JCCAD计算桩筏底板实例探讨

工程师手记之二十四JCCAD计算桩筏底板实例探讨

【提要】

苏州地区某超高层建筑的三层或四层外扩地下室（无上部建筑物）桩筏基础的计算沉降居然为60～90mm。

同一幢高层建筑桩筏基础按分层总和法（国家地基基础规范）、JCCAD 程序（国家地基基础规范）、JCCAD程序（上海地基规范）计算桩基最终沉降量，居然得出相差甚远的结果；而且似乎没有找到问题之所在。

因此，苏州地区某超高层建筑的桩筏JCCAD计算，可以作为一个相当有趣的案例来进行探讨。

前言

PKPM系列的JCCAD程序计算桩筏基础的底板内力与桩基沉降，从编制软件者的角度看，可能已经算是完成任务了。但从我们工程师的角度来说，那顶多只能算是半成品。因为至少对于软土地区而言，计算结果实在难以直接应用到工程实践中去。

2011年2月的《建筑结构》文“苏州地区某超高层建筑基础优化设计”（以下简称“文献（一）”），给出一个应用JCCAD计算桩筏基础的底板内力的工程实例，现在根据该文给出的结果进行一些探讨。

一、苏州地区某超高层建筑资料

苏州地区某超高层建筑由三栋塔楼与裙房组成。塔楼为一座地上34层（147.15m高）办公楼与两座地上29层（99.80m高）公寓；裙房4层（总高22.40m）；地下4层，地下室埋深17.50m。总建筑面积267548平方米。地下室平面

185m×182m。

立面简图见图一：

图一立面简图

地面绝对标高3.02～3.59 m。地面以下110m深度内为第四纪早更新世Q

1

及其后期的沉积土层，属第四纪湖沼相、河口～滨海相松散沉积物。

±0.00相当于绝对标高3.60m，抗浮水位绝对标高2.63m，历史常年最低水位绝对标高—0.21m。

地基承载力特征值及压缩模量见表一。

表一地基承载力特征值及压缩模量

土层名称f

ak

/kPa

E

S

/MPa

桩基沉降计算E

S

建议值/MPa

е-p曲线确定静力触探确定标贯试验确定建议值

6粉质黏土130 5.4 7黏土200 8.2

塔楼选用0.8m×50.6m钻孔灌注桩，以15层粉砂为桩端持力层；塔楼以外地下室与裙房选用0.6m×21m钻孔灌注桩，以10层粉质黏土为桩端持力层。

塔楼核心筒区域桩长比外围框架处加长4米。

采用PKPM系列JCCAD程序建立有限元模型进行沉降计算分析。

1、S

1为分层总和法桩基最终估算沉降量：办公楼S

1

=52.01mm，南北公寓

S

1

=45.40mm；

2、S

2为JCCAD复合桩基算法平均沉降计算值：办公楼S

2

=188.1mm，南北

公寓S

2

=114.4mm；

3、S

3

为JCCAD沉降控制复合桩基算法（上海地基规范）平均沉降计算值：

办公楼S

3=114.71mm，南北公寓S

3

=21.81mm。

与JCCAD计算值相比，办公楼、南北公寓复合桩基沉降计算值各为其分层总和法桩基最终估算沉降值的3.6倍和2.5倍；

分层总和法桩基最终估算沉降值又接近于已有实际工程的经验。

JCCAD算法的计算结果简图见图二：

图二 JCCAD算法的计算结果简图

主楼区域采用桩筏基础，办公楼与南北公寓区域底板厚度分别为2.8m 与2.3m；塔楼以外和裙房区域采用柱下设置承台+筏板+抗压兼抗拔桩基础，底板厚度0.9 m，承台厚度1.7 m。

为了缓解不同区域、不同部位之间的不均匀沉降，避免筏板产生过大的应力差，在主楼与裙房之间设置沉降后浇带，须待主楼结构封顶且沉降稳定后方可封堵。

二、对外扩地下室JCCAD算法计算结果的探讨

文献（一）提供资料：±0.00相当于绝对标高3.60m，抗浮水位绝对标高2.63m，历史常年最低水位绝对标高—0.21m。

由此可得外扩地下室（指无上部建筑物的地下室）底板底面地下水浮力为164kPa（按抗浮水位绝对标高2.63m计）。即使按历史常年最低水位绝对标高—0.21m计，外扩地下室底板底面地下水浮力为136kPa。

外扩地下室为三层或四层地下室，按每层地下室平均重25 kPa，900mm 厚底板加面层重25 kPa，则外扩地下室的重量125 kPa小于地下水浮力136kPa，因此基底附加压力小于零。

即使按地下水位于地下室底板底面以下计算，地下室底板底面处的土自重压力为8×17=136 kPa（此处仍按土的浮容重计算），大于地下室总重量125 kPa，因此基底附加压力小于零。

因此，外扩地下室（按箱型基础天然地基）的理论计算沉降应该等于零。

现在的外扩地下室至少是每一柱下布置一根21m长钻孔灌注桩。而图二提供的外扩地下室JCCAD计算沉降却为60～90mm。

文献（一）没有提供外扩地下室沉降计算的详细模式，因此难以判断其问题之所在。但在同等条件下，有桩的地下室计算沉降比无桩地下室要大得多，这一点违反土力学基本常识应该是确定无疑的，除非设计者有当地实践数据的支持，其计算结果方有说服力。

三、对34层办公楼JCCAD 算法计算结果的探讨

由图二可知，JCCAD算法计算34层办公楼桩筏基础，中心部位计算沉降值170 mm，边缘部位计算沉降值120 mm，计算沉降差最大为50 mm。难怪底板厚度要取2800 mm。

这与上海计算桩筏底板沉降、内力的“弹簧常数法”有所不同。“弹簧常数法”根据上海地区对高层建筑的长期沉降量与沉降差的观测，得出结论：

当荷载及布桩以及地基土均较均匀，各桩位置的沉降也较均匀时，各桩的计算沉降仅与桩顶荷载有关，而与桩的位置无关。

而在JCCAD算法中，各桩的计算沉降与桩顶荷载、桩的位置都有关系。因为JCCAD算法的依据就是可以采用明德林应力公式法计算桩群中各点的沉降。这与上海地区的经验有着明显的不同。

文献（一）没有介绍设计者为何不采用上海“弹簧常数法”作为计算前提的依据。

还有文献（一）提供的JCCAD算法计算结果简图似乎不是最终结果，因为以往多次工程桩筏设计中从未见到这样完美的椭圆形计算沉降曲线。这应该是纯粹根据明德林应力公式法计算桩群中各点沉降的结果。