/6,主体高层22层基础板厚也基本能能够接近每层50mm厚度要求。由于结构自身的框架核心简体系地基反力是由内向外逐渐减小,地基变形也是由内向外逐渐减小。按相应的地基反力验算筏板抗冲切、抗剪均满足要求。增加核心简处筏板的厚度满足核心简对筏扳冲切要求,增加基础的整体刚度,提高基础的承载能力、控制地基变形。
从以上计算、构造措施等方面得出结论,本工程采用天然地基具有可行性,合理性,经济性。
4 采用天然地基筏板基础设计的分析论证过程
在本工程中,天然地基情况下,筏板的设计工作相当复杂,常规设计方法将筏板布置在阴影区域。这样主楼基础反力很大,需要解决的问题很多。而在以上提到的天然地基基础设计方法是否可行,需要解决哪些难题,通过下面试验结果,就本工程基础设计中的情况来分析。确定以天然地基进行设计。
4.1 采用天然地基筏板基础设计的结构分析过程
文献针对主楼对称布置的二层地下室框架厚筏结构形式分别就主楼两端扩大部分挑出一跨、二跨及三跨的情况进行了研究,图2为主楼挑出三跨时的模型示意图,该实验模型地下二层。3.6m,柱跨8m的实际情况,按『:14的比例进行模型实验。模拟筏板厚度为柱
距的1/6。其中主楼扩大部分的三跨裙房时的筏板尺寸为5420x2270mm,高层部分尺寸为1710x2270。
图3～5分别为主楼两端裙房为一跨、二跨及三跨的变形和反力曲线。上述曲线表明,塔楼两端柱跨数为一跨时,在一定的荷载范围内,整个筏板下的地基反力呈均匀分布:随着裙房柱跨数的增加,从主楼边端至裙房的远端基底反力逐渐减小,当裙房柱跨数为三跨时,其边端的反力已经很小。随裙房柱跨数的增加,在主楼荷载的作用下,整个基础筏板表现出由刚性逐渐向柔性转化的变形特征。
图6表明,在相同荷载情况下,同塔楼两端无裙房的情况相比,塔楼两端有裙房时基础的最大沉降明显减小,这说明主楼与裙房整体连接时,增大了基底的受力面积,降低了基底压力,从而使建筑物的绝对沉降减小,换言之,框架厚筏基础起到了扩散主楼荷载的作用。当荷载在某一范围内时,裙房柱跨数增加对基础的最大沉降影响不大;只有当荷载超过某一值时,其最大沉降才出现差异。这种情况说明,主楼的荷载通过厚筏基础的扩散是有一定限度的。
文献针对二层地下室框架厚筏基础周向裙房挑出一跨的情况进行研究。图7为模型示意图,该试验模拟地下室为二层,层高3.6m、柱跨为8M的实际情况,按1:14比例进行模型试验。模拟筏厚为柱距的1/6。
图8为文献单楼周向挑出三跨裙房试验(KF-1)的荷载最大沉降曲线同2mx2m荷载板(FM)PS曲线的对比图,其中FM试验用模拟主塔楼无扩大部分的情况。通过比较可以看出。在相同荷载下,KF-I的沉降值远小于FM的沉降值。该试验结果也证明。主楼地下结构与其扩大部分现浇在一起能够增大地基受力面积,降低地基压力值,从而减小建筑物的绝对沉降值,裙房基础起到了扩散主楼部分荷载的作用。
从以上试验研究结果,本工程将主楼基础向裙房方向挑出一跨,裙房上部结构为三层,以试验结果为依据,从沉降图中,基础仅布置阴影部分,主楼基底压力在558KPa、580KPa,实际如图布置基础底面积增加近一倍,基底平均减小反力为285KPa、290KPa。沉降计算结果在其它条件不变的情况下,扩大基础后沉降比不扩大减小1.5倍还多。当采用基础不向裙房扩大的方案,造成的结果,基础内力也同样增大很多,总体沉降大,沉降差相对较大,筏基构件尺寸需要增加很多,且配筋量增大,施工难度大。这样,裙房独立基础部分的控制沉降范围面临难度很大。当主楼与裙房间设置后浇带,主楼与裙房的沉降差仍然很难解决。
4.2 采用天然地基筏板基础设计存在的问题及优化措施
4.2.1 基础设计方案的优化
面对一系列的难题,尽管天然地基承载力满足地基反力要求,按常规设计解决的最有效的办法采用桩基础,地质勘察报告中也建议采用桩基础,可以很好的解决上述难题。而且该地段其他建筑高度及荷载小于本工程的情况下,均采用桩基础。
但本工程在设计过程中发现,勘查报告‘中地质条件较好,采用天然地基,可提前项目入市时间,加快资金回笼,经济效益非常客观。为此会同本地勘查方面专家,对当地实际工程情况作充分的调查,了解。多次讨论做出结论,采用天然地基具有可行性,并根据本地在工程实际经验,本工程的预期沉降范围在30～50mm,基本上能够满足规范要求。
4.2.2 采用天然地基基础设计问题与解决措施
当确立天然地基的方案后,设计过程中着重解决以下难题:
1)天然地基基础的设计;2)主楼与裙房的沉降差异。
