桩筏基础实用设计方法及工程实例分析/

桩筏基础实用设计方法及工程实例分析/ 作者：邓孝祥

来源：《中国房地产业》 2017年第9期

【摘要】本文主要从工程实用设计角度出发，结合规范和工程经验，对桩筏基础的工程设计提出既安全又合理的设计方法，最后以某工程桩筏基础实例进行分析。

【关键词】桩筏基础；共同作用；荷载分担比

1、引言

建筑结构是一个复杂系统，它具有系统的整体性、非线性和不确定性。桩筏基础就是一个典型的复杂系统，它牵涉到上部结构、桩基、地基土、筏板的共同作用。如何准确地进行桩筏基础设计是一个十分复杂的课题，其牵涉到问题很多，部分问题目前尚无定论。这导致部分设计过于保守而浪费或考虑不周而存在安全隐患。本文主要从工程实用设计角度出发，结合规范和工程经验，对桩筏基础的工程设计提出既安全又合理的设计方法以供同仁参考。

2、桩筏基础的适用条件

桩筏基础是指当建筑筏形基础下天然地基承载力或沉降变形不能满足设计要求时，采用桩加筏板基础共同承受荷载的基础形式，其特点是桩和筏板工作作用。

根据《桩基规范》并结合工程经验，对于常规高层建筑，当采用桩筏基础时，一般需要满足以下三个条件：

(1）桩基为摩擦型桩基。桩筏基础的关键点是桩筏共同承担荷载，要使得筏板下地基土承担一定的地基反力，其前提就是桩要发生一定的沉降变形。如果桩为持力层良好的端承端，桩的沉降必然很小，筏板下的地基力将难以发挥作用。

(2) 筏板下地基为非软弱土层。若筏板下地基为淤泥等软弱土层，由于该土层压缩模量过小，筏板下地基土将同样难以发挥作用。工程设计中一般要求筏板下地基土承载力特征值fak 不小于120KPa。

(3) 上部结构整体刚度较好，体型简单。桩筏基础受力与上部结构有紧密联系，当上部结构整体性强，体型简单时，桩受力更加均匀，筏板受力较小。工程设计中一般要求上部结构为剪力墙结构、框剪结构或框架—核心筒结构，且体型规则简单，立面无明显变化。

3、桩的布置

桩的类型应根据工程地质资料、结构类型、荷载性质、施工条件以及经济指标等因素综合确定，既可以是灌注桩也可以是预制桩。

桩筏基础中桩的数量及布置应根据具体工程情况具体分析。桩筏基础中筏板下地基土一般可承担15% ～ 30% 荷载，工程设计时，可先按筏板下地基土承担20% 荷载，桩承担80% 荷载进行估算桩数。当桩数量较少时，桩宜布置在墙下或柱下；当桩数量较多时，可考虑满堂红布桩，或部分布在墙柱下部分满堂红布置。最终桩数量及其位置应根据计算分析结果确定。

需要说明的是，即使是满堂红布桩也不是简单地完全均匀的布桩，也应根据实际受力情况进行优化调整。

4、筏板厚度取值

桩筏基础中筏板的作用是协同桩基及桩间土共同作用，筏板过厚将造成不必要的浪费，筏板过薄将不仅可能存在破坏的可能而且难以协同桩和桩间土共同作用。筏板厚度应从三个方面考虑：

(1) 满足墙柱竖向构件的冲切及桩冲切，工程设计中建议冲切安全系数不小于1.2，以确保筏板冲切安全。局部竖向构件处筏板冲切不足，可局部加厚筏板。

(2) 确保80% 筏板面积计算配筋不超过最小配筋率，局部计算配筋较大处可采用局部附加钢筋。

(3)具有合理刚度协调桩及桩间土共同作用，使得桩反力和地基土反力较为均匀合理。

一般来说，筏板厚度合理范围为按上部结构每层30mm ～ 60mm，具体与地质情况、上部结构等因素有关，应根据工程实际情况计算分析确定。筏板混凝土等级一般常取C30、C35；混凝土等级过低不利于冲切，混凝土等级过高容易产生收缩裂缝。

