桩筏基础中筏板厚度的确定

桩筏基础中筏板厚度的确定

第7卷第4期2009年12月

水利与建筑工程学报

Vol.7No.4Dec.,2009

桩筏基础中筏板厚度的确定

杨建林1,2

(1.江苏联合职业技术学院常州建设分院,江苏常州213016;2.江苏城建校建筑规划设计院,江苏常州213002)

摘　要:桩筏基础中筏板厚度的确定需同时考虑承载能力极限状态和正常使用极限状态的相关要求;设计操作中应利用变刚度调平的原则进行桩位布置,通过试算结果来调整桩位布置从而取得筏板基础的合理厚度。并运用一框架剪力墙结构基础算例来说明筏板厚度试算确定法的适用性。关键词:筏板厚度;整体弯曲;局部弯曲;变刚度调平中图分类号:TU471.15　　　　　文献标识码:A　　文章编号:1672—1144(2009)04—0079—04

DeterminingforRaft2slab’sThicknessinPile2raftYANGJian2lin(1.ChangzhouConstructionBranchofJiangsuUnion,213016,China;

2.ArchitecturalPlanningandDesignfof,Changzhou,Jiangsu213002,China)

Abstract:Theslabmustconsiderthemaximumload2bearingcapacityaswellastherelated

requirementsunderthelimits;sointhedesignstage,theprincipleofstiffnesschangeshouldbeemployedinthepile2positionarrangements,throughthecalculationresults,thepilepositioncouldberearranged,andinthisway,theratio2nalthicknessofthepile2raftbaseisobtained.Acalculationcaseofframedshearingwallbasisisusedtoillustratetheapplicationofthedeterminingmethodfortheraft2slab’sthickness.Keywords:raft2slab’sthickness;integralwinding;partialwinding;stiffness2changeleveling

0　引　言

随着城市化进程的不断推进,在土地资源供求矛盾的引导下,我国的高层建筑得到了迅猛的发展。一些承载力不高,刚度较弱的地基土要求结构工程师采取措施用来建造高层建筑。桩筏基础,因其整体性好、能满足地基的承载力和建筑物容许变形要求并能调整不均匀沉降而得到了越来越广泛的应用。合理地确定桩筏基础中筏板的厚度,对基础工程中混凝土的工程量将产生显著的影响;并从基础配筋量、基底标高确定、基坑降排水、土方开挖工程量、基础混凝土施工技术措施、基础施工工期等诸多方面决定工程的综合经济效益。桩筏基础的筏板厚度确定目前还没有成熟的可靠方法,基本上凭设计师个人的经验确定。有一种说法,认为高层建筑的基础底板厚度,可按每层若干厘米来确定。这种说法是不科学的,也是不确切的。

置桩的方法来消除冲剪破坏。

国外规范对于各种构件,何种应当验算剪切、何种应当验算冲切,皆有明确规定。例如,美国与新西兰规范[1]规定:单向受力构件,验算剪切强度,例如梁(但深梁除外);双向受力构件,验算冲切强度,例如双向板,柱下扩展基础(后者在某些情况下也需验算剪切)。而且对于验算剪切强度,规定其验算截面是横跨整个构件截面,而不是在构件中间截取一段来验算。因此,筏形基础的双向底板,仅验算其抗冲切强度即可。

1.2　变形与裂缝

文献[2]指出:桩基设计从根本上来说应该是关于桩基的变形设计,而不是目前一般设计人员普遍关心的承载力设计。由此可见桩基变形计算的重要性。《建筑桩基技术规

(JG范》J94-2008)[3]5.5.4条对建筑桩基沉降变形允许值作

了具体规定。规范规定:框架、框架—剪力墙、框架—核心筒结构相邻柱(墙

)基的沉降差允许值为0.002l0,l0为相邻柱

(墙)二测点间距离。

1　筏板厚度的确定需考虑的因素

桩筏基础筏板厚度的确定应根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求,分别按下列规定进行计算和验算:抗冲切、抗剪;正截面受弯;变形和裂缝。

筏板一般为双向板,筏板裂缝验算同一般钢筋混凝土双向板。混凝土结构设计规范对裂缝的验算要求为ωmax≤ωωlim,对于筏板,ωlim一般取0.2mm。max的计算不能直接套用混凝土结构设计规范的公式,规范公式仅适用于单向受力构件,如梁、柱等。筏板裂缝验算可参考文献[4],根据筏板的最大主拉应力来确定。