对待这两个难题。最为主要的就是减小主楼的总体沉降,而这也是地基基础设计中最难解决的问题。综合本文中叙述的一些试验结果考虑试验的局限性,本工程与试验模型存在差异,实际设计中,主楼与裙房并没有全部设计为筏板基础,主要力求基础设计中利用实际试验成果,采取严谨的态度,保证好结构基础的安全可靠,才是结构设计的根本。
因此,在基槽开挖现场勘查后,对地基进行现场载荷实验,共对天然地基土进行9组静力载荷实验检测论证,以检验天然地基承载力是否满足设计要求。
本次试验采用慢速加荷法,用边长1m正方形载荷板,最大荷载为760、1000、1IOOKN,每隔5、10、15、15、15分钟进行观测记录,加荷共分10、11级加荷,每级稳定标准为连续两小时沉降小于0.1mm/h。检测结果总沉降量为3.28～8.08mm。经静力载荷实验检测,天然地基土承载力能够满足设计承载力要求。
5 施工总体效果
在本工程结构封顶时,总体观测结果显示,主楼最大沉降27mm,主楼周边在20mm以内。裙房在变形缝处与主楼一致,裙房中间部位沉降在11～15mm范围,各项指标均符合规范要求,结构沉降趋于稳定,说明本工程采用天然地基上筏板基础设计及优化措施是合理可行的。
6 结语
综上所述。高层建筑基础选型与建筑物结构体系密切相关,地基与基础共同作用,适当增加基础底面积,减小地基反力,在工程中合理应用,其经济效益非常显著。
基础设计中利用模型试验成果与结构的相似特征,在计算结果适当的基础对薄弱、变形明显部位,提高配筋量,加强基础构造措施等,保证建筑物的安全可靠为设计宗旨,实现基础设计最优化的目的。
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桩筏基础论文范文第6篇
关键词：小高层建筑 桩筏基础 基础设计
基础是房屋结构的重要组成部分，房屋所受的各种荷载都要经过基础传至地基。由于小高层建筑层数多、上部结构荷载较大，导致使其基础具有埋置深度大，材料用量多，施工周期长，工程造价高等特点。为此，小高层建筑基础设计时应满足以下几方面的要求：(1)基础的总沉降量和差异沉降量满足规范规定的允许值；（2）满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；（3）地下结构满足建筑防水的要求；（4）预先估计在基础施工过程中对毗邻房屋或市政设施的影响，并尽可能避免或减轻这种影响和干扰。
1、基础的选型
应选用整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式。天然地基上的筏形基础比较经济，宜优先采用；必要时也可采用箱形基础；当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形的要求时，也可采用交叉梁基础或其它基础形式；当地基承载力和变形不能满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。
基础是否发生倾斜是小高层建筑是否安全的关键因素。小高层建筑由于质心高、荷载大，对基础底面一般难免有偏心，故在沉降过程中，建筑物总重量对基础底面形心将产生新的倾覆力矩增量，而此倾覆力矩增量又产生新的倾斜增量，倾斜可能随之增长，直至地基变形稳定为止。
2、基础的埋置深度
小高层建筑基础必须有足够的埋置深度，这主要是考虑了以下几方面的因素：
（1）增大基础埋深可保证高层建筑在水平荷载（风和地震作用）作用下的地基稳定性，减少建筑的整体倾斜，防止倾覆和滑移，利用土的侧限形成嵌固条件，保证小高层建筑的稳定；
（2）由于基础增大埋深，可使地基的附加压力减小，且地基承载力的深度修正也加大，则可以提高地基的承载力，减少基础的沉降量；
（3）增大基础埋深，可使地下室外墙与土体之间的摩擦力和被动土压力增大，从而限制了基础在水平荷载作用下的摆动，使基础底面上反力分布趋于平缓；
（4）地震作用下结构的动力效应与基础埋置深度关系较大，增大埋深，可使阻尼增大，结构的地震反应减小，而且土质越软，埋置深度越大，地震反应减小得越多。因此增大埋深有利于建筑物抗震。实测表明，有地下室的建筑地震反应可降低（20―30）％。
基础的埋置深度对房屋造价、施工技术措施、工期以及保证房屋正常使用等都有很大的影响。基础埋置太深，还会增加房屋的造价；而埋置太浅，通常又不能保证房屋的稳定性。因此，基础设计时应根据实际情况选择一个合理的埋置深度。当基础直接搁置在基岩上时，可以不考虑埋深的要求，但一定要做好地锚，保证基础不发生滑移。
3、小高层建筑常用基础形式
（1）筏形基础设计
