浅谈某高层建筑桩筏基础设计及沉降计算

浅谈某高层建筑桩筏基础设计及沉降计算

彭奇华

（衡阳天翔工程咨询有限公司，湖南衡阳421000）

摘要：结合实际工程，介绍了软土地基中为控制沉降而设置桩基的深基础设计方法及采用电算软件进行沉降计算的设计手法，对沉降计算结果进行了分析，从而解决了软土中桩筏基础的沉降计算问题。

关键词：桩筏基础，沉降计算，弹性地基梁板

一、工程概况

本工程位于某市，为一栋集商业、写字楼、公寓于一体的高层建筑综合大楼，其地下4层，用作车库、超市及设备房；地上裙房6层，主要用作商场；两栋塔楼(分缝后)分别为商务公寓和商务写字楼，总层数为25层，基本层高3．3m和3．6m，建筑总高度为98．50m。

二、基础设计

（一）地质条件及基础选型

本区大地构造属于雷一琼喜山沉降带北部某区。场区内第四纪地层发育，厚度达数百米，区域稳定性较好。勘察发现场区及附近均为第四系松散沉积层覆盖，地表未发现有明显的构造形迹出露，场地地形平坦，不存在高陡边坡、崩塌等不良工程地质现象本次钻探最大深度为85.0m，揭露土层上部为填土，全新统沼泽相沉积淤泥质黏土及中更新统北海组粉土，下部为下更新统湛江组海陆交互沉积地层，按成因类型及岩土工程特性划分为16个主要单元层。

据钻探资料揭示，场地⑧中砂及其以下土层中⑨，⑩，⑩黏土强度相对较低，其余土层的承载力特征值在250kPa以上；其中⑥粉质黏土及⑩中砂层分布稳定，厚度较大，为硬塑～坚硬或中密～密实状，承载力特征值在280kPa以上，其下无软弱下卧层分布，是理想的桩基础桩端持力层。根据湛江地区经验，桩的类型可考虑选择预应力管桩或钻孔灌注桩。结合本工程特点，采用钻孔灌注桩基础的桩筏基础结构形式。

（二）基础设计

桩基的布置：根据主楼与裙楼基础的受力特点，主楼采用长桩基，裙房则采用天然地基加短桩基的设计思路，采用不同桩长的形式进行布桩。主楼桩基主要以承受上部竖向荷载为主，柱下布置群桩，桩径有800眦1，1000眦1两种，大部分有效桩长为40m，桩端持力层为粉质黏土层；核心筒下布置群桩，桩径1500FD．／TI，有效桩长50m，桩端持力层为中砂层；裙楼则主要以抵抗水浮力为主，柱下布置单桩，桩径1000FD．／TI，有效桩长25m，桩端持力层为中砂层。由于本工程地下室比较深，地下水埋深较浅，水浮力相当大，为了平衡水浮力的作用，在部分跨度较大的筏板跨中布置了抗拔桩。这样，既解决了抗浮的问题，又有利于减小筏板的受力及配筋，节约工程造价。

筏板布置，考虑到主楼与裙楼荷载相差较大，基础筏板采用两种不同厚度的筏板。主楼筏板厚1500FD．／TI，裙楼筏板厚800FD．／TI．对个别荷载较大抗冲切验算不满足的柱位进行局部加厚至1400FD．／TI。

三、沉降计算

（一）重点与难点

目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝，二是设置施工“后浇带”，待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”混凝土。设置沉降缝影响地下空间的使用功能，一般已不采用；采用施工“后浇带”技术，在中、低压缩性土层中，一般在主体结构封顶后浇筑“后浇带”混凝土，但一般需一年或一年半时间，施工“后浇带”的保护以及在有地下水的地区，降水周期很长，费用开支可观，并增加施工难度。本工程地下室不设沉降缝及后浇带，为此，沉降计算及控制就变得尤为重要。

（二）计算模型选择及基本思路

本工程沉降计算的计算软件是中国建筑科学研究院开发的PKPM系列JCCAD模块，采用桩筏筏板有限元计算方法中的WINKLER(文克尔)弹性地基梁板模型来计算的。根据本工程地质条件的特点，采用为控制沉降而设置桩基的方法设计基础。这种方法是考虑桩、土、承台共同作用时，基础的承载力可以满足要求，而下卧层变形过大，此时采用摩擦桩旨在减少沉降，以满足建筑物的使用要求。以控制沉降为目的设置桩基是指直接用沉降量指标来确定用桩的数量。基本原则有以下3点：1．设计用桩数量可以根据沉降控制条件，即允许沉降量计算确定；

2．基础安全度不能降低，应按桩、土和承台共同作用的实际状态来验算。桩土共同作用是一个复杂的过程，随着沉降的发展，桩、土的荷载分担不断变化，作为一种最不利状态的控制，桩顶荷载可能接近或等于单桩极限承载力。为了保证桩基的安全度，规定按承载力特征值计算的群桩承载力特征值与土承载力特征值之和，应大于等于荷载效应标准组合作用于桩基承台顶面的竖向力与承台及其上土自重之和；

3．为保证桩、土和承台的共同作用，应采用摩擦型桩，使桩基产生可以允许的变形，承台底不致脱空，在桩基沉降过程中允许发挥桩端持力层的抗力。同时桩端还要置于相对较好的土层中，防止沉降过大，达到预期控制沉降的目的。

结合本工程的特点，这条思路贯穿于基础设计的全过程。而且，在布桩过程中，考虑了部分水浮力的有利作用。建筑场区位于湛江港湾北西部，湛江港湾潮汐为不规则半日潮，历年最高潮位(风暴潮)5．28m(黄海高程)，历年最低潮位一2．49m。地下室底板的抗浮计算采用最高潮位，考虑水浮力的有利作用时采用最低潮位。

（三）沉降计算结果

沉降计算时将工程按大底盘多塔结构考虑，真实地反映了基础的受力情况。经过反复的计算，并通过调整桩径及桩长，使主楼及裙房的沉降量达到比较理想的结果，沉降变化趋于平缓。其中主楼最大沉降为36mm，裙房最小沉降为10mm。

四、结语

软土中摩擦桩的桩基础沉降计算是一个非常复杂的问题。纵观许多描述桩基实际沉降和发展过程的文献可以知道，土体中桩基沉降包括桩身压缩、桩端刺入变形和桩端平面以下土层受群桩荷载共同作用产生的整体压缩变形等多个分量组成，并且是需要经历数年、甚至更长时间才能完成的过程。即使忽略土中桩身弹性压缩量，由于桩端刺入变形与桩土体之间相互作用、土体组成的多相性质、土骨架的非线性应力应变性质和蠕变性质有关，在目前认识水平下，土中摩擦桩桩基沉降不是简单的弹性理论所能描述的问题，这说明为什么完全依据理论的各种桩基沉降计算方法，在实际工程的应用中往往都与实测结果有较大的出入，即使经过修正，丽者也只能在某一特定范围内比较接近。