08.高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)在潛力匯總

1、高層建筑概念設(shè)計(jì)高層建筑概念設(shè)計(jì) 8高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的潛在內(nèi)力高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的潛在內(nèi)力 10延性結(jié)構(gòu)與延性構(gòu)件的設(shè)計(jì)概念延性結(jié)構(gòu)與延性構(gòu)件的設(shè)計(jì)概念 9豎向分體系的初步設(shè)計(jì)豎向分體系的初步設(shè)計(jì) 第第8章章 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 的內(nèi)在潛力的內(nèi)在潛力 8.1 概述概述-高層建筑基礎(chǔ)的合理選型高層建筑基礎(chǔ)的合理選型 8.2樁筏（箱）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的樁樁筏（箱）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的樁-土共同工作土共同工作 8.3 上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)-地下室地下室-地基基礎(chǔ)的相互作用地基基礎(chǔ)的相互作用 高層建筑基礎(chǔ)的合理選型與設(shè)計(jì)是整體結(jié)構(gòu)高層建筑基礎(chǔ)的合理選型與設(shè)計(jì)是整體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)中的一個極其重要和非常關(guān)鍵的部分。

2、設(shè)計(jì)中的一個極其重要和非常關(guān)鍵的部分。 它不但涉及整棟建筑的使用功能和安全可靠它不但涉及整棟建筑的使用功能和安全可靠, 還直接關(guān)系到投資額度、施工進(jìn)度和對周邊現(xiàn)有還直接關(guān)系到投資額度、施工進(jìn)度和對周邊現(xiàn)有 建筑物的影響。建筑物的影響。 基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對高層建筑的總造價(jià)有很基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對高層建筑的總造價(jià)有很 大的影響大的影響,基礎(chǔ)的工程造價(jià)在整個工程造價(jià)中所基礎(chǔ)的工程造價(jià)在整個工程造價(jià)中所 占的比例較高占的比例較高,尤其是在地質(zhì)狀況比較復(fù)雜的情尤其是在地質(zhì)狀況比較復(fù)雜的情 況下況下,更是如此。更是如此。 8.1 概述概述-高層建筑基礎(chǔ)的合理選型高層建筑基礎(chǔ)的合理選型 上部結(jié)構(gòu)豎向分體系

3、的荷載傳遞特征上部結(jié)構(gòu)豎向分體系的荷載傳遞特征 及地下室使用功能的要求及地下室使用功能的要求; 地基承載力和（或）樁承載力應(yīng)滿足地基承載力和（或）樁承載力應(yīng)滿足 基底附加壓力的要求基底附加壓力的要求; 地基土持力層及其下臥層的整體穩(wěn)定地基土持力層及其下臥層的整體穩(wěn)定 性（尤其是在地震作用下）性（尤其是在地震作用下）; 在進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)的方案選擇及其在進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)的方案選擇及其 初步設(shè)計(jì)時初步設(shè)計(jì)時,項(xiàng)目工程師一般都需要項(xiàng)目工程師一般都需要 考慮以下幾個方面的要求考慮以下幾個方面的要求: 基礎(chǔ)總沉降量和差異沉降量的控制基礎(chǔ)總沉降量和差異沉降量的控制; 地下水位及其防水要求地下水位及其防水要

4、求; 基礎(chǔ)施工中可能對周邊現(xiàn)有建筑物所基礎(chǔ)施工中可能對周邊現(xiàn)有建筑物所 帶來的不利影響帶來的不利影響; 基礎(chǔ)的工程造價(jià)、施工難度與工期等基礎(chǔ)的工程造價(jià)、施工難度與工期等 因素對綜合經(jīng)濟(jì)效益的影響因素對綜合經(jīng)濟(jì)效益的影響; 【工程實(shí)例一工程實(shí)例一】法蘭克福商業(yè)銀行總部大樓法蘭克福商業(yè)銀行總部大樓 工程簡況工程簡況 地上地上61層層;地下地下3層。層。 P247 荷載平面分布荷載平面分布 建筑平面為三角形建筑平面為三角形,三個三個角筒角筒處豎向荷載大處豎向荷載大; 中心區(qū)域荷載較小。中心區(qū)域荷載較小。 地質(zhì)條件地質(zhì)條件 場地下有場地下有3040m厚的粘土、其下是很厚厚的粘土、其下是很厚 的多孔巖層

