樁土共同作用在太倉市第一人民醫院中的應用

梅 曄

(華東建筑設計研究院有限公司，上海200002)

1 引言

隨著經濟技術的發展，應用在土建設計施工中的新技術新材料越來越多，而在樁基礎的設計方面，多數仍采用一般的設計方法，即上部的建筑荷載全部由樁基承擔，不考慮土的承載力。然而地基土的承載力是實際存在的，特別是帶有地下室地基土的承載力較大，如不考慮地基土的承載力，實際上是造成了極大的浪費。

本文通過對太倉市第一人民醫院行政樓(采用樁土共同作用)與醫技樓(采用樁基承擔所有上部荷載)不同的樁基設計來簡要地說明樁土共同作用在實際工程中的應用。

2 工程概況和場地地質情況

太倉市第一人民醫院主體建筑由住院樓(高層)、行政樓(多層)及門急診醫技樓(多層)組成，見圖1。因為住院樓為高層框架剪力墻結構，荷載較大，受力體系復雜，所以基礎仍按常規設計，本文不再累述。行政樓及門急診醫技樓均為地下一層(地下室層高5．5 m)，地上 5 層(高21．550 m)，經過比較，考慮到行政樓平面較規則，采用樁土共同作用地基基礎，而醫技樓荷載及柱網均與行政樓相近，采用常規設計，通過對比可以比較直觀地反映出樁土共同作用的經濟性和實用性。

場地各土層的物理力學參數見表1。

圖1 平面總圖Fig．1 Layout plan

表1 各土層的物理力學參數Table 1 Physical and mechanical properties of soil

3 樁基選型及分析

3．1 常規樁

門急診醫技樓采用常規的樁基設計，設計方法在此不再累述。選取樁基類型如下:以5－5層粉質黏土夾粉土作為持力層，樁型選用預制PHC預應力高強混凝土管樁(PHC－AB－400(95)－39b)，根據抗壓試樁報告，取用工程設計的單樁抗壓承載力為1 100 kN(特征值)。樁位平面布置圖見圖2。

3．2 樁土共同作用

行政樓采用樁土共同作用的地基基礎。由于規范未給出具體的計算方法，通過對樁土共同作用的簡化分析，結合以往施工經驗，將樁土共同作用的基礎形式應用到實際的工程中。

3．3 樁土共同作用設計原則

(1)在常規設計樁基礎時，考慮多種因素，單樁的承載力設計值往往小于或等于其極限荷載的一半，單樁的刺入量較小，樁基可能會出現承臺底板與土體脫離的現象，這樣就不能實現樁土共同作用。采用樁土共同作用的設計方法，單樁承載力采用單樁極限承載力，樁在初期承受上部荷載作用時，有一定的沉降，使底板與土體充分接觸，并發揮其承載力。

(2)同一承臺下布置常規樁，間距較小的情況下，會產生明顯的擠土效應，不能充分發揮樁基和土體獨立狀態的承載力。由于太倉與上海地質條件相近，參考上海《地基基礎設計規范》(DGJ08—11—2010)［1］關于沉降控制復合樁基的規定，樁間距采用5倍的樁徑。

圖2 門診醫技樓樁位圖Fig．2 Pile layout

(3)采用樁土共同作用的基礎設計方法時，基礎梁及底板所受荷載的取值與常規設計方法不同。由于土體承受的上部荷載是通過基礎梁及底板傳遞，所以底板所承擔的力，不僅包括水浮力，還包括地基反力，在計算時，要按不同的工況計算，取最不利工況計算配筋。

3．4 樁土共同作用的設計應用

1)樁土共同作用

國際旅游大會的召開，國家旅游局信息中心和貴州省旅游局以及聯通貴州分公司聯合發布了《貴州旅游大數據報告》，通過大數據平臺計算，以客觀數據為基礎，對貴州省旅游運行態勢進行了分析，為政府機關旅游管理提供了基礎性保障，對貴州省旅游資源運行進行了簡單分析，為政府旅游管理提供了相應保障，不僅如此，也為游客出行的選擇提供了詳細參考。

需要樁有一定的沉降，使土體充分參與工作。所選樁端持力層與門急診醫技樓不同，為5－3層粉質黏土，樁型選用預制PHC預應力高強混凝土管樁(PHC－AB－400(95)－27b)，根據試樁報告，單樁承載力取其極限值1 450 kN。根據上部荷載，對柱下進行布樁，總樁數為420根。樁位平面圖見圖3。