筏形基础也称为片筏基础或筏式基础，是小高层建筑中常用的一种基础形式，它适用于小高层建筑地下部分用做商场、停车场、机房等大空间房屋。筏形基础具有整体刚度大，能有效地调整基底压力和不均匀沉降，并有较好的防渗性能力。
（2）箱形基础设计
箱形基础是由钢筋混凝土顶板、底板、外墙和内墙组成的空间整体结构，是小高层建筑中广泛采用的一种基础形式。它具有很大的刚度和整体性，能有效地调节基础的不均匀沉降，常用于上部结构荷载大，地基软弱且分布不均匀的情况；由于箱形基础的埋置深度较大，周围土体对其具有嵌固作用，因而可以增加建筑物的整体稳定性，并对结构抗震有较好的效果；同时，因挖除了相当厚度的土层，减少了基础底板的附加压力，使高层建筑可以建造在比较软弱的天然地基上，形成所谓补偿性基础，从而取得较好的经济效果。
1）箱形基础的一般规定
箱形基础的高度应满足结构的承载力和刚度要求，并根据建筑使用要求确定。为了使箱形基础具有一定的刚度，能适应地基的不均匀沉降，满足使用功能上的要求，减少不均匀沉降引起的上部结构附加应力，一般不宜小于箱基长度（不计墙外悬挑板部分）的1/20，且不宜小于3m。当建筑物有多层地下室时，可以仅将最下面一层或两层地下室设计为箱形基础，也可将全部多层地下室设计成箱形基础。
2）箱形基础基底反力计算
确定基底反力是箱形基础设计的关键问题，由于影响基底反力的因素较多，如土质、上部结构的刚度、荷载分布和大小、基础埋深、尺寸和形状等，精确地确定箱形基础基底反力是一非常复杂和困难的问题，可以按照弹性地基上的梁板理论计算，不仅工作量大，且计算结果与实测值比较差别较大，因此，至今尚没有一种可靠而实用的计算方法。
3）箱形基础内力分析
箱形基础顶板和底板在地基反力和水压力及上部结构传下来的荷载作用下，上部结构刚度对基础内力有较大影响，由于上部结构参与共同作用，分担了整个体系的整体弯曲应力，基础内力将随上部结构刚度的增加而减小，但这种考虑共同作用的分析方法计算上比较复杂，距实际应用还有一定的距离。目前在实际工程中是根据具体的上部结构体系分别采用两种计算方法进行校验。
（3）桩基础设计
桩基础是小高层建筑中广泛采用的一种基础形式，适用于上部结构荷载较大，地基在较深范围内为软弱土且采用人工地基无条件或不经济的情况下。桩基础由承台和桩身两部分组成，承台承受上部结构传来的荷载，并把它分布到各根桩，在通过桩传到深层土上；因此，在承受竖向荷载时，桩基础的作用是将上部结构的荷载通过桩尖传到深层较坚硬的地基中，或通过桩身传给桩身周围的地基中；对于水平荷载，主要是依靠承台侧面以及桩上段周围土体的挤压力来抵抗。
桩基承台是上部结构与桩之间相联系的结构部分，可选用柱下单独承台、双向交叉梁、筏形承台、箱形承台。其平面形状有三角形、矩形、多边形和圆形等。桩基承台的构造，除满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构的要求外，承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm；对于条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于75mm。承台的最小厚度不应小于300mm。
4、论文结论
桩筏基础论文范文第7篇
关键词高层建筑;基础;选型;适用范围;优缺点
中图分类号TU7 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0036-01
高层建筑的地基基础是高层建筑结构最重要的组成部分,它涉及到整个高层建筑结构的经济与安全问题。尤其在高层建筑密集的大城市,其地震设防等级高,风载大,工程地的质条件差,并且大多数城市地下水位较高。同时,高层建筑的体型日趋复杂,地基基础类型多变,所有这些因素,都给高层建筑地基基础的设提出了更高的要求。基础的选型合理与否,将对整个工程的造价,工期,安全等有极大影响。
1高层建筑基础与中低层建筑基础区别
1)工程造价比较高,基础方案的选择需要更准确可靠的工程地质勘察资料和更全面深入的分析比较,才能做出既符合安全质量要求,又经济合理的地基评价和设计处理方案。2)对不均匀沉降比较敏感,受压深度比较深,需要更确切的变形指标和计算方法。3)基础埋深或要求处理地基的深度比较深,与现有施工条件及设备、材料的关系比较密切。4)对地基的承载力要求比较高,除了垂直荷载比较大以外,还需要考虑水平风力和地震力的稳定性。
2高层建筑基础类型及其优缺点
2.1桩基础
桩基础又称桩基,是一种古老且又常见的深基础形式,是深基础中最重要的一种。
