淺析減沉樁的設(shè)計

梁濤濤

摘要：減沉樁，就是指控制沉降的樁。工程上也有稱為疏樁基礎(chǔ)，簡單來說，樁的間距大，一般比常規(guī)的樁基礎(chǔ)間距要大的多。行業(yè)內(nèi)也有定義為復(fù)合樁基，出于對樁和土共同承擔上部結(jié)構(gòu)荷載的前提。不管如何定義，減沉樁的最大作用還是不變的，減少沉降。

關(guān)鍵詞：減沉樁;復(fù)合樁基;荷載分攤比

一、簡介

減沉樁基礎(chǔ)有兩個前提條件：1.天然地基土層承載力能滿足要求;2.減沉樁按極限承載力使用。目前使用較多的減沉樁基主要是預(yù)制混凝土樁，樁間距比較稀疏。有設(shè)計認為減沉樁在實際工程中仍能承擔少部分上部荷載，定量分析時無法確定承擔荷載的比例，所以在設(shè)計時很難把握?？紤]樁間土直接承擔荷載作用的樁基稱為復(fù)合樁基?？紤]控制沉降變形的樁基，我們認為是減沉樁。量化荷載分攤比就可以劃分基礎(chǔ)的類型。本文通過工程實例，簡要探討減沉樁在設(shè)計中的應(yīng)用及需要注意的相關(guān)問題。

二、工程實例

某工程地下兩層，地上五層商業(yè)，總高23.7米，地震烈度為7度，加速度0.15g，Ⅲ類場地。商業(yè)為大型多層商業(yè)，柱間距大，且柱荷載也較大。基礎(chǔ)底板位于粉砂土層中，承載力特征值為180KPa，下有軟弱土層承載力為130KPa，修正后承載力均能滿足要求?？煽紤]天然地基，基礎(chǔ)形式確定為平板+柱墩，在不考慮其它措施的情況下，通過軟件計算得到平均沉降值約為95mm，沉降數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求，但商業(yè)存在功能布置差異導(dǎo)致荷載布置的不均勻，以及柱網(wǎng)布置的不均勻，其實際柱下荷載分布的差異較大，因此不采取措施的情況下沉降差較大，不能滿足規(guī)范要求。

本工程項目兩層地下室，基底標高約為-9.5m，埋深較深，水浮力極大，根據(jù)計算多數(shù)柱下存在抗浮力，需要采取抗浮措施。結(jié)合沉降和抗浮兩種設(shè)計工況，確定采用抗拔兼抗壓的樁基。抗拔計算考慮浮力，抗壓計算考慮控制沉降。如何根據(jù)樁的承載力確定樁的數(shù)量就成為本工程的難點了。接下來簡單介紹如何通過計算來布樁的方法。

減沉樁主要就是用于沉降過大的天然地基，要充分發(fā)揮樁對地基沉降的控制作用，最大限度的利用單樁承載能力。本工程樁基選型采用邊長500mm的預(yù)應(yīng)力方樁，樁長為15m，樁基土層示意圖a。單樁抗拔承載力特征值為470KN，單樁抗壓承載力特征值為1000KN。減沉樁在設(shè)計時如何取值？柱下荷載如何分攤？減沉樁在最大限度發(fā)揮承載力時，首先要保證自身不出現(xiàn)破壞，樁身或者位移過大等破壞情況。要實現(xiàn)減沉樁的設(shè)計，在于確定基礎(chǔ)沉降與樁數(shù)量之間的關(guān)系，要求計算出減沉樁基礎(chǔ)的合理沉降量。

減沉樁基礎(chǔ)的沉降計算：S=S1+S2

式中 S1—減沉樁群分擔荷載所引起的地基沉降;

S2—地基土分擔荷載所引起的地基沉降，可按地基基礎(chǔ)規(guī)范規(guī)定的天然地基淺基礎(chǔ)的方法計算。

目前樁基規(guī)范有相關(guān)規(guī)定，條文中有承臺面積控制系數(shù)，樁基承臺效應(yīng)系數(shù)等等，總結(jié)可以簡單來講就是求出荷載的分攤比，天然地基承擔的荷載和樁基承擔的荷載。本工程進行多次計算，按單柱柱下荷載為9000KN計算，分攤比取為0.2，0.25，0.3，0.35，0.4共五種情況下得出不考慮樁的存在，天然地基的平均沉降值為72mm，66mm，60mm，55mm，50mm。對此五種情況下的樁數(shù)量分別為0.8，1.0，1.2，1.4，1.6。按此計算方法，可以算出不同數(shù)量的樁對應(yīng)的基礎(chǔ)沉降量，這個數(shù)據(jù)圖b在樁數(shù)較少的情況下基本是線性下降的，最理想的沉降值是扣除樁承擔的最大荷載下的位移。若柱下荷載均由樁承擔，理論上就只有樁基沉降了。

樁數(shù)達到一定數(shù)量后，樁沉降量達到最大值，再增加樁數(shù)對減少基礎(chǔ)的沉降作用就變得很小了。找到合適的分攤比是關(guān)鍵，既能控制基礎(chǔ)的沉降問題，又能降低基礎(chǔ)的工程造價。樁基施工前先進行了試樁，通過試樁了解在本工程土層范圍內(nèi)樁在各個荷載階段的相關(guān)數(shù)據(jù)，樁承擔最大荷載時對應(yīng)的樁位移。根據(jù)試樁的數(shù)據(jù)，樁在充分發(fā)揮承載力下位移數(shù)據(jù)在25～30mm，本工程基礎(chǔ)沉降需控制在30mm左右，適當增加樁數(shù)，可反推出分攤比取0.2～0.4。按這個數(shù)據(jù)，就能很好的控制了本工程的平均沉降值和相鄰柱間的沉降差。

通過本工程的減沉樁基礎(chǔ)，可看出幾個優(yōu)點：1.樁按照極限承載力設(shè)計，樁的承載能力得到充分的利用;2.與常規(guī)樁基相比，減少用樁數(shù)量約30%～40%，大大降低了基礎(chǔ)樁基工程的造價;3.充分發(fā)揮了樁對基礎(chǔ)沉降的控制能力;4.預(yù)制樁基礎(chǔ)與其他地基處理技術(shù)相比，也能更好的控制施工質(zhì)量，實現(xiàn)設(shè)計的最終目標。

三、結(jié)語

常規(guī)的樁基是上部結(jié)構(gòu)所有荷載全部由樁承擔，不考慮樁間土與筏板底面之間的荷載傳遞。減沉樁基礎(chǔ)是上部結(jié)構(gòu)荷載一部分由樁承擔，另一部分由樁間土承擔，也就是樁土共同作用。因而比常規(guī)樁基可以減少樁的數(shù)量，具有十分顯著的經(jīng)濟效益，不僅減少了沉降量，而且沉降控制比較均勻，根據(jù)建筑的使用要求能確定容許的沉降量，可保證建筑的正常與安全使用，具有很好的社會經(jīng)濟效益。

通過這個工程的簡單分析，減沉樁設(shè)計時，關(guān)鍵要計算出沉降與樁數(shù)之間的關(guān)系，推算出合理的荷載分攤比。本工程樁不但作為減沉使用，還做抗浮使用，所以在減沉基礎(chǔ)設(shè)計上不能作為典型的工程案例，僅供大家一起學(xué)習(xí)探討。

參考文獻：

[1]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 ?中國建筑工業(yè)出版社 2011

[2]建筑樁基技術(shù)規(guī)范 ?中國建筑工業(yè)出版社 2008

[3]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計方法及實例分析 ?朱炳寅主編 ?中國建筑工業(yè)出版社 2013