桩基沉降计算几个问题分析

桩基沉降计算的几个问题分析

摘要：针对密桩桩基、疏桩桩基两类桩型沉降计算方法，阐明了沉降压缩层的分层原则、沉降计算点、应力计算点的选取原则；探讨了附加应力、沉降计算深度、压缩层厚度等指标的影响因素、计算指标取值，并给出了压缩层厚度计算公式；对长桩疏桩桩基，分析了各种沉降量的变化规律，提出了减少桩基沉降量的建议和应对措施。

关键词：桩基础，疏桩，附加应力，沉降量，分层总和法

前言

桩基沉降计算方法很多，有单桩的分层总和法、明德林—盖得斯法、荷载传递分析法，群桩的等代墩基法、明德林解法、等效作用分层总和法等方法。《建筑桩基技术规范》（jgj94-2008）[1]将桩基沉降计算分为≤6的密桩和单桩、单排桩、≥6疏桩两类，并给出了相应的计算公式。国内外众多学者对桩基沉降计算做了大量理论分析和测试研究。林智勇，戴自航，苏美选[2]按照盖得斯应力解的假设，推导了在考虑桩径的影响下竖向承载桩基础沉降计算的解析表达式。将圆周分为若干等分，实现了解析表达式的数值积分解，可适用于等直径单桩、扩底桩和大桩距、布桩不规则或桩长不一样的群桩基础沉降的求解；李晓勇[3]分析了沉降控制复合桩基作用机理，并对沉降复合桩基设计方法的适用性进行探讨分析，从而进一步疏理了该种设计方法的设计理念；徐奋强，曹云[4]运用改进的盖得斯应力解，计算软土基桩荷载产生的附加应力及布辛

奈斯克解，计算承台下土分担的荷载产生的附加应力，将两部分附加应力线性叠加，按分层总和法计算疏桩基础的沉降。笔者针对桩基沉降计算中出现的问题进行了分析研究，提出了对策和建议。

1.附加应力

1.1对于≤6的密桩

对于≤6的密桩，其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加压力近似取承台底平均附加压力，等效作用面以下的土体，采用布辛奈斯克解的各向同性均质直线变形体理论计算附加应力。

1.2单桩、单排桩、≥6的疏桩

对于单桩、单排桩、≥6的疏桩桩基，其最终沉降量计算可采用单向压缩分层总和法计算。参与沉降量计算的附加应力有两大类，一类是基桩引起的附加应力，采用明德林—盖得斯法计算[5]。明德林给出了作用于半无限体内部任一点的集中力引起的应力与变

形的解析解，盖得斯根据明德林解导出了单桩荷载下土中应力的三种解：桩底压力引起的竖向应力、均匀分布摩阻力引起的竖向应力、随深度线性增加的摩阻力引起的竖向应力，按《建筑桩基技术规范》（jgj94-2008）附录f计算确定；另一类是由承台土压力引起的附加应力，采用布辛奈斯克解计算。

2.压缩层分层

桩基沉降计算的不同方法，压缩层的分层有不同的规定。对于

≤6的密桩，计算方法采用等效作用分层总和法，按《建筑桩基技术规范》（jgj94-2008）附录d，利用平均附加应力系数计算最终沉降量，因此分层时按土层的自然分层划分，即某一土层无论厚度为多少，皆按一层计算沉降量，不需要细分更多土层。

对于单桩、单排桩、≥6的疏桩，计算方法采用单向压缩分层总和法，利用附加应力系数计算最终沉降量，因此应对压缩层分层，分层厚度不宜过大，一般不超过计算深度的0.3倍。

3.沉降计算深度

无论是≤6的密桩，还是≥6的疏桩桩基，桩基沉降计算深度均按应力比法确定，即计算深度处的附加应力与土的自重应力应符合下列公式要求：

（1）

应该强调的是，沉降计算深度和压缩层厚度是两个不同的概念。≤6密桩的沉降计算深度，是从桩端开始起算，沉降计算深度与压缩层厚度一致。由于桩距较小，桩与桩之间产生应力叠加，不但使桩端平面处的应力增加，而且也加大、加深了应力向下扩散的范围，产生群桩效应，因而沉降计算深度较大。

≥6的疏桩桩基，根据《建筑桩基技术规范》（jgj94-2008）附录f，按、、计算应力系数、，再将水平面影响范围内各基桩对应力计算点桩端平面以下第i层土1/2厚度处产生的附加竖向应力进行叠加。应力计算点位置，是从承台底部起算的，它包括了桩长和压缩层厚度两部分，而压缩层厚度由下式确定：

=-+ （2）

式中：—第i计算土层厚度。

4.沉降计算点、附加应力计算点的选取

对于≥6的疏桩桩基，等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，因此沉降计算点、附加应力计算皆取承台投影面积的中心点，两者重合；对于单桩、单排桩、≥6的疏桩，沉降计算点应选取底层柱、墙的中心点。根据明德林理论，同一深度，桩轴线处得附加应力最大，桩身以外土中的附加应力远小于轴线处，因此附加应力计算点应取与沉降计算点最近的桩。在大多数情况下，沉降计算点与应力计算点并不重合，二者的沉降并不相等，但由于承台整体和上部结构刚度的调整作用，可近似地取相同。

5.长桩疏桩桩基

根据明德林理论，基桩引起的附加应力与桩长的平方成反比，桩身荷载引起的沉降量与桩长的平方成反比。桩长愈长，、愈小；桩身压缩量与桩长成正比，与混凝土弹性模量和桩截面积成反比，桩长愈长，愈大；混凝土弹性模量越大，愈小。对于长桩疏桩桩基，桩身压缩量占总沉降量的比例较高，因此尽可能提高桩身混凝土等级，以减少桩基沉降量。

6.结论

（1）≤6的密桩桩基，沉降计算按土的自然土层划分，不需要细分更多土层；而≥6的疏桩桩基，需对压缩层进行分层，分层厚度不宜过大，一般不超过计算深度的0.3倍。

（2）密桩桩基的沉降计算深度，是从桩端开始起算，沉降计算深度与压缩层厚度一致。桩端以下参与沉降计算的土层较厚，沉降计算深度较大；疏桩桩基的沉降计算深度，是从承台底部开始起，沉降计算深度与压缩层厚度不一致。桩端以下参与沉降计算的土层较薄，沉降压缩层厚度相对较小。

（3）密桩桩基的沉降计算点、附加应力计算皆取承台投影面积的中心点，两者重合；疏桩桩基的沉降计算点选取底层柱、墙的中心点，应力计算点取与沉降计算点最近的桩，一般情况下，沉降计算点与应力计算点并不重合。

（4）长桩疏桩桩基，桩身荷载引起的沉降量较小，桩身压缩量较大。为减少桩基沉降量，应尽可能提高桩身混凝土等级、增加桩径。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准．建筑桩基技术规范

（jgj94-2008）．北京，2008．

[2] 林智勇，戴自航，苏美选．基于mindlin位移解考虑桩径影响的桩基沉降计算[j]，福州大学学报（自然科学版），2009

[3] 李晓勇．沉降控制复合桩基设计的探讨[j]，工程勘察，