基于基床系數對樁基礎設計影響的案例分析

劉 輝

(時代建筑設計院(福建)有限公司,福建 福州 350013)

基于基床系數對樁基礎設計影響的案例分析

劉 輝

(時代建筑設計院(福建)有限公司,福建 福州 350013)

基床系數是計算樁基礎的一個重要參數，結合江蘇某住宅小區工程實例中樁基礎設計，探討了基床系數的取值對樁反力的影響，并分析了基床系數的取值對樁基礎設計的影響，希望給以后類似工程提供參考借鑒。

樁基礎，基床系數，復合樁基，樁土共同作用

1 工程概況

該項目為江蘇某住宅小區新建項目，總用地面積33 056.83 m2，總建筑面積164 220.0 m2。主要建(構)筑物為商業用房、住宅樓及其他輔助設施，主要由9棟11層～33層高層建筑及單層地下室組成。單層地下室采用框架結構，高層部分采用框架剪力墻結構和剪力墻結構，基礎采用樁基礎。本工程地質土層分布及物理力學指標詳見表1。

主要以4號樓主樓樁基礎設計為案例分析，建筑為底部二層商業用房以上為住宅，高度97.55 m，裙房為二層商業。主樓采用樁承臺基礎；基礎設計等級為甲級。樁基采用打入式混凝土預制方樁(PHC直徑50 cm)，樁類型為摩擦樁，樁端持力層為第⑦層粘土，筏板(承臺)底地基土位于第⑤層粘土。樁基礎單樁豎向抗壓承載力特征值取2 000 kN計算；筏板(承臺)底地基土修正后的地基承載力特征值為193 kPa。樁基礎采用盈科建基礎設計軟件(YJK-F)[1.8.0.0(Beta)]計算。

表1 工程地質土層分布及物理力學指標

2 基床系數對樁豎向承載力驗算結果分析

工程4號樓首先按天然地基，常規樁基(不考慮土分擔荷載)即基床系數K=0進行計算，計算所得樁基局部平面布置圖及樁豎向承載力局部驗算結果見圖1，圖2。

對編號為ZT5-20承臺進行分析，按復合樁基(樁土共同分擔荷載)分別取基床系數K=2 000 kN/m3，K=5 000 kN/m3，K=8 280 kN/m3，K=10 000 kN/m3,K=20 000 kN/m3,K=30 000 kN/m3進行計算，計算所得平均樁反力Nk,avg結果見表2，其中K=8 280 kN/m3為將地質資料輸入盈建科軟件中程序計算所得基床系數值；對編號為ZT5-31的承臺進行分析，按復合樁基(樁土共同分擔荷載)分別取基床系數K=2 000 kN/m3,K=5 000 kN/m3,K=7 091 kN/m3，K=10 000 kN/m3，K=20 000 kN/m3，K=30 000 kN/m3進行計算，計算所得平均樁反力Nk,avg結果見表3，其中K=7 091 kN/m3為將地質資料輸入盈建科軟件中程序計算所得基床系數值。

表2 ZT5-20平均樁反力Nk,avg統計

K/kN·m-3K=0K=2000K=5000K=8280K=10000K=20000K=30000平均樁反力Nk,avg/kN1926183817201621155513051124平均樁反力與K=0比較降低百分比/%—4.610.715.819.332.241.6