5、（含有空隙的石灰?guī)r、粉砂等）。的多孔巖層（含有空隙的石灰?guī)r、粉砂等）。 【工程實(shí)例一工程實(shí)例一】法蘭克福商業(yè)銀行總部大樓法蘭克福商業(yè)銀行總部大樓 方案一方案一 平板式樁筏基礎(chǔ)平板式樁筏基礎(chǔ): 上部結(jié)構(gòu)荷載不均上部結(jié)構(gòu)荷載不均;板厚需要板厚需要6m; 方案二方案二 樁箱基礎(chǔ)樁箱基礎(chǔ):底板厚底板厚2.5m; “卸載卸載” 與補(bǔ)償效應(yīng)大與補(bǔ)償效應(yīng)大;但地下室使用不便但地下室使用不便; 方案三方案三 樁土共同作用的樁筏基礎(chǔ)樁土共同作用的樁筏基礎(chǔ): 角筒下群樁承臺角筒下群樁承臺+筏基筏基;樁端嵌固于基巖樁端嵌固于基巖; 基礎(chǔ)方案比較基礎(chǔ)方案比較 該工程最后選用方案三該工程最后選用方案三 箱型基礎(chǔ)特點(diǎn)箱型

6、基礎(chǔ)特點(diǎn) 箱形基礎(chǔ)整體性好、剛度大而且有利于箱形基礎(chǔ)整體性好、剛度大而且有利于 分散基底土壓力。另外分散基底土壓力。另外,箱形基礎(chǔ)所需箱形基礎(chǔ)所需 的施工工期要比樁基短的施工工期要比樁基短23個月個月; 高層建筑的地下室往往被用來作為地下高層建筑的地下室往往被用來作為地下 車庫和設(shè)備機(jī)房的使用空間車庫和設(shè)備機(jī)房的使用空間,基于使用基于使用 和傳力的原因和傳力的原因,設(shè)計(jì)人員越來設(shè)計(jì)人員越來越傾向越傾向于于 采用采用筏形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ),而而不愿意不愿意選擇縱橫內(nèi)隔選擇縱橫內(nèi)隔 墻較多的墻較多的箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ); 筏形基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)又可分為又可分為梁板式筏基梁板式筏基和和平板式筏基平板式筏基。 在這兩

7、種筏形基礎(chǔ)的方案選擇時在這兩種筏形基礎(chǔ)的方案選擇時,應(yīng)注意它們應(yīng)注意它們 各自的適用范圍及其自身優(yōu)勢各自的適用范圍及其自身優(yōu)勢: 梁板式筏基由于其自身平面內(nèi)的梁、板梁板式筏基由于其自身平面內(nèi)的梁、板 抗彎剛度相差懸殊抗彎剛度相差懸殊,所以所以基礎(chǔ)的主要抗基礎(chǔ)的主要抗 力構(gòu)件是反梁。力構(gòu)件是反梁。因此梁的截面高度與配因此梁的截面高度與配 筋都很大筋都很大,而板主要起擴(kuò)散地基反力和而板主要起擴(kuò)散地基反力和 基底防水隔板的作用?；追浪舭宓淖饔谩?優(yōu)勢優(yōu)勢:基礎(chǔ)的混凝土用量要比平板式基礎(chǔ)的混凝土用量要比平板式 筏基少筏基少,而基礎(chǔ)梁板之間的空間可得而基礎(chǔ)梁板之間的空間可得 以利用以利用; 弱勢弱勢

8、:所需的基礎(chǔ)截面高度比相應(yīng)的所需的基礎(chǔ)截面高度比相應(yīng)的 平板式筏基大平板式筏基大,梁的鋼筋用量多梁的鋼筋用量多; 梁板式筏形基礎(chǔ)特點(diǎn)梁板式筏形基礎(chǔ)特點(diǎn) 梁板式筏基一般適用于梁板式筏基一般適用于柱網(wǎng)布置柱網(wǎng)布置 比較規(guī)則、柱下荷載比較均勻比較規(guī)則、柱下荷載比較均勻的的 框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu),以及對防水需要做架空以及對防水需要做架空 地面或排水集坑布置比較多的工地面或排水集坑布置比較多的工 程程; 梁板式筏形基礎(chǔ)適用范圍梁板式筏形基礎(chǔ)適用范圍 平板式筏基的平板式筏基的厚度厚度主要取決于建筑物豎向結(jié)主要取決于建筑物豎向結(jié) 構(gòu)（柱、剪力墻或井筒）之間的距離、荷載分布構(gòu)（柱、剪力墻或井筒）之間的距離、荷載分