1.1　抗冲切、抗剪

冲剪验算包括桩对筏板和柱、剪力墙对筏板冲剪验算。柱和剪力墙对筏板的冲剪一般可通过在柱下或剪力墙下布

收稿日期:2009206214　　　　　　　修回日期:2009206223

作者简介:杨建林(1973-),男(汉族),江苏南通人,讲师,一级注册结构工程师。研究方向为工程优化设计、高职建筑工程职业教育。

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1.3　正截面受弯

筏板的弯曲由整体弯曲和局部弯曲两部分组成。筏板整体弯曲是指筏板上柱、墙之间相对位移产生的弯曲,即由基础的沉降差引起的弯曲。

筏板整体弯曲与上部结构刚度、基础刚度(筏板厚度)、土质条件(地基土压缩性)、布桩情况等有关。当地基为不会产生压缩变形的坚硬岩石时,筏板将不会产生整体弯曲变形,不发生整体弯曲应力;当基础或者上部结构二者之一为理想绝对刚体时,建筑物只能产生均匀沉降或整体倾斜,也不产生整体弯曲变形;不论地基状况如何,也不论上部结构及基础的刚度如何,如能将荷载调整得当,使地基表面的沉降完全均匀,则基础与结构也不会产生整体弯曲变形,也不会产生整体弯曲应力。因此减小筏板整体弯曲不能光从增加筏板厚度着手。

筏板的局部弯曲就是假定筏板上柱、移(即没有沉降差、整体弯曲),、、柱、、的局部弯曲;,则只需考虑水压力作用下产生的局部弯曲。

筏板的总弯矩为整体弯矩和局部弯矩之和。筏板的正截面受弯承载力计算与一般受弯构件相同。

整基桩支承刚度分布。

2.3　桩筏有限元计算、沉降计算

桩筏有限元计算时应考虑上部结构刚度。

有限元计算结果的合理性关键在于沉降计算。沉降的计算,对于桩筏基础,由于桩—桩、桩—土相互作用机理复杂,其沉降变形性状与桩数、桩长、桩径、桩间距、桩土刚度比等因素密切相关。沉降计算中,地方经验非常重要,体现在桩基沉降计算经验系数的确定,该系数需根据地区沉降观测资料及经验确定。

PKPM系列JCCAD软件计算桩基沉降时,单桩刚度的确

定直接影响计算结果。软件可自动按照规范方法根据地质资料计算单桩刚度,,设计人Q-S,程序采纳群桩。

,当抗冲剪、正截面抗弯承载力、最大沉降量及裂缝验算均满足要求时,看筏板厚度合理与否关键是看相邻柱(墙)基的沉降差是否满足规范[3]5.5.4条的要求。如计算沉降差大于允许值,则需增加筏板厚度;如计算沉降差小于允许值,则表明筏板厚度有减小的空间,减小筏板厚度后还需查看其它条件是否仍能满足。筏板厚度调整后,再进行桩筏有限元计算,根据计算结果再判断筏板厚度合理与否。

2　筏板厚度确定的步骤

桩筏基础的筏板厚度在考虑上述因素的基础上,可通过试算法确定合理厚度。具体操作步骤如下:

①预估筏板厚度、布筏板———②布桩———③桩筏有限元计算、沉降计算———④根据计算结果调整筏板厚度及布桩

3　筏板厚度确定的算例

3.1　工程概况

江苏某小区小高层住宅,地下1层,地上11层,顶部带阁楼,总建筑面积6000m2,建筑总高度35.25m,框架—剪力墙结构。建筑所在地区抗震设防烈度7度,设计地震分组第一组,场地类别Ⅲ类。标准层平面见图1,典型地质剖面见图

2。采用桩筏基础,筏板面积约600m2,设计桩型为桩径500mm预应力混凝土管桩。因筏板底为淤泥质粉质粘土,承载

2.1　预估筏板厚度、布筏板

可根据桩对筏板冲切、柱墙对筏板冲切及筏板的最大跨距(板厚约为最大跨距的1/12～1/8倍,此经验值为考虑局部弯曲的经验值)预估筏板厚度。也可根据文献方法预估筏板厚度。

文献

[6～9]

[5]

的简化计算

力较低,故不考虑桩土共同作用,上部结构荷载全部由桩承担

。

提出了桩筏体系相对刚度的概念,并在此基础

3.2　预估筏板厚度、布桩

该工程根据文献[5]提供的简化计算方法预估筏板厚度,先分别计算筏板的整体弯矩和局部弯矩,两者之和为筏板需要抵抗的弯矩,然后根据筏板需要提供的抵抗弯矩反推筏板所需的厚度,此厚度即预估的筏板厚度。预估的筏板厚度需首先满足筏板抗冲切所需的厚度要求。

估算筏板厚度时的主要参数包括:l为筏板受弯方向的最大跨度;q为底板上受到的折算总平均反力;θ为筏板的相对弯曲;L、B分别为筏板的长度和宽度;γEr分别为筏r、板混凝土的泊松比和弹性模量;ρ为筏板的配筋率;fs为主筋抗拉强度设计值。计算整体弯矩时,基础的沉降差取规范限值2‰;计算局部弯矩时,因初步布桩时能保证桩均布在柱、墙下,且不考虑桩土共同作用,即不考虑土体对筏板的反