1)适用范围。不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它主要的建筑物;作用有较大水平力和力矩的高耸结构物(如烟囱、水塔等);地下水位或地表水位较高,施工排水困难时;软弱地基或某些特殊性土的各类永久性建筑;需要减弱其动力影响的动力机器基础或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施;重型工业厂房和荷载很大的建筑物,如仓库、料仓等。2)优缺点。桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降稳定快、沉降量小的特点,可以抵抗上拔力和水平力,又是抗震液化的主要手段,适用于机械化施工,且能适应各种复杂地质条件。当地基上部软弱而在桩端可达的深度处埋藏有坚实地层时,最宜采用桩基。桩基础属于地下隐蔽工程,尤其是灌注桩,很容易出现缩颈、断桩或沉渣过厚等质量缺陷,影响桩身结构完整性和单桩承载力,造成工程安全隐患。所以施工质量也是桩基设计很重要的环节。桩基础的工程造价较高。3)高层建筑桩基础的特点。①桩支承于坚硬的持力层上,具有很高的竖向承载力,足以承担高层建筑的全部荷载。②凭借巨大的单桩竖向刚度或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力,能抵御风和地震引起的水平荷载与力矩荷载,保证高层建筑的抗倾覆稳定性。③桩基具有很高的群桩刚度(摩擦型桩)或竖向单桩刚度,在建筑自重或相邻荷载影响下,不会产生过大的不均匀沉降,并能保证建筑物的倾斜不超过允许范围。④箱筏承台底土分担上部结构荷载。桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌于基岩,在地震引起浅层土液化与震陷的情况下,桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力,从而确保高层建筑的稳定,不产生过大的沉陷与倾斜。
2.2筏形基础
筏形基础是底板连成整片形式的基础,亦称筏板基础、片筏基础、满堂红基础。它既可用于墙下,也可用于柱下。可以分为梁板式和平板式两类。1)适用范围及优缺点。筏形基础以其成片覆盖于建筑物地基的较大面积和完整的平面连续性为明显特点,它不仅易于满足软弱地基承载力的要求,减少地基的附加应力和不均匀沉降,还具有其它基础不具备的功能,例如:增强建筑物的整体抗震性能;能跨越地下浅层小洞穴和局部软弱层;作为水池、油库等的防渗底板;提供地下比较宽敞的使用空间;有地下室或架空地板的筏基还具有一定的补偿性;能适应位于其上的工艺连续作业和设备重新布置的要求。筏板基础不足之处在于:由于平面面积较大,且厚度有限,造成它具有有限的抗弯刚度,无力调整过大的沉降差异,尤其是对于土岩结合地基等软弱明显不均的情况,就需局部处理才能适应;在局部荷载下,既要有正弯矩钢筋,也要有负弯矩钢筋,还需有一定数量的构造钢筋,因此,经济指标较高。2)发展现状。对地基条件好的高层建筑,优先考虑天然地基。筏形基础较箱形基础更有利于地下空间的开发利用,将有更大的发展。在解决混凝土收缩裂缝的基础上,逐步减少后浇缝的设置,促进大体积混凝土的施工。地基的加固处理方面的成就,也将会促进筏板基础的应用。相信筏板基础的应用前景会更广阔。
2.3箱形基础
箱形基础是由顶、底板和纵、横墙板组成的空间盒式结构。它的纵横墙设置必须符合一定刚度要求,因此,具有极大的刚度。箱形基础一般有较大的基础宽度和基础埋深。
1)适用范围。高层建筑为了满足地基稳定性的要求,防止建筑物的滑移与倾覆,不仅要求基础整体刚度大,而且需要埋深大,常采用箱形基础。对于一些地震设防等级较高的地区,可根据抗震要求而选用箱形基础。2)优缺点。①箱基的整体性好、刚度大,由于箱基是现场浇筑的钢筋混凝土箱型结构,整体刚度大,可将上部结构荷载有效地扩散传给地基,同时又能调整与抵抗地基的不均匀沉降,并减少不均匀沉降对上部结构的不利影响。②箱基沉降量小,箱基的基槽开挖深,面积大,土方量大,而基础为空心结构,以挖除土的自生来抵消或减少上部结构荷载,属于补偿性设计,由此可以减小基底的附加应力,使地基沉降量减小。③箱基抗震性能好,箱基为现场浇筑的钢筋混凝土整体结构,底板、顶板与内外墙厚度都较大。箱基不仅整体刚度大,而且箱基的长度、宽度和埋深都大,在地震作用下箱基不可能发生滑移或倾覆,箱基本身的变形也不会很大。因此箱基上一种具有良好抗震性能的基础形式。④箱基的用料多,工期长,造价高,施工技术比较复杂,尤其当进行深基坑开挖时要考虑人工降低地下水位、坑壁支护和对相临建筑的影响问题。此外,还要对箱基地下室的防水、通风采取周密的措施。