9、布 的情況的情況,以及筏板向建筑物周邊外挑的長度等因以及筏板向建筑物周邊外挑的長度等因 素素,并根據(jù)抗沖切和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算來確定。并根據(jù)抗沖切和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算來確定。 優(yōu)勢優(yōu)勢:基礎(chǔ)的截面高度小基礎(chǔ)的截面高度小,具有較大的整體剛具有較大的整體剛 度度,其內(nèi)力與彎曲變形的整體撓曲率都比較小其內(nèi)力與彎曲變形的整體撓曲率都比較小; 節(jié)省挖方和降水的工作量、施工進(jìn)度快節(jié)省挖方和降水的工作量、施工進(jìn)度快; 弱勢弱勢: 混凝土的用量比梁板式筏基大混凝土的用量比梁板式筏基大; 平板式筏形基礎(chǔ)特點(diǎn)平板式筏形基礎(chǔ)特點(diǎn) 當(dāng)柱網(wǎng)間距較大當(dāng)柱網(wǎng)間距較大,或個別柱傳遞的荷載較大或個別柱傳遞的荷載較大 時時,可在柱間設(shè)置可在

10、柱間設(shè)置加強(qiáng)板帶或加設(shè)抗沖切鋼加強(qiáng)板帶或加設(shè)抗沖切鋼 筋筋來來減小板厚減小板厚。 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),平板式筏基的初步設(shè)計(jì)厚度平板式筏基的初步設(shè)計(jì)厚度, 在無較大的周邊外挑長度的情況下在無較大的周邊外挑長度的情況下,對框?qū)?剪剪 和框筒結(jié)構(gòu)（巨型框架和角筒結(jié)構(gòu)除外）和框筒結(jié)構(gòu)（巨型框架和角筒結(jié)構(gòu)除外） 來講來講,可按地面以上的樓層數(shù)量來進(jìn)行估算可按地面以上的樓層數(shù)量來進(jìn)行估算: 板厚板厚h=建筑樓層數(shù)（建筑樓層數(shù)（n）（5070mm） 設(shè)計(jì)人員應(yīng)因地制宜設(shè)計(jì)人員應(yīng)因地制宜,進(jìn)行進(jìn)行多種可多種可 行方案行方案的分析比較的分析比較,才能選擇出相才能選擇出相 對對最適宜最適宜的基礎(chǔ)形式。的基

11、礎(chǔ)形式。 而安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理才是基礎(chǔ)而安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理才是基礎(chǔ) 選型的根本標(biāo)準(zhǔn)。選型的根本標(biāo)準(zhǔn)。 習(xí)慣上不論是習(xí)慣上不論是摩擦型樁摩擦型樁還是還是端承型樁端承型樁,一概一概 都都不考慮不考慮筏底樁間土分擔(dān)上部荷載筏底樁間土分擔(dān)上部荷載; 為了盡可能減少基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉為了盡可能減少基礎(chǔ)的總沉降量和差異沉 降量降量,往往都用規(guī)范規(guī)定的最小樁距限值來往往都用規(guī)范規(guī)定的最小樁距限值來 滿堂布樁滿堂布樁,認(rèn)為認(rèn)為樁距越小樁距越小,樁身越長樁身越長,設(shè)計(jì)就設(shè)計(jì)就 越合理越合理,越安全越安全; 目前基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的目前基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的誤區(qū)誤區(qū) 8.2 樁筏（箱）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的樁筏（箱）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的

12、 樁樁-土共同工作土共同工作 共同工作主要表現(xiàn)為共同工作主要表現(xiàn)為 上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)共同工作基礎(chǔ)共同工作 樁樁-樁共同工作樁共同工作 樁樁-土共同工作土共同工作 樁樁-筏（箱）共同工作筏（箱）共同工作 土土-筏共同工作筏共同工作 樁的荷載傳遞方式與組成樁的荷載傳遞方式與組成 根據(jù)近年來國內(nèi)外高層建筑樁筏基礎(chǔ)的根據(jù)近年來國內(nèi)外高層建筑樁筏基礎(chǔ)的現(xiàn)場現(xiàn)場 跟蹤測試跟蹤測試顯示顯示: 在在地基土的物理力學(xué)性能比較均勻地基土的物理力學(xué)性能比較均勻,上部上部 結(jié)構(gòu)為勻稱布置的框結(jié)構(gòu)為勻稱布置的框-架、框架、框-筒結(jié)構(gòu)（巨型框筒結(jié)構(gòu)（巨型框 架和角筒結(jié)構(gòu)除外）的架和角筒結(jié)構(gòu)除外）的情況下情況下,在施

