復合樁筏基礎結構設計的探究

【摘要】本文論述了樁筏設計考慮樁土共同作用的必要性，明確了設計的要點，討論了樁筏基礎提出局部樁承載力不足的看法，下面就此進行詳細的分析。

【關鍵詞】樁筏；復合樁基；設計

1 引言

樁筏基礎在建筑基礎設計中已經非常普遍，對于大多數工程設計人員來說已經設計過很多項目了。但在目前的中小設計單位所設計的高層建筑的基礎，一般僅考慮上部荷載全部由樁來承擔，絕大多數仍然采用不考慮樁間土的作用的常規計算方法，實際上這種計算方法是過于保守的。從嚴格意義上來講，對于設計中不考慮基底樁間土分擔上部荷載的“樁筏”基礎不能稱之為樁筏基礎，而事實上基底樁間土分擔上部荷載的作用也是客觀存在的，因此應該認真考慮土體的承載能力，這樣在相同條件下可以減少樁的數量，降低基礎的造價。樁筏基礎中影響筏板的分擔荷載作用的因素很多如樁的類型、布置、樁間土的性狀、有無地下水等，都對樁及樁間土的受力有影響。以前設計過得項目中遇到過審圖單位提出樁筏基礎中，局部承載力不滿足的情況，即某片墻（或柱）下的幾根樁承載力小于該處墻身（或柱）豎向力的情況，針對這種情況應該怎么理解呢，這值得我們來探討一下。

2 設計思路

一般說來，復合樁基有兩種思路：一種是反映在《建筑樁基技術規范》中以承載力控制為主的傳統設計方法，可稱為承載力控制復合樁基；一種是以沉降控制為主的設計方法，可稱為沉降控制復合樁基或減少沉降樁基（上海地基基礎設計規范）。對于常規樁，在各工況下承載力滿足時，最終計算沉降量驗算通過即可。而復合樁-筏基礎是按控制地基沉降的原則設計的樁基礎，即在設計時由基礎的允許沉降控制值來確定樁數和樁長的低承臺摩擦樁（或端承作用較小的端承摩擦樁）。我們來看下面的實例：

3 實例分析

某商住樓為地下一層地上三十一層剪力墻結構高層建筑，底部三層商業，基礎采用旋挖鉆孔灌注樁基礎，樁長18.5m，樁端極限端阻力標準值為700KPa。主樓下按樁筏基礎設計，商業及地下室采用樁承臺。主樓筏板厚1500mm，筏板面標高為-5.600m，筏板底面處第③層土承載力特征值為fak=140KPa。地質條件如下：第①層土，粉質粘土 ， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，層厚。第②層土，粉質粘土 ， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，層厚。第③層土，粉質粘土， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，層厚。第④層土，粉質粘土， fak=140kpa ， Es=9.8 MPa ，層厚。第⑤層土，粉質粘土， fak=140kpa ， Es=12 MPa，層厚。第⑥層土，卵石， fak=140kpa ， Es=55 MPa ，未揭穿。筏板布置見下圖一。

本工程設計前甲方通過現場實測提供了直徑Φ600的樁和Φ400兩種基樁的承載力特征值，Φ600樁為1638KN，Φ400樁為920KN。初步試算后通過對比分析發現采用400的樁要比采用600的樁經濟，最后確定采用Φ400樁進行設計。為了降低造價，本次設計考慮的筏板底樁間土的作用，最終設計反力見下圖二（局部圖）：

設計時首先考慮充分發揮筏板底樁間土作用，樁間土反力不超修正后特征值180KPa，相應單樁承載力反力約800KN，雖然滿足承載力要求，但是通過沉降計算后發現，筏板沉降量約200mm，基本超出《地基基礎設計規范》規定的要求。由此又重新調整樁計算參數進行計算，結果樁間土反力為100KPa，相應單樁反力為900KN，經沉降計算筏板沉降量80mm，滿足規范要求。其次設計者又按完全不考慮樁間土作用進行計算，雖然沉降只有20～30mm，但單樁反力超過1.2倍單樁承載力特征值，需要增加137根樁才能滿足承載力要求，而增加樁后的沉降為25mm，較前沒有顯著變化。由此可以看出樁間土分擔的比例越大，沉降量計算值越大。當考慮樁間土作用時，不僅要控制樁間土反力和單樁反力還要注意控制筏板的總體沉降量。

就上面實例來看，當不考慮樁間土作用時用樁數需799根，當考慮樁間土作用且滿足承載力和變形要求時的用樁數為662根，相當于樁間土分擔上部荷載17%。根據資料統計，對于樁-筏基礎，地基土的反力和地下水的浮托力等所承擔的上部荷載約占整個建筑荷載的15～35%，而樁所承擔的上部荷載僅占總體的65～85%不等。對于本工程而言，筏板底土的承載力較低，壓縮模量較小，所以這個比例是合適的，如果筏板底土承載力較高壓縮模量較大時，這個比例會提高。需要特別說明一點的是，對于基底樁間土為飽和黏土的樁-筏基礎，由于樁間土已飽和，地基復合變形時會產生排水固結引起建筑物較大的沉降，因此這種情況下不應考慮基底樁間土分擔上部荷載，而應全部考慮由樁基來承擔。具體設計時應根據相應工程情況采取合理的布樁方式、靈活調整計算參數達到預期的設計意圖。

滿堂布樁的樁筏基礎中，對于“局部承載力不滿足”的說法，筆者認為是比較狹隘的看法。這里就要提到基礎及上部結構的總體剛度影響。隨著上部結構的施工，結構整體剛度不斷增大，筏板整體彎曲逐漸變大中和軸開始逐漸上移，逐漸在主體結構內形成拱的作用，并且內力拱會逐步上升，基礎內力開始變小彎曲中和軸移至上部結構，筏板受力趨于整體均勻分布或均勻傳遞給基樁。對于墻下布樁的樁筏來講，當整體計算通過時，即使局部樁承載力欠一點，考慮到整體剛度的調節也可以滿足承載力要求，所以對于局部樁承載力不滿足要求的說法是不正確的。

4 結束語

樁筏設計時一般情況下應考慮樁間土作用，樁間土的分配比例根據具體情況來定，一般在15～35%，這樣可以降低可觀的工程造價。樁筏設計時不僅要控制樁間土反力和單樁反力還要注意控制筏板的總體沉降量，在特定的條件下，承載力和沉降往往是只有一個起主控作用。樁筏設計時應控制樁反力較均勻分布和地基變形滿足規范要求，對于局部墻（或柱）下的基樁，不必非要加強設計。

【參考文獻】

1.《建筑樁基技術規范》中國建筑工業出版社 JGJ94-2008

2.《高層建筑樁筏和樁箱基礎的優化設計》陽吉寶.工程勘察，1996（1）

3.《減沉樁筏板基礎設計》趙東亮.基礎工程，2001