劉平湘

摘要：文章對(duì)采用樁土共同作用的樁筏基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算分析，說(shuō)明采用該基礎(chǔ)型式的可行性及經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：樁土共同作用；樁筏基礎(chǔ)；沉降差

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—117—02

1項(xiàng)目概況

振寧·星光廣場(chǎng)綜合樓項(xiàng)目位于南寧市江南區(qū)亭洪路58號(hào)，東面為星光大道，南面與亭洪路相接，西面與規(guī)劃路相接。建筑地下三層，為平戰(zhàn)結(jié)合小汽車停車庫(kù)；地上34層，1層為酒店大堂，2～5層為多功能廳、餐廳或宴會(huì)廳，6～11層、13～23、25層為辦公，26～32層為酒店，12、24層為避難層。房屋高度13 1.50m，建筑面積60022.45 m2。結(jié)構(gòu)體系采用框架一核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒與外框架柱的間距為11.85米/12.77米，主樓26層和30層角部有局部托柱轉(zhuǎn)換，二層有高度為9.5m的躍層柱。

2基本地質(zhì)條件（摘自勘察報(bào)告）

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》，本工程場(chǎng)地上覆土層為第四系人工填土、黏土和圓礫層，下伏基巖為古近系泥巖，泥巖性狀、特征如下所述：

（1）泥巖④1：灰色，青色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層厚狀構(gòu)造，局部夾煤層，為古近系巖層，屬極軟巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。層頂埋深2.20～27.40m，揭露厚度4.10～3.20m，平均厚度14.87m。場(chǎng)地范圍內(nèi)均有所揭露。屬低壓縮性土。

該層做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)29次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=50～68擊，標(biāo)貫修正技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為42.9擊；取巖樣17件，壓縮系數(shù)α1-2=0.054～0.131MPa-1，均值0.081MPa-1。

（2）泥巖④2：灰色，青色，中風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層厚狀構(gòu)造，局部夾煤層，為古近系巖層，屬極軟巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)。層頂埋深22.40～33.60m。該層取6組巖樣進(jìn)行飽和單軸抗壓試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)值為0.41Mpa。場(chǎng)地范圍內(nèi)均有所揭露，未揭穿，入完整巖最大深度為17.1m。屬低壓縮性土。

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》，泥巖④1層的地基承載力特征值為fak=380kPa，根據(jù)本項(xiàng)目淺層平板載荷試驗(yàn)，泥巖④1層的地基承載力特征值可提高至fak=525kPa。

3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案的比較選擇

（1）地質(zhì)勘察報(bào)告建議該棟樓的基礎(chǔ)型式采用樁基礎(chǔ)，且甲方要求出圖的時(shí)間較緊，沒(méi)有時(shí)間考慮別的基礎(chǔ)方案，因此，經(jīng)與甲方溝通后，前期只能先按地勘報(bào)告的建議，框架部分和核心筒部分均采用旋挖成孔灌注樁方案設(shè)計(jì)出圖（該樁基方案的造價(jià)較大），出圖后再另行進(jìn)行基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）提交施工圖后，甲方組織有關(guān)參建各方召開(kāi)了針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的專題技術(shù)討論會(huì)議，提出了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)優(yōu)化要求。為此，設(shè)計(jì)提出了以下三個(gè)優(yōu)化方案：

方案一：主樓采用整體筏板基礎(chǔ)，核心筒及相鄰范圍采用CFG樁進(jìn)行地基處理；

方案二：外框柱下采用天然地基上的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，核心筒部分采用地基處理后復(fù)合地基上的筏板基礎(chǔ)；

方案三：外框柱下采用天然地基上的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，核心筒部分采用樁土共同作用下的樁筏基礎(chǔ)。

（3）對(duì)于方案一，根據(jù)建筑方案，本工程地下室底板面絕對(duì)標(biāo)高為67.7m，已經(jīng)位于泥巖④1層，經(jīng)過(guò)計(jì)算，外框部分的天然地基承載力無(wú)需地基處理即可滿足設(shè)計(jì)要求，而核心筒部分的地基反力達(dá)950 kPa。若采用地基處理，地基承載力特征值需由525 kPa處理至950 kPa。在工程實(shí)際中，因泥巖④1層處理后的地基承載力提高幅度較大，理論計(jì)算的置換率高，處理成本高，而且當(dāng)?shù)貨](méi)有類似的成功案例，因此不考慮該方案。