13、工初期在施工初期,即即 施工基礎(chǔ)上面施工基礎(chǔ)上面15層樓房的時候?qū)訕欠康臅r候,由于上部結(jié)由于上部結(jié) 構(gòu)的整體剛度尚未形成構(gòu)的整體剛度尚未形成,此時的上部荷載此時的上部荷載主要主要 由由筏底樁間土來承擔(dān)筏底樁間土來承擔(dān),土反力增長也較快土反力增長也較快,而樁而樁 所承擔(dān)的上部荷載相對較小所承擔(dān)的上部荷載相對較小; 8.2.1 摩擦型樁筏基礎(chǔ)摩擦型樁筏基礎(chǔ) 隨著上部樓層施工的進(jìn)展隨著上部樓層施工的進(jìn)展,上部結(jié)構(gòu)的上部結(jié)構(gòu)的整體整體 剛度逐漸形成剛度逐漸形成,并越來越大并越來越大,此時所增加的上部此時所增加的上部 荷載也荷載也漸次從基底土轉(zhuǎn)為漸次從基底土轉(zhuǎn)為由樁來承擔(dān)由樁來承擔(dān),而基底土而基底土 的

14、反力則趨于穩(wěn)定或稍有波動的反力則趨于穩(wěn)定或稍有波動; 由于上部結(jié)構(gòu)剛度貢獻(xiàn)所形成由于上部結(jié)構(gòu)剛度貢獻(xiàn)所形成整體架越整體架越作作 用用,一般情況下都呈現(xiàn)出一般情況下都呈現(xiàn)出角樁角樁的樁頂反力增長最的樁頂反力增長最 快快,邊樁邊樁其次其次,而而內(nèi)樁內(nèi)樁的樁頂反力增長最慢的樁頂反力增長最慢,結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 封頂時封頂時,最大樁頂反力最大樁頂反力經(jīng)常出現(xiàn)在筏基的經(jīng)常出現(xiàn)在筏基的角部和角部和 邊部邊部; 基于結(jié)構(gòu)的基于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與抗傾覆穩(wěn)定與抗傾覆問題問題,角部與邊角部與邊 部部的布樁應(yīng)慎重的布樁應(yīng)慎重; 【工程實(shí)例二工程實(shí)例二】 陜西省郵政電信網(wǎng)管中心大樓陜西省郵政電信網(wǎng)管中心大樓 施工初期施工初期（從地下

15、室至地面以上第（從地下室至地面以上第4層）層）,上上 部荷載主要由筏底的樁間土來承擔(dān)部荷載主要由筏底的樁間土來承擔(dān); 隨著上部樓層施工數(shù)量的增加隨著上部樓層施工數(shù)量的增加,所增加的荷所增加的荷 載轉(zhuǎn)為由樁來承擔(dān)載轉(zhuǎn)為由樁來承擔(dān),而土所分擔(dān)的比例漸次而土所分擔(dān)的比例漸次 變小。此時的樁頂反力明顯增大變小。此時的樁頂反力明顯增大,其中角樁其中角樁 增加最快增加最快,邊樁次之邊樁次之,而內(nèi)樁的樁頂反力增加而內(nèi)樁的樁頂反力增加 較慢較慢; 實(shí)測結(jié)果實(shí)測結(jié)果 實(shí)測結(jié)果（續(xù)）實(shí)測結(jié)果（續(xù)） 結(jié)構(gòu)封頂時結(jié)構(gòu)封頂時: 實(shí)測的實(shí)測的角樁與內(nèi)樁的樁頂反力比角樁與內(nèi)樁的樁頂反力比為為1.73,與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu) 施工到第

