桩筏基础沉降计算及变形特性分析.pdf

工程建设与设计 岛元磊石百瓦丽再品再面五 桩筏基础沉降计算及变形特性分析 S e t t l e m e n tC a l c u l a t i o na n dD e f o 】胁a t i o n C h a r a c t 耐s t i c A n a l y s i so f P i l e d R m F o u n 眦i o n 帅华国 ( 扬州大学工程设计研究院，江苏扬州2 2 5 0 0 9 ) S H U A JH l l a - g u o ( E n 西n e e 吨D e s 酒a n dR e a r c hI n s t i m t eo f Y a n g 吐o uU n i v 哪时，Y 趾g 出o u2 2 5 0 0 9 ，C h i n a ) 【摘要】地基基础设计是高层建筑设计中最重要环节，有效的基础沉降变形计算是确保基础设计合理、安全的重要手段，采用等 效作用分层总和法计算桩筏基础最终沉降量，分析比较建筑沉降理论计算值和实测值，研究桩筏基础变形特性。 【A b s t r a c t 】H i 曲珂s eb u i l m n gf o u n d a t i o nd e s i 弘i s 也em o s ti I n p o r t a n tp a r to ft h ew h o l ed e s i 弘E 丘t i v eb 嬲es e n l e m 衄td e f o r m a t i o n c a l c u l a t i o ni st l l ei n l p o r t a n tm e 锄st oe n s u r e 也a t 也eb 鹊ed e s i 弘i sr e 够o n a b l e 锄ds a f c U s eE q I l i V a l e n tr o l ed e l 锄i n a t i o ns I 】m m a t i o n - m e t h o dt o c a l c u l a t e 也e 血a l s e m e m e n t o f 也e p i l e d m f t f o u n d a t i o n A n a l y s i s a n d c o I n p a r e t h e t h e o r e t i c a l v a l u e s a n d m e a s u r c d v a l u e s o f t h e s e m e m e n t s t I l d y t h e d e f o m a t i o n c h 眦c t 舐s t i c s o f m e p i l e d m f t f o u n 血t i o n 【关键词】桩筏基础；沉降；变形特性 【K e y w o r d s 】p i l e d r a f I f o u n d a t i o n ；S e m e m e n t ；d e f o r r I l a t i o n c h a m c t e r i s t i c 【中图分类号】T U 4 7 1 + 1 5【文献标志码】A【文章编号】1 0 0 7 9 4 6 7 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 0 6 0 0 3 1 引言 桩筏基础是高层建筑常用基础形式，建筑所处地质条件 不同，桩筏基础沉降变形特性差异较大，有效的桩筏沉降计算 对于高层建筑基础设计具有重要的现实意义，而在实际工程 中，桩基的沉降实测值与理论计算值相距较大，对已建高层建 筑采用等效作用分层总和法进行桩筏基础沉降计算，并将理 论计算值和实测值进行对比分析，提出砂土地质中桩筏基础 沉降计算经验系数修正值。 【作者简介】帅华国( 1 9 7 0 。) ，男，江苏扬州人，工程师，从事建筑工 程研究，( 电子信箱) 2 4 0 5 9 0 5 4 5 q q c o m 。 6 0 2 沉降比较及数值分析 2 1 工程概况 工程地处江苏省宿迁市，建筑主体为3 4 层，地下2 层， 主体高度为9 9 m ，剪力墙结构，基础采用桩筏基础，桩端持力 层为密实粗砂层。 根据工程地质报告，场地土层描述如下：1 层杂填土： 一o 3 2 3 8 2 m ，场地内普遍分布，结构松散、成分不均，不可利 用；2 层粉质黏土：一3 8 2 6 3 2 m ，可塑状，场地内普遍分布，力 学强度较低，压缩性中高，工程地质条件一般；3 层粉质 黏土：一6 3 2 - 8 3 2 m ，硬塑，场地内普遍分布，力学强度较高， 压缩性中等，工程地质条件好；4 层中砂：一8 3 2 _ 1 3 3 2 ，中密， 场地内普遍分布，厚度大，力学强度高，压缩性中低，工程地质 万方数据 条件好；5 层粉砂：一1 3 3 2 - 2 8 8 2 m ，硬塑，场地内普遍分布， 力学强度高，压缩性中等，工程地质条件较好，适宜作为荷载 较轻桩基持力层；6 层中粗砂：一2 8 8 2 一未见底，密实，场地内 普遍分布，厚度大，力学强度高，压缩性中低，工程地质条件 好，适宜作为拟建建筑桩基持力层。土的物理性质指标见表1 ， 土的压缩性指标见表2 。 表1 地基土主要物理性质指标 层号名称 含水量土重度孔隙比液限塑限 篓曼鎏墨 w y ( k N m )P 阡鉴五 屯 2 粉质黏土 3 1 O1 8 70 8 8 53 8 22 2 61 5 60 5 6 3 粉质黏土 2 4 41 9 50 7 0 53 5 72 1 41 4 20 2 3 4 中砂 2 3 21 8 80 7 0 9 5粉砂2 7 61 9 1 O 7 9 84 4 _ 32 5 31 9 0O 1 2 6中粗砂1 9 01 9 10 6 2 1 表2 地基土主要压缩性指标 2 2 等效作用分层总和法计算最终沉降 根据现行建筑桩基技术规范( J G J 9 4 2 0 0 8 ) 第5 5 章 计算方法，采用等效作用分层总和法计算工程桩筏基础最终 沉降量，等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线 变形理论。