（4）對(duì)于方案二，經(jīng)過(guò)計(jì)算，外框部分的天然地基承載力無(wú)需地基處理即可滿足設(shè)計(jì)要求，但核心筒部分的地基反力達(dá)1150 kPa，同樣因處理后的地基承載力提高幅度太大而不考慮該方案。

（5）經(jīng)比較、分析，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，選擇方案三，即外框柱下采用天然地基上的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，核心筒部分采用樁土共同作用下的樁筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案。

4樁土共同作用的工程實(shí)用方法

（1）樁土共同作用問(wèn)題一直受到巖土界同行的重視，是基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)中人們反復(fù)討論、反復(fù)爭(zhēng)論的一個(gè)熱點(diǎn)?；仡櫂锻凉餐饔玫难芯繗v程，初期的研究將思維局限于彈性理論，只是采用彈性變形協(xié)調(diào)的概念進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，不去仔細(xì)考證這種理論和概念對(duì)我們所研究問(wèn)題的適用性。

在經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀測(cè)、分析和了解樁基沉降發(fā)生、發(fā)展的實(shí)際過(guò)程的基礎(chǔ)上，拋棄樁土彈性變形協(xié)調(diào)概念，將樁土共同工作的實(shí)際過(guò)程簡(jiǎn)化為樁頂荷載未超過(guò)和超過(guò)樁的極限承載力兩個(gè)階段。在較小荷載下，主要由樁承受外加荷載，當(dāng)荷載超出單樁極限承載力時(shí)，承臺(tái)下土的支撐力就變?yōu)橹饕摹?/p>

（2）強(qiáng)度條件和變形條件雙控是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基本的原則，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也不例外，可以以樁土共同作用的極限狀態(tài)作為基樁強(qiáng)度的驗(yàn)算條件，另一方面，必須用沉降計(jì)算的方法滿足樁基礎(chǔ)的沉降控制條件。在不考慮樁土共同作用的時(shí)，用樁量較大，樁基沉降量較小?？紤]了樁土共同作用工作以后，用較少的樁就可以滿足強(qiáng)度條件。強(qiáng)度條件比較容易滿足，這就使得沉降條件顯得更為嚴(yán)格，換句話說(shuō)，常使沉降條件成為控制條件。

在上海地區(qū)，由于他們積累了大量實(shí)測(cè)的樁基長(zhǎng)期沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，在常用的工程樁運(yùn)用范圍內(nèi)大大地提高了當(dāng)?shù)貥痘两涤?jì)算的精度。因此，在上海不僅可以以變形條件作為真正的控制條件，而且進(jìn)一步可直接用變形條件確定布樁總數(shù)量。

上述的基本概念和工程設(shè)計(jì)實(shí)用方法都很簡(jiǎn)單，但在具體設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)該注意一下幾點(diǎn)：

（1）在具體的設(shè)計(jì)中，不可能一次就使得強(qiáng)度和變形兩個(gè)條件都恰好滿足。因此，一個(gè)好的設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程：第一步先確定樁端持力層，樁型和單樁極限承載力；第二步是假定基礎(chǔ)承臺(tái)底面尺寸；第三步計(jì)算沉降與樁數(shù)的關(guān)系曲線；第四步驗(yàn)算整體強(qiáng)度。根據(jù)第三、第四步的結(jié)果返回到第一、第二步進(jìn)行修正，再進(jìn)行第三、第四步的計(jì)算，如此循環(huán)，以相對(duì)最優(yōu)的設(shè)計(jì)。

（2）由于實(shí)際的樁土共同作用工作可簡(jiǎn)化為兩個(gè)階段。第一階段由樁單獨(dú)承受上部荷載，待到樁的荷載達(dá)到極限承載力時(shí)進(jìn)入第二階段，樁向土中刺，這時(shí)土才真正參加共同工作。隨著荷載的增加，各樁都先后達(dá)到極限承載力，樁的沉降明顯增大，基礎(chǔ)的沉降由承臺(tái)下的土地所控制，計(jì)算這時(shí)的基礎(chǔ)沉降量，其計(jì)算點(diǎn)必須選擇在樁與樁之間的土上，基礎(chǔ)沉降應(yīng)等于承臺(tái)底面以下土體的總壓縮量。

