摘要：本文結(jié)合工程實例,詳細闡述了高層建筑上部結(jié)構(gòu)平面很不規(guī)則、荷載分布不均勻時,導(dǎo)致筏板基礎(chǔ)形心與上部結(jié)構(gòu)重心偏心距很大的情況下樁-筏基礎(chǔ)設(shè)計要點,通過采取不均勻布置摩擦樁,采用樁土共同作用的復(fù)合基礎(chǔ)調(diào)整基礎(chǔ)承載力中心,從而使其與上部結(jié)構(gòu)重心基本重合。實踐證明,該設(shè)計措施取得了較好的效果。
　　關(guān)鍵詞：樁-筏基礎(chǔ)；不均勻布樁；樁土共同作用
　　1引言
　　建筑常見的基礎(chǔ)形式有以下幾種：1）獨立基礎(chǔ)；2）條形基礎(chǔ)；3）樁基礎(chǔ)；4）筏板基礎(chǔ)；5）箱形基礎(chǔ)。其中筏板基礎(chǔ)整體剛度較大，能有效地調(diào)整基底壓力和不均勻沉降，適用于高層建筑的各類結(jié)構(gòu)。筏板基礎(chǔ)的形心宜與上部結(jié)構(gòu)豎向永久荷載的重心重合。筏板基礎(chǔ)設(shè)計需要根據(jù)地基土質(zhì)條件、建筑結(jié)構(gòu)形式、柱距、荷載大小以及施工等條件來綜合考慮基礎(chǔ)的布置，筏板基礎(chǔ)的厚度一般情況根據(jù)樓層的高度，筏板的計算跨度，建筑的功能使用荷載等情況來確定。
　　樁-筏基礎(chǔ)是樁基和筏板基礎(chǔ)的合稱，樁基不是結(jié)構(gòu)，是地基，而筏板是結(jié)構(gòu)的組成部分，是基礎(chǔ)。當筏板基礎(chǔ)下的天然地基承載力或者沉降變形不能滿足設(shè)計要求時，在筏板下布置適量的樁形成樁-筏基礎(chǔ)是設(shè)計人員通常做法。但在樁-筏基礎(chǔ)的設(shè)計中，地基與基礎(chǔ)共同作用的影響因素很多，設(shè)計難度較大，地基的沉降控制尤為重要。因此樁筏基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)在科學合理的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，提高技術(shù)含量，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下節(jié)約工程造價。
　　2工程概況
　　某商住綜合樓工程，地上16層，其中裙樓3層，地下2層，框支剪力墻結(jié)構(gòu),總建筑25560m2。擬建場地從上至下分別雜填土、粉質(zhì)粘土、礫砂、粉砂、粉質(zhì)粘土、礫砂、殘積土、強化泥巖、中風化泥巖。粉砂位于基底0.5～1米，厚2～3米，中風化巖位于基底約27～28米�？辈鞎r測得穩(wěn)定水位高度為基底以上0.5米。由于地質(zhì)條件比較復(fù)雜，故應(yīng)對地基基礎(chǔ)設(shè)計方案進行綜合分析，采用一個既安全又經(jīng)濟的設(shè)計方案。
　　3基礎(chǔ)設(shè)計方案分析與選擇
　　初步設(shè)計時擬采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，持力層為中風化泥巖。但地勘報告表明：基底以下存在較厚的粉砂層及礫砂層(礫砂粒徑不大),且地下水位較高。人工挖孔樁施工過程中會出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，且樁端持力層較深，樁長可能接近規(guī)范限值30米的要求，人工挖樁很不安全。綜合各方意見，經(jīng)研究擬采用筏板基礎(chǔ)。
　　雖筏板基礎(chǔ)持力層為礫砂層，承載力較高；但基底以下0.5~1米的粉砂層承載力較低,存在軟弱下臥層。經(jīng)初步計算該層修正后的地基承載力特征值不能滿足設(shè)計要求，且基礎(chǔ)平均沉降量、整體傾斜超過了規(guī)范限值。為提高地基承載力、控制基礎(chǔ)沉降，必須在筏板下布樁，采用樁-筏基礎(chǔ)。