5、计算分析要点

计算分析是桩筏基础设计的关键问题，尤其是计算模型及参数的选择，计算结果的分析和利用，工程设计中常采用YJK 软件进行计算分析。

(1) 计算方法：应选择弹性地基梁板法。桩筏基础筏板不仅存在局部弯曲变形，还存在整体弯曲变形，因此应选择“弹性地基梁板法”，以合理考虑筏板实际变形和受力情况。

(2) 考虑上部结构刚度：桩筏基础是上部结构、筏板、桩、桩间土共同作用，因此计算分析时应考虑上部结构刚度。上部结构计算时应勾选“生成传给基础的刚度”，基础设计时勾选“考虑上部结构刚度”。一般考虑上部结构3 ～ 5 层刚度，不宜全部考虑。。

(3) 桩刚度及筏板基床系数的取值：对于桩和桩间土共同作用的桩筏基础，计算分析时基础类型应选择“复合桩基”。桩刚度及基床反力系数直接影响计算结果，是关键参数，也是最困惑结构设计工程师的问题。

1）桩刚度：建议根据试桩报告确定。根据试桩报告可以计算出试桩时单桩刚度K R S P = a， a R 为单桩承载力特征值，S 为 a R 对应时桩的沉降值。由于单桩静载时间短，而实际工程桩作用时间长且为群桩，因此计算分析时桩刚度应根据地质情况对试桩刚度P K 乘以长期作用和群桩效应刚度折减系数，该系数一般可取0.35 ～ 0.5。

2）基床反力系数：基床反力系数不能简单地按照YJK 手册推荐的数值，该数值为70 年代按照较低荷载实测出来的，主要用于多层建筑，与高层建筑实际受力不符，且筏板下桩间土与原状地基土受力有很大差异。为确定该基床系数，首先应根据工程情况按照《桩基规范》表

5.2.5确定承台效应系数c h ，即筏板下桩基土可提供的地基反力为c ak h f 。然后输入基床系数多次反复迭代计算，使得筏板底地基反力计算平均值为c ak h f ，则该基床系数为合理值。

需要注意，承台效应系数c h 与s d a（桩中心距与桩径之比）关系最为密切， s d a 越大，c h 越大，即桩间土反力越大。因此，工程设计时应根据计算结果不断调整桩布置和基床系数，以使得计算结果既安全又合理。

(4) 筏板内力及配筋分析：计算结果主要是需注意桩反力符合规范要求，桩间土地基反力约为ηc fak ，筏板冲切满足规范要求，筏板配筋绝大部分不大于最小配筋率。

(5) 基础沉降计算：基础沉降计算时应按地勘报告输入地质资料，然后按mindlin 方法进行计算分析。基础沉降计算结果应符合工程经验，否则应注意分析地勘资料压缩模量数值的合理性。

6、工程实例分析

本工程位于江苏省张家港市杨舍镇，地面以上18 层，地下1 层，剪力墙结构。根据《桩基规范》，采用桩筏基础。桩采用管桩PHC 500-110，AB 型，C80，属摩擦桩。有效桩长约35 米，桩所穿越的土层主要为粉质粘土，桩端持力层为粉土夹粉砂层，单桩承载力特征值Ra = 2000KN，进入持力层约1m，采用静压法施工。筏板下地基土为粉质粘土，fak = 210KPa。筏板厚度取800mm，混凝土等级取C35。筏板最小配筋率按0.15%，贯通筋为双层双向18@200，局部受力较大处另加附加筋。

桩尽量多地布置在剪力墙下方，减小冲切，最小桩间距为4d，基础布置如图1 所示。计算方法采用弹性地基梁板法，考虑3 层上部结构刚度，基础类型按复合桩基考虑。根据试桩报告并考虑长期效应和群桩效应桩刚度取100000KN/m，筏板基床系数取2500KN/m3。计算结果显示各桩反力符合规范要求，筏板下地基反力约40KN/m2 左右，基础平均沉降约20mm。总体来说，本工程采用桩筏基础，取得了较好的经济效果。

结论：

本文主要从工程实用设计角度出发，结合规范和工程经验，对桩筏基础的适用条件，桩布置原则，筏板厚度合理取值，计算分析要点做了总结，提供了适合工程设计的实用方法供同行参考。