（3）以上所述的都是沉降穩(wěn)定以后的最終狀態(tài)，所計(jì)算的沉降也是最終沉降量，在長(zhǎng)期的沉降發(fā)展過(guò)程中，各不同時(shí)刻的樁土共同作用與我們估算的最終狀態(tài)是有所不同的，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是樁與樁之間的土體隨著時(shí)間還會(huì)發(fā)生緩慢變形。在加載初期，樁土的荷載分擔(dān)可認(rèn)為基本上按照樁或土的瞬時(shí)剛度分配，土面上會(huì)受到一定的力。但以后的變化就不一樣了，樁身的壓縮基本上可以認(rèn)為非常接近彈性，而樁問(wèn)的土體在通過(guò)摩擦阻力傳來(lái)的應(yīng)力作用下會(huì)繼續(xù)壓縮。樁問(wèn)土的壓縮量是比較大的，可以估算出來(lái)，大約幾公分到二十公分。在樁側(cè)樁與土接觸面上樁與土質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移不斷變化的，因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到在沉降的發(fā)展過(guò)程中，這些受力的變化所造成的最不利的影響。

（4）本工程樁筏基礎(chǔ)的筏板底部土層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖④1層，樁端持力層為中風(fēng)化泥巖④2層，由于強(qiáng)風(fēng)化泥巖④1層、中風(fēng)化泥巖④2層均為極軟巖，在本地的設(shè)計(jì)行業(yè)中均不認(rèn)為此泥巖為巖石，只要樁基下持力層存在沉降，則樁間土就可以起到作用。因此，為了充分利用筏板底泥巖的承載力，樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)考慮樁土共同作用的方案，其中樁承擔(dān)上部約70%的荷載，樁間土承擔(dān)上部約30%的荷載。同時(shí)，為減小樁長(zhǎng)，采用樁端后注漿工藝。該基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案取得了良好的經(jīng)濟(jì)性效果。

5本212程沉降分析

（1）根據(jù)PKPM計(jì)算結(jié)果，核心筒部分的沉降約為61mm，外框架柱獨(dú)立基礎(chǔ)最大沉降量為72mm，沉降差11mm。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）表5.5.4，允許沉降差為0.0021=0.002×11850=23.7mm>11mm，計(jì)算沉降差滿足規(guī)范要求。

（2）臨近場(chǎng)地沉降計(jì)算及觀測(cè)結(jié)果。同地塊1#住宅樓31層，建筑高度99.9米，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，地基持力層為泥巖④1層，目前已經(jīng)施工至27層（內(nèi)隔墻未砌筑）。PKPM計(jì)算的沉降量約為80mm，目前觀測(cè)沉降量約為8mm。

從以上理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果并綜合其它項(xiàng)目的數(shù)據(jù)看，程序理論計(jì)算的沉降量與實(shí)際沉降量有較大出入，實(shí)際沉降量要小于理論計(jì)算值，基礎(chǔ)沉降差滿足規(guī)范的要求。

6本工程控制沉降差的其他方法

我們還可以通過(guò)采取以下有效措施控制核心筒與外框之間的沉降差：

（1）適當(dāng)加大外框柱下獨(dú)基尺寸；

（2）底板底靠近筏板、獨(dú)基位置因放坡開(kāi)挖被挖除的部分采用素混凝土回填，保證底板底地基土的承載力；

（3）主樓范圍內(nèi)的底板加厚至h=400mm；

（4）基礎(chǔ)與防水底板之間留施工縫，分開(kāi)施工。

7結(jié)論

根據(jù)以上分析，本工程核心筒部分采用考慮樁土共同作用的樁筏基礎(chǔ)、外框部分采用獨(dú)立基礎(chǔ)的基礎(chǔ)型式，沉降差滿足規(guī)范的要求，也是相對(duì)經(jīng)濟(jì)、合理的。