16、施工到第8層時的測試結(jié)果接近層時的測試結(jié)果接近; 結(jié)構(gòu)封頂時結(jié)構(gòu)封頂時: 測得筏底測得筏底內(nèi)部內(nèi)部的的平均土反力平均土反力為為89.1kPa,邊緣部邊緣部 位位的的平均土反力平均土反力為為75.4kPa,而而角部角部的的平均土反平均土反 力力只有只有53.2kPa,與沉降分布特征吻合與沉降分布特征吻合,整個筏底整個筏底 樁間土約承擔(dān)了樁間土約承擔(dān)了14%的上部總荷載的上部總荷載; 整個筏底整個筏底樁間土樁間土約承擔(dān)了約承擔(dān)了14%的上部總荷載的上部總荷載; 樁和土的分擔(dān)比值在結(jié)構(gòu)封頂時的樁和土的分擔(dān)比值在結(jié)構(gòu)封頂時的累積數(shù)累積數(shù)不足不足100%,這說這說 明實(shí)測的樁和土的總反力小于上部結(jié)構(gòu)總重

17、。原因是地下水浮明實(shí)測的樁和土的總反力小于上部結(jié)構(gòu)總重。原因是地下水浮 力和地下室外墻與回填土之間的側(cè)摩擦阻力參與了共同抗力力和地下室外墻與回填土之間的側(cè)摩擦阻力參與了共同抗力; 根據(jù)根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002重新復(fù)算抗重新復(fù)算抗 沖切和抗剪沖切和抗剪,筏板真正所需厚度僅為筏板真正所需厚度僅為1250mm,比現(xiàn)有比現(xiàn)有筏板厚筏板厚 度度減少了一半減少了一半; 若將本工程的布樁根據(jù)樁筏基礎(chǔ)的實(shí)際受力特征進(jìn)行優(yōu)化若將本工程的布樁根據(jù)樁筏基礎(chǔ)的實(shí)際受力特征進(jìn)行優(yōu)化 調(diào)整調(diào)整,充分發(fā)揮充分發(fā)揮筏底樁間土的作用筏底樁間土的作用和和樁的極限承載能力樁的極限承載能力,則

18、還則還 可以可以節(jié)省節(jié)省更多的投資更多的投資; 工程結(jié)論工程結(jié)論 【工程實(shí)例三工程實(shí)例三】 法蘭克福展覽會大樓法蘭克福展覽會大樓 30層層,256m,樁樁-土共同工作的設(shè)計(jì)代表土共同工作的設(shè)計(jì)代表 運(yùn)用運(yùn)用補(bǔ)償平衡原理補(bǔ)償平衡原理,按筏底地基土承擔(dān)按筏底地基土承擔(dān)2/3的上部的上部 荷載荷載,而剩余的而剩余的1/3由樁基承擔(dān)理念的進(jìn)行設(shè)計(jì)由樁基承擔(dān)理念的進(jìn)行設(shè)計(jì),共共 用了用了64根長度不等的根長度不等的1300的鉆孔樁的鉆孔樁,其中角樁其中角樁28 根根,樁長樁長27.0m,邊樁邊樁20根根,樁長樁長31.0m,內(nèi)樁呈環(huán)形內(nèi)樁呈環(huán)形 布置了布置了16根根,樁長樁長35.0m,樁距樁距3.56

19、.0D,設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想 是以此來加大內(nèi)樁的支承反力是以此來加大內(nèi)樁的支承反力,以此來達(dá)到加大內(nèi)以此來達(dá)到加大內(nèi) 樁的支撐反力樁的支撐反力,同時減小角樁和邊樁的支承反力同時減小角樁和邊樁的支承反力, 從而達(dá)到從而達(dá)到減小筏板彎矩減小筏板彎矩的目的的目的; 工程結(jié)論工程結(jié)論 2021/2/1230 實(shí)測數(shù)據(jù)顯示實(shí)測數(shù)據(jù)顯示,筏基沉降呈盆形分布。在大樓建到筏基沉降呈盆形分布。在大樓建到 一半時一半時,中心區(qū)域的沉降為中心區(qū)域的沉降為40mm,差異沉降為差異沉降為 15mm,撓曲率為撓曲率為2.5510-4。當(dāng)時設(shè)計(jì)預(yù)估的沉。當(dāng)時設(shè)計(jì)預(yù)估的沉 降值為降值為150mm,為無樁筏板基礎(chǔ)的為無樁筏板基礎(chǔ)的