2.4桩筏基础
当受地质条件限制,单桩承载力不很高,且不得不满堂布桩或局部满堂布桩才足以支承建筑荷载时,常通过整块钢筋混凝土板把柱墙(筒)集中荷载分配给桩。习惯上将这块板称为筏,故称这类基础为桩筏基础。筏可做成梁板式或平板式。桩筏基础主要适用于软土地基上的筒体结构、框剪结构和剪力墙结构,以便借助十高层建筑的巨大刚度来弥补基础刚度的不足。
2.5桩箱基础
桩箱基础是由具有底顶板外墙和若干纵横内隔墙构成的箱形结构把上部荷载传递给桩的基础形式。由于箱体刚度很大,具有调整各桩受力和沉降的良好性能,在软弱地基上建造高层建筑时较多地采用桩箱基础。桩箱基础是一种可以在任何适用于桩基的地质条件下建造任何结构形式的高层建筑的“万能式桩基”。
3结语
高层建筑地基基础方案的选型,必须充分掌握设计的主要依据,特别是岩土工程勘察资料,一定要真实可靠。对同一建筑而主,不同的基础形式会有不同的工程造价。设计人员因地制宜选择基础形式,提高基础设计的可靠性,有效控制工程造价。
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桩筏基础论文范文第8篇
城市轨道交通停车场主要功能是承担地铁车辆的运用、停放、列检及周月检等工作。一般有以下几个建筑单体组成:综合楼、运用库、洗车库、变电所、污水处理站、人行天桥和门卫。综合楼用于日常办公和食住等功能;运用库用于地铁车辆停放和检修保养等功能;洗车库用于地铁车辆清洗;变电所负责给整个停车场供电;污水处理站主要处理停车场内污水净化排放;人行天桥用于工作人员跨轨道通行，车辆正常运营时，行人不能随意穿越轨道。场地地质概况由上至下主要有以下土层:新填土4～5m深，高压缩性;淤泥0.4～5.5m深，fak=50kPa，高压缩性;粘土0.6～7.4m深，fak=65kPa，高压缩性;淤泥质土1～8.7m深，fak=55kPa，高压缩性;粉质粘土1～7.2m深，fak=200kPa，中压缩性;强风化泥质砂岩未揭穿，fak=300kPa，低压缩性。
2停车场主要单体结构设计总结
停车场内房屋结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年。根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223－2008，除变电所为重点设防类外，其余均为标准设防类建筑［7］。根据《建筑抗震设计规范》GB50011－2010，本实例工程属于抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，地震设计分组为第一组［8］，结合地方管理规定和场地地震安全性评价报告，场区特征周期0.35s，地震影响系数最大值0.0765，场地土类别为Ⅲ类。工程材料选择:主体结构混凝土等级采用C30，地下室结构采用P6抗渗等级防水混凝土，二次浇捣构件(如构造柱和圈梁等)混凝土等级采用C25，钢梁钢柱采用Q235B钢材。主要建筑单体结构布置和基础选型如下:综合楼建筑面积约7000m2，总高度为22.35m，五层钢筋混凝土框架结构，局部有地下室，柱网布置开间7.8m，进深7.2m，抗震等级四级，主要柱截面600×600，主要梁截面300×700。选用直径500预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。
运用库建筑面积2万平方米单层工业厂房，采用门式刚架结构，钢柱钢梁抗震等级四级，柱网跨度15m+28m+26.4m+26.8m，柱距离6m，主要柱截面H600×350×8×16，主要梁截面H(1000～700)×350×12×20。柱下基础选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，轨道道床基础选用直径400预应力混凝土管桩桩筏基础，持力层粉质粘土。洗车库和污水处理站为一层钢筋混凝土框架结构，局部两层，抗震等级四级，主要柱截面500×500，主要梁截面300×800。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。变电所为两层钢筋混凝土框架结构，其中一层为半地下室电缆夹层，抗震等级三级，主要柱截面400×400，主要梁截面300×900。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础，持力层粉质粘土。人行天桥独柱钢筋混凝土框架结构，柱网布置跨度7m+13m+12m+8.5m，抗震等级四级，主要柱截面500×1200，主要梁截面400×1200。选用直径600钻孔灌注桩桩承台基础，持力层粉质粘土。