表3 ZT5-31平均樁反力Nk,avg統計

通過分析表2,表3可以看出因基床系數的取值不同，相比于不考慮基床系數情況下，樁反力相差值會超過40%。如果繼續將基床系數取大，平均樁反力下降將更明顯，顯然基床系數的取值過大，很容易造成樁反力偏小，反而通過計算承臺下地基土承擔的反力偏大，這往往不符合工程實際。我們通過分析承臺下地基土承載力有：承臺ZT5-20底面積A=48.32 m2，承臺底扣除樁基截面積的凈面積Ac=43.32 m2，承臺底地基土所能承擔最大荷載QK1=43.32×193=8 360.8 kN，平均到單樁最大可以減小418 kN；ZT5-31底面積A=84.94 m2，承臺底扣除樁基截面積的凈面積Ac=77.19 m2，承臺底地基土所能承擔最大荷載QK1=77.19×193=14 897.7 kN，平均到單樁最大可以減小480 kN。由表2,表3軟件根據地質資料反算得到的基床系數計算所得平均樁反力減少分別為：承臺ZT5-20減小315 kN；承臺ZT5-31減小322 kN。平均樁反力減少部分小于承臺下地基土承載力，而且較為充分發揮承臺下天然地基承載力并留有一定安全儲備，相對是安全的。

根據盈建科軟件基床系數推薦值及《地基與基礎》顧曉魯等主編所給出的基床系數K值見表4。

表4 基床系數K值

由表4可以看出，軟件推薦值及《地基與基礎》書本中所提供的基床系數K值差別較大且取值的范圍也很大，取值范圍與軟件通過地質資料反算所得到的基床系數相差也很大。如果盲目的按照軟件推薦值選取基床系數進行計算，而不綜合考慮承臺(筏板)下地基土承載力等因素影響，則很容易造成計算不符合實標。例如基床數我們利用軟件推薦值根據軟弱土層摩擦樁取K=30 000 kN/m3，相應計算得出承臺下地基土所承擔豎向荷載將遠遠大于承臺(筏板)下地基土承載力，這顯然是不合理的。這便給結構設計人員對該值的使用帶來了很大的不方便甚至使用上的錯誤。

綜上可以看出基床系數K是基礎設計中非常重要的一個參數，它的取值直接影響到地基反力計算及樁基的平面布置等。如果按經驗值輸入K值或采用程序建議值對樁基礎進行計算，因取值的偏差將對整個基礎的設計造成較大的差異，并對基礎的造價及安全可靠性有直接影響。鑒于軟件給定的基床系數的范圍較大而基床系數對基礎反力影響又很大，因此合理K值的取值就顯得至關重要。

3 結語

在樁基礎的設計中，不能為追求減小樁數量和控制樁反力而盲目選取基床系數，對于基床系數的取值需綜合考慮承臺(筏板)下地基土層情況、勘察報告所提供各層土質資料情況、基礎的沉降變形等各方面因素影響，同時適當控制承臺(筏板)所承擔總荷載的比例，為基礎設計留有一定的安全儲備空間。建議對較小承臺(筏板)不考慮基床系數的影響；如果有條件基床系數利用現場載荷實驗成果進行確定；如果利用計算軟件反算所得到的基床系數計算時需把基礎沉降變形控制在合理范圍并做好實際沉降的觀測，同時結合當地工程實踐作為參考。因基床系數K值不是一個常量，它的確定也是一個相對復雜的問題，設計師需要根據計算結果和地質資料進行合理取值。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2] 顧曉魯，錢鴻縉.地基與基礎[M].第3版.北京：中國建筑工業出版社，2003.

[3] 黃昌乾，李國強，潘啟輝.基床系數取值方法相關問題分析[J].建筑結構，2010(S1)：298-302.

[4] 寧向陽.基床系數的確定和調整方法[J].江西建材，2016(5)：63-64.

Thecaseanalysisbasedoninfluenceofcoefficientofsubgradereactionondesignofpilefoundation

LiuHui

(TimeArchitectureDesignInstitute(Fujian)Co.,Ltd，Fuzhou350013,China)

The coefficient of subgrade reaction is an important parameter to calculate the foundation of pile, combined with the design of a pile foundation in a residential district project in Jiangsu, the influence of the value of coefficient of subgrade reaction on pile reaction force is discussed, the influence of coefficient of subgrade reaction on the design of pile foundation is analyzed, hope to provide reference for similar projects in the future.

pile foundation, coefficient of subgrade reaction, composite pile foundation, the pile and the earth work together

TU473.1

A

1009-6825(2017)27-0081-02

2017-07-12

劉 輝(1987- )，男,工程師