桩筏基础的设计分析方法综述

一、桩基础的设计、施工与检测一、桩基础的设计1．桩基分类1）按材料有木桩、钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、钢桩2）按受力特点有摩擦桩、柱桩3）按施工方法有打入桩、钻孔桩、挖孔桩2．桩基内力计算1）计算方法（1）极限地基反力法即极限平衡法，假定桩侧土体处于极限平衡状态，按土的极限静力平衡来推求桩的横向承载力，不考虑桩本身的挠曲变形，该法仅适用于刚性短桩。

（2）弹性地基反力法弹性地基反力指对应于桩的位移x所产生的反力。

将土体假定为弹性体，用梁的弯曲理论求解桩的横向抗力。

有线弹性地基反力法和非线性弹性地基反力法。

q=kz n x m线弹性地基反力假定地基为服从虎克定律的弹性体，地基反力q与桩上任一点的位移成正比，但未考虑地基土的连续性，对于某些如剪切刚度较大的岩石地基不成立。

张氏法：假定地基系数沿深度为一常数，即n=0（我国张有龄30年代提出）。

按此得出地面处土的侧向抗力最大（因地面处位移最大），与试验证明的非粘性土和正常固结粘性土的地面处侧向抗力较小相矛盾。

只在坚硬岩石中地基系数才可能沿深度不变。

q=k h xK法：假定桩侧土地基系数在第一弹性零点t至地面间随深度增加，而t以后为常数。

该法由苏联人提出，所计算得的桩身最大弯矩大于实测值，偏于安全，现在已取消。

m法：假定桩侧土地基系数随深度呈线性增加，即n=1。

该法我国目前应用较多，几乎所有桩基规范均用此法，但该法假定的地基系数随深度无限增长，与实际情况不符。

q=mzxC法：假定桩侧土地基系数沿深度呈抛物线增加，即n=0.5。

该法由日本人提出，《公路桥规》在推荐m法的同时也推荐了该法。

q=cz1/2xm法、C法适用于一般粘性土和砂性土，张氏法比较适用于超固结粘性土、地表有硬层的粘性土和地表为密实的砂土等情况。

非线性弹性地基反力法适用于栈桥及柔性系缆浮标等有较大位移的结构计算。

（3）复合地基反力法即p—y曲线法，假定桩侧土上部为塑性区，采用极限地基反力法；下部为弹性区，采用弹性地基反力法。

筏板基础设计分析-浮生若梦（HjT）的日志-网易博客1 筏板基础埋深及承载力的确定天然筏板基础属于补偿性基础, 因此地基的确定有两种方法. 一是地基承载力设计值的直接确定法. 它是根据地基承载力标准值按照有关规范通过深度和宽度的修正得到承载力设计值, 并采用原位试验(如标惯试验、压板试验等) 与室内土工试验相结合的综合判断法来确定岩土的特性. 二是按照补偿性基础分析地基承载力. 例如: 某栋地上28 层、地下2 层(底板埋深10m ) 的高层建筑, 由于将原地面下10m 厚的原土挖去建造地下室, 则卸土土压力达180kpa, 约相当于11 层楼的荷载重量;如果地下水位为地面下2m , 则水的浮托力为80kpa, 约相当于5 层楼的荷载重量, 因此实际需要的地基承载力为14 层楼的荷载. 即当地基承载力标准值f ≥ 250kpa 时就能满足设计要求, 如果筏基底板适当向外挑出, 则有更大的可靠度.2 天然筏板基础的变形计算地基的验算应包括地基承载力和变形两个方面, 尤其对于高层或超高层建筑, 变形往往起着决定性的控制作用. 目前的理论水平可以说对地基变形的精确计算还比较困难, 计算结果误差较大, 往往使工程设计人员难以把握, 有时由于计算沉降量偏大, 导致原来可以采用天然地基的高层建筑, 不适当地采用了桩基础, 使基础设计过于保守, 造价提高, 造成浪费.采用各向同性均质线性变形体计算模型,用分层总和法计算出的自由沉降量往往同实测的地基变形量不同, 这是受多种因素的影响造成的.试验表明[ 4 ]: 刚性筏板在试验荷载下主要是整体沉降, 挠曲变形极小, 最大也未超过3‰; 而有限刚度筏板基础则除了整体沉降外还产生挠曲变形, 筏板刚度不同, 挠曲程度也不同.在筏板厚度相同的情况下, 随着长×宽(以矩形为例) 的增加, 筏板的刚度随之降低.因此设计中可选取“板式筏基+ 独立柱基”相结合的基础形式, 即中部(电梯井等剪力墙集中处) 用筏基, 四周柱基础采用独立基础或联合基础. 使筏板的长×宽尺寸减小、刚度增大,这不仅降低沉降变形的挠曲程度, 提高筏板的抗冲切能力, 同时, 减低了板中钢筋应力, 减少筏基的配筋量. 为协调各部分的变形, 使其趋于一致, 还可通过变形验算调整独立柱基的面积.既满足结构使用要求, 又达到相当可观的经济效益.在基础选型设计中, 应结合工程的具体情况, 考虑多方面的因素影响, 充分利用天然地基的承载能力, 通过比较“整片筏基”与“板式筏基+ 独立柱基”的工程造价. 以上2 种不同基础形式, 后者较前者节省约30%～ 40% 的费用, 经济效益显著.当由于地层分布不均匀、上部结构荷载在筏板基础上分布不均匀而引起筏板基础各部分的差异沉降较大时, 可综合考虑采用以下处理措施:(1) 将出露地质较差的土层挖出一部分, 换填低强度等级的素混凝土形成素混凝土厚垫块, 以改变和调整地基的不均匀变形. 