桩筏基础平面布置见图1 ，等效作用分层总和法计 算模型见图2 。 图1 桩筏基础平面布置图 基础工程设计I 凸咖e r “D c s 协o ，I kG m 删I 曲线 圈2 等效作用分层总和法计算模型 1 ) 按实体深基础分层总和法计算的沉降量 采用角点法按下式计 s - J ；P 誓；弛半 ( 1 ) | s 却以s ( 2 ) 式中，5 为桩基最终沉降量，I m ；s 为采用布辛奈斯克 ( B o u s s i n e s q ) 解，按实体深基础分层总和法计算的沉降量， m m ；沙为桩基沉降计算经验系数；沙。为桩基等效沉降系数 炉c 0 + 蒜：糖 o ) ( 为矩形布桩时的短边布桩数，c o 、C ，c 2 根据群桩距径比、长 径比及基础长宽比确定) ；m 为角点法计算点对应的矩形荷载 分块数；P0 J 为第J 块矩形底面在荷载效应准永久组合下的附 加压力，好a ；n 为桩基沉降计算深度范围内所划分的土层数； E 为等效作用面以下第i 层土采用地基土在自重压力至自重 压力加附加压力作用时的压缩模量，M P a ；z 。：( H ) 为桩端平 面第，块荷载怍用面至第i 层土、第i 一1 层土底面的距离，m ； 五。，为五( H v 为桩端平面第J 块荷载计算点至第i 层土、第i l 层土底面深度范围内平均附加应力系数。 根据工程岩土勘察报告及上部结构计算分析，得到相应 沉降计算数据：等效作用面以下土的压缩模量豇8 0 ，a ；上部 结构荷载准永久组合P 嗡0 5 8 2 7 k N ；等代实体深基础底面处土 的自重应力： 砂- 2 0 8 k P a( 4 ) 桩底平面处对应于荷载效应准永久组合时的附加应力： p o = 竿一峭8 慨 ( 5 ) 采用应力比法计算桩筏基础沉降计算深度： 以O 2 以 ( 6 ) 6 1 1 ， 、 V U T 自晕i 。 。 n 小 万方数据 工程建设与设计 石盂赢- f 品再6 磊萄n r 瓦i ；了 以= q p 哪 2 ( 7 ) 经计算，桩筏基础沉降计算深度为2 0 m 时，满足式( 6 ) 、 式( 7 ) 要求。 将式( 4 ) 、式( 5 ) 代入式( 1 ) 计算得桩筏沉降量： s I = 1 2 8 7 m m( 8 ) 2 ) 确定桩基沉降计算经验系数 桩基基本参数代入式( 3 ) 计算得： 桩基等效沉降系数沙。= 0 4 ( 9 ) 根据建筑桩基技术规范( J G J9 4 2 0 0 8 ) 第5 5 1 1 条， 庐8 0 M P a 5 0 M P a ，取沙= o 4 。 将式( 8 ) 、式( 9 ) 代入式( 2 ) 得：工程最终沉降量s 却沙， s f _ 0 4 0 4 12 8 7 = 2 0 6 m m 2 3 建筑实测沉降量分析 工程从基础筏板完成开始沉降测量，设置为工程观测零 点，测量后第2 3 5 d 主体完成，测量后第4 1 5 d 工程竣工，对建 筑取1o 个点进行施工全过程沉降观测，每施工完成一层楼面 进行一次沉降观测，从观测结果分析，各点沉降比较均匀，取 其中4 个点观测数据作为研究对象，建筑物沉降随时间关系 曲线见图3 。 由图3 可以看出：( 1 ) 砂土地质中的桩筏基础，在建筑施 工过程中，桩筏沉降变形随工程进度开展而增加，沉降量一时 间变量关系接近正比关系，其实质是桩筏沉降随附加应力的 增加而增加，随着附加应力的稳定，桩筏基础沉降变形趋于稳 定，根据建筑变形测量规范( J G J8 2 0 0 7 ) ，当建筑物沉降观 测最后1 0 0 d 的沉降速率介于O 0 l 0 0 4 m m d 时，就可以认为 建筑沉降变形已经进入稳定阶段。由此可以判断，砂土地质中 的桩筏基础，在工程竣工时，桩筏基础已完成最终沉降量的 9 0 ，其沉降已经基本完成。( 2 ) 建筑实测沉降量较理论计算 6 2 值小，当地基土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的 压缩模量砂8 0 M P a 时，桩基沉降计算经验系数宜取0 3 当地 基土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量面 介于5 0 8 0 M P a 之间时，桩基沉降计算经验系数沙在0 4 O 2 5 采用插值法取值。 3 结论 1 ) 桩筏沉降理论计算值和实测值对比分析表明，采用等 效作用分层总和法计算桩筏基础最终沉降量是可行的，其计 算精度主要决定于计算深度范围内土的压缩模量和建筑最终 沉降计算经验系数，其中建筑最终沉降计算经验系数取决于 具体场地条件工程经验的积累和研究。 2 ) 砂土地质中的桩筏基础，施工过程中沉降量一时间变 量关系接近正比关系，在工程竣工时，变形趋近稳定值，桩筏 基础沉降基本完成。 3 ) 对于砂土地质条件，当桩端土在自重压力至自重压力 加附加压力作用时的压缩模量介于5 0 8 0 M P a 之间时，桩基 沉降计算经验系数宜在0 4 至0 2 5 间采用插值法取值。( 眵 【参考文献】 【1 】宋一祥，等剧性桩复合地基一筏板基础体衲力、i f d 洚计算力法 J 岩土工程学报，2 0 0 3 ，2 5 ( 3 ) ：2 6 8 2 7 2 【2 】朱炳寅，娄字，杨琦建筑地基基础设计方法及实例分析 M 】北京： 中国建筑工业出版社，2 叭0 【收稿日期】2 0 1 3 0 4 2 0 万方数据