某框剪結(jié)構(gòu)辦公樓樁筏基礎(chǔ)選樁對比與優(yōu)化

劉揚(yáng)

摘 要：本文通過對一個框剪結(jié)構(gòu)高層樁筏基礎(chǔ)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(chǔ)的修改計算與優(yōu)化，對該樁筏基礎(chǔ)作了詳盡的分析，得出了一些有價值的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：樁筏基礎(chǔ)；沉降；優(yōu)化設(shè)計

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

1 工程概況

某辦公樓結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，總建筑面積61224m2，地上20層，地下1層，南北兩側(cè)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(shè)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(zhì)粘土夾粉土3.粉土4.粉細(xì)砂5.淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土6.粉砂夾粉土7.粉質(zhì)粘土7.1粉土8.粉砂夾粉土9.粉細(xì)砂。本工程采用選用（PHC）預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，柱及抗震墻下荷載較大，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，采用預(yù)應(yīng)力管樁+承臺基礎(chǔ)方案，為降低造價得出最經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)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(yù)應(yīng)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(shè)標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)規(guī)程》DGJ32-TJ109-2010，結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)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(nèi)樁數(shù)由828根減少到658根。樁間距擴(kuò)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(shù)減少，樁—土體剛度相應(yīng)下降，因此，樁筏基礎(chǔ)的沉降隨樁間距的增大而增大。中國建筑科學(xué)研究院在石家莊市南郊進(jìn)行的樁筏基礎(chǔ)沉降野外模型試驗[1]表明：減少樁數(shù)而增大樁距的模型相對于原模型基礎(chǔ)沉降增大了這與文獻(xiàn)[2]的計算結(jié)論相吻合。

但通過表1可知：本工程中，樁數(shù)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(dān)起到了明顯的作用。

樁筏基礎(chǔ)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(nèi)時，樁筏基礎(chǔ)的沉降只隨樁間距的增大而稍有增大。樁筏基礎(chǔ)在豎向荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)、樁筏基礎(chǔ)與土的共同作用工作特性主要表現(xiàn)在樁與筏板（承臺）的荷載分擔(dān)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(dān)比越小，若筏底存在適當(dāng)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(dān)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(fā)揮。樁距的大小對基底反力有很大的影響。其分擔(dān)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(dān)，當(dāng)為6倍樁徑時，也有筏板分擔(dān)為65%的實(shí)例。

因此，通過模型對比可知，過密的布樁不利于充分發(fā)揮樁間土的承載作用。故我們在設(shè)計樁筏基礎(chǔ)時根據(jù)具體情況條件進(jìn)行合理的設(shè)計。做到既安全又經(jīng)濟(jì)。

3 變剛度調(diào)平設(shè)計

由于業(yè)主原因，原建筑規(guī)劃作出調(diào)整，辦公樓以建筑中心為圓心，整體順時針旋轉(zhuǎn)6度，此時預(yù)應(yīng)力管樁已打完300根，由于規(guī)劃調(diào)整，已打完的承臺下樁已嚴(yán)重偏離上部結(jié)構(gòu)。

綜合現(xiàn)場情況和初步的計算果分析，基礎(chǔ)修改方案如下：

改用預(yù)應(yīng)力管樁+筏板基礎(chǔ)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(shù)經(jīng)濟(jì)角度分析，基礎(chǔ)方案細(xì)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(shè)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(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)和地基共同作用是把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、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(xié)調(diào)。上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基的剛度分布直接影響基礎(chǔ)的沉降分布情況。理論分析和工程實(shí)例表明，若想減少差異沉降，采取加大基礎(chǔ)剛度方法的效果并不明顯，且明顯的不經(jīng)濟(jì)。而上部結(jié)構(gòu)剛度，由于受到使用功能的約束，加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)剛度的方法也很難實(shí)現(xiàn)。因此，要使沉降趨于均勻，唯有依靠調(diào)整樁土支承剛度，使之與荷載分布和相互作用效應(yīng)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(yōu)化高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計、減少乃至消除差異沉降的有效、可行而又經(jīng)濟(jì)的途徑。

遵循以上原則，按照以下步驟最終完成了基礎(chǔ)修改方案的優(yōu)化。

1.在左側(cè)已打完的樁間補(bǔ)充布樁。2.右側(cè)未打樁部分按照原設(shè)計在抗震墻軸線或柱下布樁，在樁間補(bǔ)充布樁。3.這樣造成了兩側(cè)樁布置不對稱，因此要調(diào)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(diào)整樁位。6.合理確定樁筏分擔(dān)比，調(diào)整樁參數(shù)，樁頂反力。

4 小結(jié)

通過本工程對樁筏基礎(chǔ)的修改設(shè)計與優(yōu)化，總結(jié)如下：

（1）在設(shè)計樁筏基礎(chǔ)時適當(dāng)?shù)募哟髽毒?，減少樁數(shù)，充分發(fā)揮樁間土的承載作用，根據(jù)具體地質(zhì)情況條件進(jìn)行合理的設(shè)計，可做到既安全又經(jīng)濟(jì)。

（2） 由于筏板內(nèi)應(yīng)力較小，筏板厚度由抗剪切，抗沖切要求確定，實(shí)際工程中可通過考慮筏底土承擔(dān)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(jié)約基礎(chǔ)工程造價。

參考文獻(xiàn)：

[1]張武遲，鈴泉，高文生等.變剛度樁筏基礎(chǔ)變形特性試驗研究建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報[J]，2010.

[2]劉金礪，遲鈴泉.樁土變形計算模型和變剛度調(diào)平設(shè)計[J].巖土工程學(xué)報，2000.