2)樁土共同作用的強度驗算

樁土共同作用的強度驗算參考上海《地基基礎設計規范》(DGJ 08—11—2010)［1］:

式中，Fd為上部結構傳至承臺頂面的豎向荷載設計值(kN);Gd為承臺自重和承臺上覆土重的設計值，地下水位下應扣除水浮力(kN);n為樁數;Rk為單樁極限承載力標準值(kN);Ac為承臺底面積(m2);fk為承臺下地基土極限承載力標準值(kPa);γR為復合樁基承載力綜合分項系數，取2．0～2．2。

圖3 行政樓樁位圖(單位:mm)Fig．3 Pile layout(Unit:mm)

3)基礎梁荷載計算

基礎梁的荷載計算分別按以下三種情況取大值計算。

第一種情況:(上部荷載(D+L)－樁承擔荷載)/地板面積

第二種情況:取一柱下較大荷載(D+L)

Nmax=8 980．4 kN

4樁承擔荷載:4×1 450=5 800 kN

面積 S=7．2 ×7．8=56．16 m2

Q=(8 980．4 －5 800)/56．16=56．63 kN/m2(設計值)

第三種情況:完全考慮水浮力

取最高水位(室外地面以下500 mm)

水頭高度:H=5．5+0．5 － 0．45 － 0．5=5．05 m

底板自重:

0．5 ×25=12．5 kN/m2

墊層自重:

0．3 ×20=6．0 kN/m2

Q=10 ×5．05 －12．5 －6=32．0 kN/m2(標準值)

按第二種情況計算基礎梁及底板配筋。

4 施工過程中沉降監測結果分析

4．1 沉降觀測

為檢驗樁土共同作用在實際應用中的效果，在建筑周邊設置沉降觀測點，見圖4及圖5，從基礎完成后即進行沉降觀測，每施工一層觀測一次，竣工后每1～2月觀測一次。兩棟樓最大沉降觀測點沉降量見圖6。

圖4 行政樓沉降觀測布置點Fig．4 Settlement observation point arrangement

圖5 醫技樓沉降觀測布置點Fig．5 Settlement obserbation point arrangement

圖6 沉降實測結果Fig．6 Settlement observation results

4．2 對比分析

行政樓及門急診醫技樓上部荷載及土層分布基本相同，通過對表2的對比可以發現，采用樁土共同作用基礎比一般樁基礎具有明顯的經濟優勢，雖然每平方米用樁量基本相同，但樁長明顯減少，可大量地縮短施工周期。

表2 沉降對比表Table 2 Settlement comparison

5 結論

(1)在相同的地質條件下，采用樁土共同作用的基礎，相比普通的樁基礎，可以采用更短的樁長，以滿足規范和使用的要求，其經濟效益非常明顯。

(2)樁土共同作用的應用，適用于軟土地基，需要有一定的沉降量，才能使基礎與土體充分接觸，并充分發揮地基土的承載力。

(3)本文所采用的設計方法，雖然具有較高的可操作性，但還需結合現場場地和設計經驗，采用合理的設計方法。

［1］ 上海市城鄉建設和交通委員會．DGJ 08—11—2010地基基礎設計規范［S］．上海:2010．ShanghaiUrban Construction and Communications Commission．DGJ 08—11—2010 Foundation design code［S］．Shanghai:2010．(in Chinese)

［2］ 張乾青．樁-土共同作用的研究［J］．巖土工程技術．2008，22(4):167-172．Zhang Qianqing．Analysis of interaction between pile and soil［J］．Geotechnical Engineering Technique，2008，22(4):167-172．(in Chinese)

［3］ 陳清軍，冷曉雨．土-樁-結構相互作用體系非平穩隨機地震反應分析［J］．結構工程師，2009，25(1):66-69．Chen Qingjun，Leng Xiaoyu．Non-stationary random seismic response analysis of soil-pile-structure interaction systems［J］．Structural Engineers，2009，25(1):66-69．(in Chinese)

［4］ 李俊民．沉降控制復合樁基在多層有地下室建筑的應用［J］．結構工程師，2009，25(1):79-82．Li Junmin．Application of settlement-controlled composite pile foundations in multi-storey buildings with basement［J］．Structural Engineers，2009，25(1):79-82．(in Chinese)