学文网【摘要】桩筏基础在各种基础形式中整体性能较好，具有很大的刚度，其在提高竖向承载能力和调整不均匀沉降方面的作用十分显著，因此在高层建筑地基基础选型中被大量选用。本文根据实际案例分析桩筏基础的补偿平衡设计法，采用不均匀布桩法进行布桩设计，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。
【关键词】桩筏基础工程；布桩设计；工程沉降；承载力
随着国民经济的飞速发展，高层建筑就如雨后春笋一般，层出不穷，为了满足各种结构建筑物的要求，适应各种不同地质条件和施工方法，在工程实践中往往采用各种不同的桩和桩基础。其中桩筏基础由于具有竖向承载力高、稳定性好、沉降量小、具有一定调节不均匀沉降的能力、抗倾覆能力强等优点，应用较为广泛。
一、建筑桩筏基础工程概述
1.1承载力分析
桩顶竖向荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承受，以剪力形式传递给桩周土体的荷载最终也将扩散分布于桩端持力层。持力层受桩端荷载和桩侧荷载而压缩（含部分剪切变形），桩基因此产生沉降。而由多桩构成的群桩，由于承台与桩顶同步沉降，承台底面的土必然受到压缩从而产生土反力，该土反力也分担一部分的荷载，因此，由群桩构成的承载力实际上由三部分组成：各基桩的桩侧力，桩端阻力和承台竖向阻力。但群桩的承台一桩群一土的相互影响和共同作用，群桩的承载力并不等干各单桩的侧阻力、端阻力、承台下地基土承载力之和，群桩的工作性状的破坏特征也与单桩承载力之不同，所以，在进行设计时，不仅要清楚单桩的性状和承载力的变化规律、还需考虑群桩基础的群桩效应。
1.2桩筏基础的工作机理
根据土力学原理，可以分下列几个受力阶段来阐述高层建筑桩筏基础与地基共同作用的机理。在建筑物施工期间和使用早期内，基底与桩间土保持接触，桩与箱或桩与筏共同承担建筑物荷载。，随着时间的进展，打桩时引起的孔隙水压力逐渐消散，到某一时间内，由于孔隙水压力消散引起基底土的固结沉降，使得桩间土承受的荷载减小，此刻，桩承受的荷载增大。若此时桩间土的固结沉降大于桩基沉降，则基底与桩间土脱离。由于桩承担的建筑物荷载的增大，建筑物的沉降将不断增加，此时桩沉降速率要比孔隙水压力消散速率大些，基底可能又与桩间土再度接触。筏基分担上部结构荷载又增加。
如此循环，直至建筑物沉降隐定为止。至于基底与桩间土是否保持接触，这是与打入桩的数量、打桩引起地面的隆起量的大小、打桩速率以及桩间土和桩的承载力等因素有关。如果基底与桩间土脱离，而桩已有足够的承载力单独地承担建筑物的荷载，则桩间土与基底浆永远脱离。当然，当打入桩减少到一定数量时，桩和桩间土总是一起承担上部荷载的。
二、工程实例分析
2.1工程概况
沈阳市某一小区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。2012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。
2.2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。
2.3桩筏技术选择
通过查阅国外类似工程的设计文献，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。
2.4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：***1（a）为等桩径等桩长不等桩距；***1（b）为不等桩径等桩长等桩距；***1（c）为不等桩径等桩长不等桩距：***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。
三、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。
四、结语
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。桩筏基础设计是双控的，从优化角度理解，承载力和沉降条件仅仅是两个约束条件。在特定条件下，承载力和沉降往往只是其中一个起主控作用。在深厚软粘土地基上的桩筏基础， 沉降往往是设计的主控要素，应提倡以沉降控制设计的设计思想。
参考文献：
[1]周石晶，赵云翳，侯德吉.桩筏基础设计方法的改进及其经济价值.岩土工程学报，2010，19（3）：56～59.
[2]龚师倩.复合地基理论及其在高层建筑中的应用.土木工程学报，2011，27（9）。
[3]齐良锋.高层建筑桩筏基础共同工作原位测试及理论分析[D].西安：西安建筑科技大学，2011.
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