　　4樁-筏基礎(chǔ)設(shè)計
　　4．1樁土共同工作
　　當樁端持力層為堅硬巖石，由于樁的沉降量幾乎可以忽略不計，筏板剛度較大，上部結(jié)構(gòu)荷載可以認為全部由樁承擔。這種設(shè)計方法雖可以嚴格控制基礎(chǔ)沉降，但用樁數(shù)量過多，很不經(jīng)濟。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB5007-2002）對高層建筑沉降控制主要體現(xiàn)在平均沉降量和整體傾斜兩個方面，也就是說基礎(chǔ)適量的沉降是允許的。在滿足沉降控制前提下，將樁設(shè)計成摩擦樁，在上部荷載作用下樁會產(chǎn)生一定沉降，而樁的沉降一旦產(chǎn)生，筏板下的土就會參與工作。采用這種樁土共同工作的沉降控制法設(shè)計可以減少樁的數(shù)量和長度，在布樁方式合理的情況下筏板的厚度的配筋也可得到減少。具有較大的經(jīng)濟效益。
　　4．2布樁方式
　　在傳統(tǒng)的樁筏基礎(chǔ)設(shè)計中，一般采用等樁徑、等樁距、等樁長布樁。然而對于本工程而言,由于上部結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則、荷載不均勻，若采用均勻布樁將導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心與樁筏基礎(chǔ)形心的偏心距遠大于文獻[4]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)的要求。同時存在有些樁未能充分發(fā)揮作用的情況，有時筏板的不均勻沉降也比較大。規(guī)范對“結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心與筏形基礎(chǔ)形心宜重合”的規(guī)定是建立在地基土比較均勻的條件下。其實際上指導(dǎo)思想是：結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心與基礎(chǔ)的承載力中心宜重合。考慮到上部結(jié)荷載不均勻性及平面不規(guī)則性，且當前建筑工程中主要采用灌注樁，調(diào)整樁的樁徑和樁長可操作性較好，本工程決定采用不均勻的布樁方式，其布置方式大體有如下幾種：圖1(a)為等樁徑等樁長不等樁距；圖1(b)為不等樁徑等樁長等樁距；圖1(c)為不等樁徑等樁長不等樁距；圖1(d)為樁徑樁長樁距均不等。本工程的設(shè)計中通過往復(fù)調(diào)整樁距、樁徑及樁長，使樁-筏承載力中心與結(jié)構(gòu)豎向永久荷載重心基本重合。

　　3．2．2樁土復(fù)合地基設(shè)計
　　3．2．2．1樁土復(fù)合地基的優(yōu)點
　　1）增強樁身上部樁側(cè)土的結(jié)構(gòu)強度，可以提高樁的承載力，改善樁的變形特性，減少地基沉降。
　　2）通過對樁的施工，實現(xiàn)對樁間土的擠密加固，充分發(fā)揮和利用地基土的承載力，有效地解決軟土地基承載力不足的問題。
　　3．2．2．2樁土復(fù)合地基承載力計算
　　按照《建筑樁基基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-94）5.2條之規(guī)定，對于樁數(shù)超過3根非端承樁復(fù)合地基，當根據(jù)靜載試驗確定當樁豎向極限承載力標準值時，其復(fù)合基樁的豎向承載力設(shè)計值為：R=ηspQuk/γS+ηCQCk/γC,其中Qck=qck.Ac。由于qck為承臺底1/2寬深度范圍內(nèi)（不超過5米）內(nèi)地基土極限承載力標準值。該范圍內(nèi)土層為粉細砂，所以地基土不管擠密與否，地基土承力允許設(shè)計值均控制為200kPa,其極限承載力近似取400kPa。
　　3．2．2．3樁土復(fù)合地基及基礎(chǔ)沉降設(shè)計