20、50%,即試圖用即試圖用 64根樁將沉降減少根樁將沉降減少50%。 該建筑物總荷載為該建筑物總荷載為1880MN,地下水浮力地下水浮力180MN,則則 有效的上部荷載為有效的上部荷載為1700MN。 按原設(shè)計(jì)擬用按原設(shè)計(jì)擬用64根樁承擔(dān)根樁承擔(dān)1/3總荷載總荷載,則平均每根則平均每根 樁承擔(dān)的上部荷載為樁承擔(dān)的上部荷載為1700/3/64=8.85MN=Pu/2.5 相應(yīng)地相應(yīng)地:Pu=2.58.85=22.125MN 2021/2/1231 實(shí)測結(jié)果表明實(shí)測結(jié)果表明:筏底土的分擔(dān)比為筏底土的分擔(dān)比為45%,比設(shè)計(jì)預(yù)估的結(jié)果小比設(shè)計(jì)預(yù)估的結(jié)果小; 按實(shí)測的樁分擔(dān)按實(shí)測的樁分擔(dān)55%的總荷載推算

21、的總荷載推算,平均每根樁所承擔(dān)的實(shí)平均每根樁所承擔(dān)的實(shí) 際荷載為際荷載為:17000.55/64=14.61MN=0.66Pu,比原設(shè)計(jì)要高比原設(shè)計(jì)要高, 已接近三分之二的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值已接近三分之二的極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值,充分發(fā)揮了樁的承載充分發(fā)揮了樁的承載 能力。能力。 我國常規(guī)的單樁極限承載力設(shè)計(jì)值是按我國常規(guī)的單樁極限承載力設(shè)計(jì)值是按Pu/1.8取值取值,設(shè)計(jì)中滿設(shè)計(jì)中滿 堂布樁的平均每根單樁所分擔(dān)的荷載往往按堂布樁的平均每根單樁所分擔(dān)的荷載往往按Pu/(2.53.5)來來 控制?？刂?。 此工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)揭示了一些樁此工程的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)揭示了一些樁-土共同作用的自然法則土共同作用的自然法則,

22、值值 得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同仁借鑒得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同仁借鑒 8.2.2 嵌巖型樁筏基礎(chǔ)嵌巖型樁筏基礎(chǔ) 誤區(qū)誤區(qū):認(rèn)為此為端承樁認(rèn)為此為端承樁,上部荷載上部荷載100%由樁承擔(dān)由樁承擔(dān) 根據(jù)試驗(yàn)和實(shí)際工程現(xiàn)場實(shí)測和資料顯示根據(jù)試驗(yàn)和實(shí)際工程現(xiàn)場實(shí)測和資料顯示:除了除了基基 底土為液化土、濕陷土、欠固結(jié)土、超軟土外底土為液化土、濕陷土、欠固結(jié)土、超軟土外,長徑比長徑比 較大的嵌巖型樁較大的嵌巖型樁一般為一般為L/D3540; 對泥漿護(hù)壁的鉆對泥漿護(hù)壁的鉆 （沖）孔樁由于樁端無法克服沉渣形成的軟墊（沖）孔樁由于樁端無法克服沉渣形成的軟墊,一般為一般為 L/D 25。其樁的受力理論分析都與摩擦端承樁相類似其樁的受力理

23、論分析都與摩擦端承樁相類似, 而而其在正常工作狀況下的荷載傳遞與破壞形式則其在正常工作狀況下的荷載傳遞與破壞形式則更多地更多地 表現(xiàn)為摩擦型樁的特性表現(xiàn)為摩擦型樁的特性; 土層分布土層分布從上至下為雜填土、粘土、淤泥從上至下為雜填土、粘土、淤泥 夾細(xì)粉砂、中細(xì)砂夾淤泥、淤積軟土（厚夾細(xì)粉砂、中細(xì)砂夾淤泥、淤積軟土（厚 約約40m）粘性土、粉質(zhì)粘土混碎石、風(fēng)化）粘性土、粉質(zhì)粘土混碎石、風(fēng)化 基巖（基巖（埋深約埋深約80m,qa=4800kPa）。）。 工程試樁采用慢維持荷載法試驗(yàn)工程試樁采用慢維持荷載法試驗(yàn),加載采用加載采用 液壓千斤頂及錨樁反力架位置液壓千斤頂及錨樁反力架位置,實(shí)測與理論實(shí)測與