也可以采用“换填法”, 垫层采用碎石、卵石等材料, 经碾压或振密处理, 提高基础的承载能力;(2) 调整上部结构荷载或柱网间距, 减小基底压力差;(3) 调整筏板基础形状和面积, 适当设置悬臂板, 均衡和降低基底压力;(4) 加强底板的刚度和强度, 在大跨度柱间设置加强板带或暗梁等.3 筏板基础的结构设计筏板基础的主要结构形式有平板式筏基和肋梁式筏基, 包括等厚度或变厚度底板和纵横向肋梁. 一般情况下宜将基础肋梁置于底板上面, 如果地基不均匀或有使用要求时, 可将肋梁置于板下, 框架柱位于肋梁交点处. 在具体筏基设计时应着重考虑如下问题:(1) 应尽量使上部结构的荷载合力重心与筏基形心相重合, 从而确定底板的形状和尺寸.当需要将底板设计成悬挑板时, 要综合考虑上述多方面因素以减小基础端部基底反力过大而对基础弯距的影响;(2) 底板厚度由抗冲切和抗剪强度验算确定. 柱网间距较大时可在柱间设置加强板带(暗梁加配箍筋) 来提高抗冲切强度以减少板厚, 也可采用后张预应力钢筋法来减少混凝土用量和造价. 决定板厚的关键因素是冲切, 应对筏基进行详细的冲切验算;(3) 无肋梁筏板基础的配筋可近似按无梁楼盖设柱上板带和跨中板带(倒楼盖法) 的计算方法进行, 精确计算可用有限元法;对肋梁式筏基, 当肋梁高度比板厚大得较多时, 可分别计算底板和肋梁的配筋, 即底板以肋梁为固定支座按双向板计算跨中和支座弯矩, 并适当调整板跨中和支座的配筋;(4) 构造配筋要求: 筏板受力筋应满足规范中0. 15%的配筋率要求, 悬挑板角处应设置放射状附加钢筋等. 设计人员往往配置受力钢筋有余, 构造钢筋却配置不足.4 筏板基础抗浮锚杆的设置不少设计人员担心地下水位对底板的浮托力而设置抗拔锚杆, 在这里作如下分析和讨论.(1) 施工过程中浮托力的产生是由于基坑内积水(雨水和施工用水或地下水渗透) 所致;浮托力的大小与地下室的体积和基坑内积水高度有关. 因此, 只要能在地下室施工过程中有序排水或限制水位, 在基础底板底以下就不会产生浮托力.(2) 地下室上浮是因为地下室结构及上部结构的荷载重量不足以克服地下水的浮力, 当筏板基础底板上的结构重量大于实际上浮力后, 整个基础结构就能稳定. 因此在地下室和地面上相应有限几层的结构完成后, 就可以克服地下水的上浮力, 不需要在整个施工过程中对水位保持警惕.(3) 在计算地下水的浮托力时因注意: 筏基底板所承受的浮托压力只是底板与地基岩土的缝隙水压力、孔隙水压力, 板承受的浮托力与地基岩土的缝隙发育程度、孔隙率有关, 其实际压力强度小于静水压强. 其次, 底板的水承压面积并非全部. 由于底板与地基岩土已粘结成整体,因而能提供一定的粘结(抗拔) 力. 有关试验资料认为有效粘结面积占底板面积最小比率为K = 50% , 而粘结强度最低为250kpa (相当于毛石砌体与M 10 沙浆间的抗拉力). K 值是一重要因素, 应通过试验确定.浮托力的估算: 当K = 50%～ 100% 时,如地下水位为- 2. 0m 的10m 深地下2 层的基坑, 当底板厚度1 600mm , 顶板单位荷重为1 600kg, 则单位面积的浮托力T 和地下室结构重量W 分别为:T = 80×(50%～100% )= 40. 0 kpa～80. 0kpaW = 1. 6×25+ 16×2= 72. 0kpa从以上分析和讨论可见, 即使按K = 1 计算使浮托力T 最大, T 与W 的差值也只有8. 0kpa, 待地面上再施工1～ 2 层后, 就能保持整体平衡, 因此只要在地下室施工过程中能保持基坑干燥, 基础和地下室结构及地上2 层结构施工完成后, 就可放弃对地下水位的监测, 从施工过程来看是无需设置抗浮锚杆的.对于一些地下室较大、较深而地面以上结构层数不多的建筑, 则应根据上述总体平衡的原则计算确定抗浮锚杆. 对于地下室面积较大而主体塔楼面积较小的建筑, 应验算裙房部位的浮托力能否与结构自重相平衡, 否则也应设置抗浮锚杆.在底板配筋设计时应注意到由于水的浮托力使底板产生的弯矩, 当板下不设置抗浮锚杆时应全面考虑浮托力产生的弯矩, 当底板设置抗浮锚杆后则可适量减少底板的配筋量.5 裙房基础的设计由于裙房的单柱荷载与高层主楼相比要小的多, 因此无需采用厚筏基础, 采用薄板配柱下独立扩展基础即可. 这里需要强调的是, 裙楼独立柱基的沉降与主楼筏板基础的沉降要相协调, 即控制沉降差在允许值范围内. 应根据公式计算主楼沉降量S , 再按各柱的荷载N 值和S值反算出各独立柱基础的面积A (尚应验选地基承载力).高层建筑基础选型是整个结构设计中的一个重要组成部分, 直接关系到工程造价、施工难度和工期, 因此应认真研究场地岩土性质和上部结构特点, 通过综合技术经济比较确定.高层建筑的基础选型应因地制宜, 除基础应满足现行规范允许的沉降量和沉降差的限值外, 整体结构应符合规范对强度、刚度和延性的要求, 选用桩基或筏基都不是绝对的, 而安全可靠、经济合理才是基础选型的标准.。