　　設(shè)計擬采用Φ400鋼筋混凝土錘擊沉管灌注樁，設(shè)計時考慮到若以中風化巖為樁端持力層，雖然可提高每根樁的設(shè)計承載力，但樁在設(shè)計荷載作用下的沉降量極小，有可能導(dǎo)致地基土尚未開始工作樁就已受壓破壞。為此決定所有樁均采用摩擦樁，以礫層為樁端持力層，見圖2。

　　通過計算及靜載試驗確定單樁承載力特征值為500kN。由于單樁承載力及土極限承載力的確定，通過平衡荷載法初步確定的總樁數(shù)就可以求得每根基樁的設(shè)計承載力。當基樁的承載力確定后，根據(jù)每根柱或每片剪力墻的荷載進行初步布樁。由于為不均勻布樁,所以樁數(shù)不能完全由承載力控制，還應(yīng)通過地基的沉降來調(diào)整樁的布置。由于樁在壓力為1000kN時測得的位移為35mm,在壓力為500kN時的穩(wěn)定位移為15mm,而無樁部分基礎(chǔ)的理論計算位移為22mm。顯然在樁土共同作用下，基礎(chǔ)位移肯定會大于樁或土任一種情況下產(chǎn)生的位移，甚至會達到兩者位移和。因此把樁與土孤立起來進行設(shè)計顯然不妥。因而樁土共同作用下的基礎(chǔ)沉降設(shè)計成為本工程的一個難點。由于設(shè)計樁距一般在3.75～5.5D間，樁對土有較大的擠密作用。擠密系數(shù)f=LxS/(LxS-3.14D2/4)(L、S為樁距，D為樁徑),擠密后的平均壓縮系數(shù)近似=原系數(shù)/f。再根據(jù)同一土層中的壓壓縮系數(shù)與壓縮模量的相對關(guān)系，近似的推算出擠密后地基土的壓縮模量。
　　樁土復(fù)合地基的基礎(chǔ)沉降量近似=擠密后土產(chǎn)生的沉降+樁在設(shè)計荷載作用下產(chǎn)生的沉降。通過不斷的調(diào)整樁距及樁的承載力，達到樁土復(fù)合地基與無樁地基沉降量的基本一致。為保證理論與實際的一致，要求勘察單位在樁施工完后，重新鉆探取樣，測頂樁底以上土的壓縮模量。通過比較，兩者差距完全在允許范圍內(nèi)。
　　3．3實際沉降的分析
　　該工程從投入使用到現(xiàn)在已超過四年，通過對施工及使用階段的沉降測量，主體竣工時最大沉降量為18mm,最小沉降量為10mm,相鄰柱與柱之間的最大沉降差為4mm；竣工一年后最大沉降量為24mm,最小沉降量為14mm,相鄰柱與柱之間的最大沉降差為4mm;竣工三年后最大沉降量為25mm,最小沉降量為15mm,相鄰柱與柱之間的最大沉降差為4mm,說明沉降已基本穩(wěn)定。此沉降量稍大于理論計算值，但遠小于規(guī)范允許值。該工程的沉降規(guī)律也與附近的一棟純筏板基礎(chǔ)的房屋基本一致，即四角的沉降量大而中部的沉降量小。
　　4結(jié)論
　　通過本工程可以看出，當上部豎向荷載不均時完全可以采用不等距布樁的筏板基礎(chǔ)，從而減少筏板的內(nèi)力及不均勻沉降；摩擦型樁筏基礎(chǔ)的沉降規(guī)律與純筏板基礎(chǔ)基本一致。
　　參考文獻：
　　[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB5007-2002）[S]；北京，中國建筑工業(yè)出版社，2002。
　　[2]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-94）[S]；北京，中國建筑工業(yè)出版社，1994。
　　[3]《高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（JGJ6-99）[S]；北京，中國建筑工業(yè)出版社，1999。
　　[4]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)[S]；北京，中國建筑工業(yè)出版社，2002。

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