某框剪結構辦公樓樁筏基礎選樁對比與優化

劉揚

摘 要：本文通過對一個框剪結構高層樁筏基礎修改計算，對比了不同樁型樁距布置情況下的沉降差異，同時通過樁筏基礎的修改計算與優化，對該樁筏基礎作了詳盡的分析，得出了一些有價值的結論。

關鍵詞：樁筏基礎；沉降；優化設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.112

1 工程概況

某辦公樓結構形式為鋼筋混凝土框剪結構，總建筑面積61224m2，地上20層，地下1層，南北兩側為大底盤地下室，地下室埋深6米左右，場地地震基本烈度為6度，抗震設防烈度為7度（0.10g），建筑場地類別III類場地。該場地土土層依次為：1.雜填土2.粉質粘土夾粉土3.粉土4.粉細砂5.淤泥質粉質粘土6.粉砂夾粉土7.粉質粘土7.1粉土8.粉砂夾粉土9.粉細砂。本工程采用選用（PHC）預應力混凝土管樁，樁端持力層選擇《巖土工程勘察報告》中的第8層土（粉砂夾粉土層）。

2 樁間距對沉降的影響

擬建建筑為辦公樓，結構形式為鋼筋混凝土框剪結構，柱及抗震墻下荷載較大，從技術經濟分析，采用預應力管樁+承臺基礎方案，為降低造價得出最經濟基礎方案，本工程對比了兩種樁型方案：

方案一：樁徑選用《巖土工程勘察報告》中建議的樁徑500mm預應力管樁，管樁型號為：PHC-B500（100）-51b，有效樁長50.00m。管樁單樁承載力特征值Ra=2100KN，樁間距為1500～1750mm。采用Winkler模型計算承臺與筏板沉降，典型承臺沉降見表1。

方案二：按照新版江蘇省工程建設標準《預應力混凝土管樁技術規程》DGJ32-TJ109-2010，結構高度大于60米的高層建筑宜選用外徑不小于600mm的管樁，選用型號為PHC-AB600（130）-51.5b的預應力管樁，有效樁長51.5m，管樁單樁承載力特征值Ra=2670KN。由于單樁承載力提高，主體范圍內樁數由828根減少到658根。樁間距擴大到1800～2100mm，同樣采用Winkler模型計算承臺與筏板沉降，典型承臺沉降見表1。

研究表明：樁數減少，樁—土體剛度相應下降，因此，樁筏基礎的沉降隨樁間距的增大而增大。中國建筑科學研究院在石家莊市南郊進行的樁筏基礎沉降野外模型試驗[1]表明：減少樁數而增大樁距的模型相對于原模型基礎沉降增大了這與文獻[2]的計算結論相吻合。

但通過表1可知：本工程中，樁數少而樁距大的模型的沉降反比原模型的沉降減小了15%～20%，這說明樁間土對荷載的分擔起到了明顯的作用。

樁筏基礎的沉降雖然隨樁間距的增大而增大。但樁間距在10倍樁徑以內時，樁筏基礎的沉降只隨樁間距的增大而稍有增大。樁筏基礎在豎向荷載作用下，上部結構、樁筏基礎與土的共同作用工作特性主要表現在樁與筏板（承臺）的荷載分擔和樁頂反力的非等值分布兩個方面。樁間土越軟，筏板對荷載的分擔比越小，若筏底存在適當厚度的硬土層，即使下面的樁間土很軟，筏板亦具有一定的分擔作用。若樁端持力層較硬，樁的刺入變形小，基底土反力一般較難發揮。樁距的大小對基底反力有很大的影響。其分擔比隨樁距的增大而上升，一般樁距大于5倍樁徑時，基底土對荷載便有明顯的分擔，當為6倍樁徑時，也有筏板分擔為65%的實例。

因此，通過模型對比可知，過密的布樁不利于充分發揮樁間土的承載作用。故我們在設計樁筏基礎時根據具體情況條件進行合理的設計。做到既安全又經濟。

3 變剛度調平設計

由于業主原因，原建筑規劃作出調整，辦公樓以建筑中心為圓心，整體順時針旋轉6度，此時預應力管樁已打完300根，由于規劃調整，已打完的承臺下樁已嚴重偏離上部結構。

綜合現場情況和初步的計算果分析，基礎修改方案如下：

改用預應力管樁+筏板基礎方案，筏板整體1500mm厚，局部（剪力墻核心筒，軸力較大的柱下）加厚。為了最大限度的利用已打樁，從技術經濟角度分析，基礎方案細化方案采用整體1500mm厚筏板，剪力墻核心筒，軸力較大的柱下加厚到1800mm～2200mm厚，1500mm厚筏板柱沖切不滿足處設400高柱墩，由于筏板頂板覆土只有200mm厚，所以柱墩做成下柱墩。上部結構與基礎和地基共同作用是把上部結構、基礎、地基三者作為一個整體考慮，并且三者之間須同時滿足靜力平衡和變形協調。上部結構、基礎和地基的剛度分布直接影響基礎的沉降分布情況。理論分析和工程實例表明，若想減少差異沉降，采取加大基礎剛度方法的效果并不明顯，且明顯的不經濟。而上部結構剛度，由于受到使用功能的約束，加強上部結構剛度的方法也很難實現。因此，要使沉降趨于均勻，唯有依靠調整樁土支承剛度，使之與荷載分布和相互作用效應匹配。同時樁沿抗震墻軸線或柱下布置，較之樁滿堂布置可大大減小底板的厚度。這也是優化高層建筑地基基礎設計、減少乃至消除差異沉降的有效、可行而又經濟的途徑。

遵循以上原則，按照以下步驟最終完成了基礎修改方案的優化。

1.在左側已打完的樁間補充布樁。2.右側未打樁部分按照原設計在抗震墻軸線或柱下布樁，在樁間補充布樁。3.這樣造成了兩側樁布置不對稱，因此要調整樁位布置，是上部荷載重心與樁形心重合。4.樁平面布置盡可能均勻。5.總攬全局，做局部調整樁位。6.合理確定樁筏分擔比，調整樁參數，樁頂反力。

4 小結

通過本工程對樁筏基礎的修改設計與優化，總結如下：

（1）在設計樁筏基礎時適當的加大樁距，減少樁數，充分發揮樁間土的承載作用，根據具體地質情況條件進行合理的設計，可做到既安全又經濟。

（2） 由于筏板內應力較小，筏板厚度由抗剪切，抗沖切要求確定，實際工程中可通過考慮筏底土承擔一定的上部荷載，合理布樁，使筏板承受的剪切力和沖切力減小，減小筏板的厚度，節約基礎工程造價。

參考文獻：

[1]張武遲，鈴泉，高文生等.變剛度樁筏基礎變形特性試驗研究建筑結構學報[J]，2010.

[2]劉金礪，遲鈴泉.樁土變形計算模型和變剛度調平設計[J].巖土工程學報，2000.