3结构设计难点分析
(1)根据场地地质概况的描述，本场地淤泥及淤泥质土较厚，新填土达4m深，场地地面沉降不稳定，柱下基础和库房内无砟整体现浇道床，对基础沉降极其严格，选用何种加固处理措施，是结构设计难点之一。
(2)运用库为大跨度工业厂房，采用何种结构体系，是本工程结构设计难点之二。考虑施工周期和经济指标，本工程采用钢梁钢柱门式刚架结构体系。
(3)刚架梁梁连接节点计算时，高强螺栓计算中和轴位置的确定是本工程结构设计难点之三。查阅相关资料，中和轴位置的确定有两种假定:①中和轴在受压翼缘中心，假定模型:在弯矩作用下，把梁根部截面弯矩简化为作用于梁上、下翼缘的力偶，同时把梁受拉翼缘和端板作为独立的T形连接件看待，忽略腹板的扶持作用。此假定螺栓受力与端板厚度关系很大，设计计算较为繁琐;②中和轴在端板形心，假定模型:高强螺栓外拉力总是小于预拉力，在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力时，被连接构件的接触面一直保持紧密贴合，认为中和轴在螺栓群的形心轴上。根据《端板连接高强度螺栓群中和轴位置研究》试验论文结果，螺栓群中和轴介于其端板形心与受压翼缘内侧中心线之间，当所受弯矩越小，则中和轴越接近端板形心轴，越大则越接近受压翼缘［9］。
4配合施工遇到的问题分析
(1)围墙开裂。分析原因:新填土4m高，围墙距离护坡边仅1m，施工工期较紧，施工单位无法用大型机械分层碾压，填土密实度达不到设计要求。解决措施:①围墙基础选用刚性较大条形基础，防止不均匀沉降，此方案施工较快，造价便宜。②选用换填处理或水泥搅拌桩加固围墙基础下新填土，减小不均匀沉降量，此方案施工周期较长，造价偏贵。综上所述，本工程选用第一种解决措施。
(2)运用库库内柱式检查坑，轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象。分析原因:短柱设计由结构和轨道两个专业，施工也分别由两家单位施工。解决措施:①混凝土短柱设计为钢柱，直接安装。②混凝土短柱由一家施工单位施工。建议日后设计采用第一种解决措施。
(3)人行天桥柱下管桩无法施工。分析原因:人行天桥跨轨道设置，场地内轨道区域下被地路专业设计水泥搅拌桩加固。解决措施:①天桥柱下基础改为钻孔灌注桩;②检验水泥搅拌桩加固后地基承载力，如不够采用，采用CFG桩加固后采用柱下独立基础。结合现场工期需要，本工程采用钻孔灌注桩基础方案。综上所述，结构设计时，充分运用结构设计难点分析结果，指导结构设计;配合施工时，遇到以上问题，经分析原因，采取我们选用的处理措施，得到明显改善效果，保质保量，按时完成土建施工。目前，本工程已投入使用2年，没有出现任何问题，得到业主单位一致认可。
5结构设计建议
(1)运用库库房内轨道道床为无砟整体现浇道床，对基础沉降极其严格，铁路规范要求控制在20mm以内，如果道床下地质情况不好，建议采用预应力混凝土管桩桩筏基础。
(2)运用库为一层钢结构工业厂房，采用何种结构形式，需根据结构计算和经济比较。结合本工程实例，试算比较后，得出如下经验:柱跨28m，采用混凝土柱+钢梁排架结构和钢梁钢柱门式刚架结构较经济，综合考虑施工工期，选钢梁钢柱门式刚架较适用。
(3)刚架梁梁连接节点设计时，综合考虑各种因素，高强螺栓群计算中和轴宜选端板形心。
(4)场地平整有大量新填土，新填土下有较厚的淤泥和淤泥质土，计算单桩承载力时一定要考虑桩侧负摩阻力。
(5)结合配合施工中的问题，建议结构设计时改进以下措施:①场地内高填方区围墙应做刚性较大的条形基础，以避免围墙不均匀沉降开裂;②运用库库内柱式检查坑，轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象，影响传力和结构安全，建议混凝土短柱设计为钢柱，直接安装即可;③被其他专业加固的场地区域，柱下基础结构设计时，建议选用钻孔灌注桩。
6结束语
近几年，国家大规模发展城市轨道交通，相应的车辆基地和停车场结构设计项目越来越多。本文针对实例工程，总结了停车场建筑单体结构设计要点，分析了结构设计难点和配合施工中的问题，提出了结构设计改进建议，可供相似工程参考。