桩筏基础的分析与优化设计作者：张显裕来源：《城市建设理论研究》2014年第09期摘要：桩筏基础在各种基础形式中整体性能较好，具有很大的刚度，其在提高竖向承载能力和调整不均匀沉降方面的作用十分显著，因此在高层建筑地基基础选型中被大量选用。

本文根据实际案例分析桩筏基础的设计方法，希望大家指导交流。

关键词：桩筏；基础；设计中图分类号:TU2 文献标识码：A1.项目概况某项目位于工业园区，项目分为南北两区，含A、B、C、D、E、H、P、Q 共计8个地块。

地块上南北两区共包含7栋高100～200m 的主裙连体高层，其中裙房为2～7层; 地块下的南北两区分开，但均为超长超宽的地下空间，层数为3～4层，埋深约为－16.35～－20.95m。

地上建筑结构体系为钢筋混凝土框架—核心筒体系，裙房、地下室为钢筋混凝土框架体系。

2.基础方案选型由于本工程的南北两区均由多幢高层主楼、附属裙楼、地下商业及车库等组成并统一设置于连通的大底盘上，尺寸巨大，为超长超宽结构(每层地下室约7 万m2)。

基础各部分(高层主楼区域、裙楼区域、纯地下室区域)位于饱和软土中，基底荷载差异很大，桩基的布置对基础的内力和挠度变化影响较为明显，控制差异沉降显得尤为重要。

现以南区为例进行分析。

南区(含D、E 区和B、C、Q 区)分别按正常使用阶段高水位抗浮和低水位抗压中的最不利工况初步确定桩基数量: ①正常使用抗拔工况考虑结构恒载，地下水位按室外地坪下0.5m 考虑; ②正常使用抗压工况考虑结构恒载和活载的不利组合，地下低水位按枯水位下2m 考虑。

南区各地块主要桩基设计参数见表1。

桩基采用的持力层主要选择在粘土和粉砂层，抗拔桩径700mm，承压桩径700～1000mm。

桩长按区域分布大小不一，主楼桩为纯承压桩，而裙楼和纯地下室区域大部分为抗拔桩。

基础大底板采用变厚度方式，柱下设加厚承台，各单体之间设置沉降后浇带。

表1南区各地块主要桩基设计参数地块名子项桩径/mm 桩端持力层有效桩长/m 承载力特征值/kn 筏板厚/mmD、E 7# Φ900 ⑫1粘土 63 7000 2800D、E 8#、9# Φ1000 ⑬1粉细砂 80.2 12000 3500D、E 裙楼Φ700 ⑩1粉质粘土 33 2100（压）1450（拔） 1000（局部加厚）B、C、Q 6# Φ800 ⑪2粉质夹粉粘 54 5000 2100B、C、Q 裙楼Φ700 ⑩1粉质粘土 33 2100（压）1450（拔） 1000（局部加厚）3.桩筏基础优化设计3.1桩数的确定在设计实践中，往往需要先初估桩距，根据筏底面积得到初估的桩数，同时可推出桩都达到承载力特征值（忽略群桩效应）时桩间土需要承担的荷载，此时可反算出承台效应系数ηc，而该系数又受桩距的影响较大，如反算出的承台效应系数与根据桩距等条件选取的合理承台效应系数偏差过大，需再调节桩距或改变桩长、基础埋深等，使桩距与桩数控制在一个合理范围。