上提出了根据筏板相对刚度的刚性点(即刚性筏板与柔性筏板的分界点)确定桩-筏基础筏板厚度的方法,此方法可作为估算筏板厚度的参考。

2.2　布桩

传统的“均匀布桩”方法使桩筏基础产生蝶形沉降、土反力相应呈马鞍形分布。此时通过增加筏板厚度来调整荷载和桩反力、减小差异沉降虽可起到一定作用,但代价太高,且效果不理想。为减小差异沉降和筏板内力,可按变刚度调平设计[3]的原则进行布桩。变刚度调平设计是考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应,通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩支承刚度分布,以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法。变刚度调平设计的核心是调

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1力,因此局部弯矩计算时可仅考虑地下水浮力作用;筏板的配筋率取经济配筋率0.6%;其它参数取值不一一列出。根据计算,预估筏板的厚度为600mm,

此厚度满足抗冲切计算要求。

取筏板厚度为600mm,布置筏板,然后根据变刚度调平设计原则布桩。桩位平面布置图见图3。

3.3　桩筏有限元计算

使用中国建筑科学研究院PKPM系列JCCAD软件进行桩筏有限元计算。

JCCAD软件是目前设计院常用的基础计算软件之一。桩筏有限元计算时需输入地质资料,软件根据地质资料自动计算单桩刚度;为考虑上部结构与基础的共同作用,计算时考虑上部结构刚度。

计算结果显示,筏板厚度取600mm时,筏板的最大配筋率为0.35%;沉降差仅0.4‰,远小于规范限值2‰;根据文献[4]提供的方法,筏板最大裂缝宽度的计算值为0.11mm。

根据以上计算结果,各项指标均满足规范要求,且筏板厚度有减薄的空间。现将筏板厚度减薄至500mm,再进行桩筏有限元计算。计算结果显示各项指标仍能满足规范要求,其中最大沉降差为0.9‰,小于规范限值,且有一定安全余量;筏板的最大配筋率为0.45%;最大裂缝宽度的计算值为

0.17mm。因此,筏板厚度最终取500mm。

图4所示为基础沉降等值线图,图中的数字表示基础沉降值。

4　结论与建议

(1)桩筏基础筏板厚度的确定需综合考虑承载能力和

正常使用两种极限状态。对基础变形计算结果的合理把握直接决定了筏板厚度取值的安全性和经济性。

(2)改变盲目增加筏板厚度来调整荷载和桩反力,以期

减小差异沉降的做法,按变刚度调平的原则进行布桩,从而有效减小差异沉降和筏板内力,使筏板厚度取值合理。

图2　典型地质剖面图

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图3　桩位平面布置图

[3]　JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版

社,2008.

[4]　郭宏磊.桩筏基础中筏板厚度的合理确定[J].华中科技大学学

报(城市科学版),2004,(2):972100.

[5]　楼晓明,芮晓玲,于勇,等.确定桩筏基础筏板厚度的简化计算

方法[J].结构工程师,2003,(1):35238.

[6]　杨敏.上部结构与桩筏基础共同作用的理论与试验研究[D]

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图4　基础沉降图(mm)

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赵锡宏.高层建筑地基基础—共同作用理论与实践

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[8]　董建国,杨敏,赵锡宏.高层建筑桩筏基础整体弯矩确定的新

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方法[J].结构工程师,1992,(1-2合刊):60264.

[9]　董建国,赵锡宏,杨敏,等.软土地基超长桩箱(筏)基础设计的

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若干问题[J].同济大学学报,1995,23(5):5012511.

(上接第56页)

(2)单位工程完工后,施工单位应自行组织有关人员进

作。每一位工程管理人员都应围绕这三个环节,结合当地条件,尽可能充实,丰富其内容,强化其手段,建立一套科学和适合国情的实际情况和行之有效的质量保证体系,从而使公路工程质量管理水平提高到一个新水平。参考文献:

[1]　李伟聪.业主在高速公路交通安全设施工程建设中的质量控制

[J].公路,2006,(8):3092311.

[2]　姜继茂.建筑工程项目的施工质量管理研究[D].南京:南京理

行检查评定,并向建设单位提交工程验收报告;

(3)建设单位收到工程验收报告后,应由建设单位负责

人组织施工单位(含分包单位)、设计单位、监理单位等负责人进行单位工程验收;

(4)单位工程质量验收合格后,建设单位应在规定时间

内将工程竣工验收报告和有关文件报建设行政管理部门备案。

工大学,2007.

[3]　迟方桐.高等级公路交通安全设施的质量控制[J].交通标准

4　结　语

随着我国高速公路建设的迅猛发展,工程质量将会逐步走上系统化、法制化的轨道,为加强公路工程质量管理,确保工程质量,必须加强基础工作、施工质量控制和检验把关工

化,2008,(1):1002102.

[4]　陈驺虞.我国公路交通设施建设中的工程质量控制研究[J].中

国高新技术企业,2008,(6):1552156.

[5]　苏爱军.公路隧道工程质量控制过程中的几个关键问题[J].铁

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3koe.html