桩筏基础论文范文第9篇
关键词：群桩横竖向作用力群桩效应系数
中图分类号：TU473文献标识码： A
桩基础凭借着其承载力高、受力合理 、安全可靠的优点，在基础工程中得到 了广泛地应用。鉴于此，对桩基础承载力的研究显得尤为必要。本文通过总结前人对群桩的破坏机理的试验和理论研究，分析群桩效应的影响因素，指出横竖向作用力下群桩效应系数的计算方法，这样既可以清晰罗列出已有研究成果，也可以分析有横竖向力共同作用的群桩承载力，而不是单一的对只受横向或者竖向力的桩群的研究。
1群桩效应的影响因素
制约群桩效应的主要因素,一是群桩自身的几何特征,包括承台的设置方式、桩距、桩长及桩长与承台宽度比、桩的排列形式、桩数;二是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺。具体来说，有以下几点：
土质，一般说来 ，土的内摩擦角较小时，土中应力扩散角也相应较小。土中应力在纵向上的影响加剧，而在横向上的影响则减弱 。但试验表明，土的类型和密度与群桩效应系数无明显关系。
桩距、桩数的影响，随着桩距的增加群桩效应的影响在减弱 ，美国《钻孔桩基础设计与施工规范》以及德国《大口径钻孔灌注桩规范》都规定 ，当沿荷载方向的桩距大于 8D时，不考虑群桩效应。群桩效应还受到桩数的影响，桩数越多,群桩沉降越大,其沉降增幅也越大;桩数越少,其沉降越小。
桩身位移的影响，以前学者们认为群桩效应受到入土深度的影响，桩间土体松动，产生较大的群桩效应；在地基的深层，虽然荷载较大，但是由外荷载引起的变形较小，产生较小的群桩效应。尤其埋深在大于 10倍的桩径以上 ，在工程上往往可以忽略。
伴随着桩长的增加 ，群桩中桩与桩之间的相互影响越来越严重，群桩效应也就得到相应地加强 ，群桩中基桩的极限承载力下降。
桩顶边界条件的影响，由于试验数据的局限性，还不可能评估桩顶的约束条件的影响，研究得很不够。
2群桩效应系数计算方法
大多数的工程实际中，往往是群桩和承台共同承担水平荷载。对此，研究群桩问题需首先应回答如下两个问题:(1)确定桩一土相互作用对群桩工作影响的折减系数，(2)上部结构传来的荷载如何在各桩中分配。过去几十年的发展，群桩的分析方法主要为:
（1）p一y折减系数法：P一y折减系数法这种方法包括p一因子法和群桩效应系数法，通过对单桩p一y曲线法考虑一个经验修正系数得到的。
（2）弹性理论法：类似于单桩的弹性法，但研究群桩时，研究对象为三维、线性弹性连续体，还需将桩一土相互作用的弹性影响系数考虑进去，这些系数反映由于群桩中相邻桩移动导致桩自身水平位移和转角的变化。
（3）混合方法：它是一种非线性p一y曲线法和弹性理论方法相结合的方法，利用p一y曲线法模拟每根桩周围由于“遮蔽效应”引起的土位移变化部分，利用弹性理论法近似桩一土相互作用效应。
（4）有限元法：有限元法的适用范围相当大，对桩、承台、土、甚至上部结构，可分别采用不同的本构模型模拟。群桩程序中用三维的两节点的梁单元模拟桩，9节点的壳单元模拟承台。桩一土相互作用面常用界面单元来模拟。众多有限元分析中，有各种各样土的应力一应变关系模拟方法。
3小结
本文通过对群桩效应承载力的分析总结，可以看出，计算群桩效率的方法越来越精确，但都存在问题，还需进一步研究，特别是水平荷载作用下的承载力分析。在计算机高速发展的时代，有限元法有绝对的优势，但前面的理论是基础。刚度相同的单多桩比较，群桩在地震和撞裂破坏后都有应力重分布，较单桩更有优势，故值得进一步研究。
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桩筏基础论文范文第10篇
关键词：超长群桩；承台厚度；群桩沉降；桩顶荷载
中图分类号：TF351.5 文献标识码： A
1 背景材料及有限元模型的建立
本文选取三层土体，尺寸模型为60m(L)×60m(B)×100m(H),土体物理参数见表1。采用3×3群桩基础，桩径为1.0（1.2）米，桩长为60m，桩基布置见图1.1，承台平面尺寸为11m×11m，厚度分别取1.5m，2.0m,2.5m,3.0m。施加25MN的压力荷载，采用GTS模型中的桩单元设置桩基与土体之间的摩擦界面单元，以此来模拟桩侧摩阻力。桩端设置弹簧，以此来分析桩端阻力的变化情况。土体、承台采用实体单元划分；由于桩基的长径比为60，长径比较大，因此桩基使用离散的一维杆系单元。模型如图1.2。
表 1 土层物理参数
Tab.1The physical parameters of soil
图1.1 群桩平面布置图(单位：m) 图1.23×3群桩有限元模型
Fig.1.1Layout of piles(unit ,m) Fig.1.2 Element model of 3×3 piles
2 承台沉降分析
在桩长、桩距等参数不变的情况下，对承台施加25MN的压力荷载，研究分析不同承台厚度下的承台沉降。结果如图表所示；
图2.11.5米厚承台沉降位移云图 图2.22米厚承台沉降位移云图
图2.3 2.5米厚承台沉降位移云图图2.43米厚承台沉降位移云图
表2 承台沉降随厚度的变化
Tab.2The settlement of pile caps under different thickness
结果分析：
①保持桩身参数不变的情况下，随着承台厚度的增大，承台沉降逐渐减小，但变化幅度不大。
②由沉降位移云图可以得出，承台的最大沉降都在边角处，呈现中间小，两边大的现象，说明在外力荷载作用下，承台内的应力传递路径发生了改变，沉降产生了不均匀性。
③提高承台厚度对沉降的影响较小，而增加承台厚度会加大工程的投入，造成不必要的浪费，因此在选择承台厚度时，需要综合考虑多项因素的影响，选择最佳厚度。
3 桩顶荷载分析
3.1承台应力分析
在桩长、桩距等参数不变的情况下，对承台施加25MN的压力荷载，研究分析不同承台厚度下的承台应力。结果如图表所示；
图3.11.5米厚承台应力云图 图3.22.0米厚承台应力云图
图3.32.5米厚承台应力云图图3.43.0米厚承台应力云图
表3.1 各厚度下承台应力表
Tab.3.1 The tress of pile caps under different thickness
结果分析：
①由于桩基及周围土体的影响，承台的应力分布存在着明显的非线性和不均匀性。压应力主要集中在承台顶面的墩柱相接处，以及侧面和底面的跨中处，柱边及桩边缘附近产生了高压应力区，使该区域内混凝土受到较大压应力；拉应力出现在底面及靠近底面的侧边处，靠近桩顶处发生应力集中现象。
②随着承台厚度的增加，承台的内力发生了改变，最大主压力和最大主拉力逐渐减小，其中承台厚度从1.5米增加到2.0米时，压应力和拉应力衰减比较明显，从2.5米到3.0米，压应力变化幅度不大，不出现拉应力。该结果表明，在工程允许范围内，保持荷载及其它参数不变的条件下，可通过提高承台厚度减小拉压力，防止承台底部混凝土由于压应力过大出现裂缝，同时可以降低高压应力区域内的最大压应力，防止该区域内混凝土受压开裂。
3.2 桩顶荷载分析
群桩编号参考图1，由于几何模型的对称性，桩①、②、③、④和⑥、⑦、⑧、⑨的轴力和变形一致。本文选取具有代表性的中心桩⑤、角桩①、边中桩②进行分析，对桩顶反力及角桩/中心桩、边桩/中心桩的反力比进行分析。结果见表3.2:
表3.2 不同承台厚度下桩顶反力表 （单位：kN）
Tab.3.1The tress of piles top under different thickness（unit：kN）
图4-23 承台厚度与桩顶反力比曲线变化图
由上表及曲线图可知：
①随着承台厚度的增大，桩顶反力逐渐大，桩顶反力比逐渐减小。承台厚度从1.5m增至2.0m时，角桩/中心桩、边桩/中心桩的反力比变化率最大，随着厚度继续增加，反力比的降幅趋于稳定，各桩桩顶荷载分配差异性减小。该分析表明承台自重增加可使桩顶荷载分配发生调整，同时改变竖向荷载传递路径，使传力更加均匀。因此适当提高承台厚度，可改变应力传递路径，使桩顶荷载分配更加均匀，有利于提高群桩基础的整体稳定性。
②随着承台厚度增大, 桩顶反力也逐渐大。但承台厚度为2.5m和3.0m的角桩和边桩的桩顶反力差别较小, 说明当承台厚度增加至某个数值(有效厚度)时,各桩顶反力差异性接近一致。因此,在设计中应当尽量减小承台厚度至有效厚度,同时考虑承台的构造要求,选择最佳厚度。各种承台厚度下的桩顶反力,都是角桩最大,边桩次之,中心桩最小。究其原因是承台沉降不同使得承台底部(即各桩桩顶)受到台底土的反力作用不同。中心桩位于承台中部,台底土分担了很大外力,桩顶反力最小；而角桩居于最外缘,受台底土的支撑作用最小,自身承担的外力最大。
4结论
本文主要探讨了不同承台厚度对超长群桩基础力学性能的分析，随着承台厚度的增加，承台沉降逐渐减小，桩顶荷载增大，桩顶荷载大小趋向均匀。在工程实际中，应当合理选取最佳承台厚度,同时考虑承台的构造要求,以达到结构受力及工程节约的双重目的。
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