24、理論 計(jì)算結(jié)果見下表計(jì)算結(jié)果見下表: 如溫州市的某一工程如溫州市的某一工程 溫州某工程試樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果溫州某工程試樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果 其中其中S1和和S2的的理論計(jì)算樁端反力理論計(jì)算樁端反力分別占極分別占極 限承載力的限承載力的32.7%和和35%,而而實(shí)測的端阻力實(shí)測的端阻力 卻整整小了一倍多卻整整小了一倍多,僅占了僅占了13.5%和和15%,而而 摩擦側(cè)阻力摩擦側(cè)阻力卻分別占了卻分別占了86.5%和和85%。 這說明這說明嵌巖樁嵌巖樁已充分地表現(xiàn)為摩擦型樁的已充分地表現(xiàn)為摩擦型樁的 性狀性狀; 另外另外:在同一場地在同一場地,同一樁端土性同一樁端土性,而而 不同長徑比不同長徑比灌注樁的對比

25、試驗(yàn)研究灌注樁的對比試驗(yàn)研究 也表明也表明:在同一樁徑在同一樁徑D=800 mm的的 條件下條件下,長徑比長徑比L/D=29的極限端阻的極限端阻 力僅是力僅是L/D=6的極限端阻力的的極限端阻力的1/2左左 右右; 嵌巖樁嵌巖樁不能一概而論不能一概而論地定性為地定性為端端 承樁承樁,關(guān)鍵取決于長徑比及其上覆關(guān)鍵取決于長徑比及其上覆 土層提供的樁側(cè)摩阻力承擔(dān)土層提供的樁側(cè)摩阻力承擔(dān),而傳而傳 到嵌巖部分的力已很小到嵌巖部分的力已很小,這時即呈這時即呈 現(xiàn)摩擦型樁的性狀?，F(xiàn)摩擦型樁的性狀。 工程結(jié)論工程結(jié)論 【工程實(shí)例四工程實(shí)例四】南京某大廈南京某大廈 由于由于裙房的存在裙房的存在,整體剛度加大整

26、體剛度加大,而且裙房而且裙房 基礎(chǔ)分擔(dān)了一部分上部結(jié)構(gòu)的荷載基礎(chǔ)分擔(dān)了一部分上部結(jié)構(gòu)的荷載,使整使整 個建筑物的沉降趨于均勻個建筑物的沉降趨于均勻; 筏板筏板邊緣處邊緣處的的平均土反力值平均土反力值最大最大,核心筒核心筒 下筏底的土反力值要比筏板邊緣的土反力下筏底的土反力值要比筏板邊緣的土反力 值值小小1015kPa,而而筏板角部筏板角部的土反力值的土反力值最最 小小; 南京某大廈工程結(jié)論南京某大廈工程結(jié)論 該工程按傳統(tǒng)的常規(guī)方法設(shè)計(jì)該工程按傳統(tǒng)的常規(guī)方法設(shè)計(jì) 是過于保守的是過于保守的; 四樁對角線交點(diǎn)處的土反力值要大于兩樁四樁對角線交點(diǎn)處的土反力值要大于兩樁 間中點(diǎn)處的土反力值。這說明間中點(diǎn)

27、處的土反力值。這說明土反力值的土反力值的 大小大小在一定程度上在一定程度上受樁間距大小受樁間距大小的的影響影響; 樁頂反力樁頂反力:結(jié)論同前結(jié)論同前; 南京某大廈工程結(jié)論（續(xù)）南京某大廈工程結(jié)論（續(xù)） 南京某大廈工程實(shí)測樁、土應(yīng)力南京某大廈工程實(shí)測樁、土應(yīng)力 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié) 從上述的工程實(shí)例不難看出從上述的工程實(shí)例不難看出:對于對于長徑比較大長徑比較大的的嵌巖嵌巖 樁樁,在其覆蓋土層為非液化土、濕陷土、欠固結(jié)或超軟在其覆蓋土層為非液化土、濕陷土、欠固結(jié)或超軟 土的情況下土的情況下,都同樣都同樣具有摩擦型樁的特性具有摩擦型樁的特性,筏底樁間土實(shí)筏底樁間土實(shí) 際上都際上都分擔(dān)著一定比例分擔(dān)著一定

28、比例的上部荷載。的上部荷載。 若在設(shè)計(jì)時能合理布樁若在設(shè)計(jì)時能合理布樁,并適當(dāng)?shù)夭⑦m當(dāng)?shù)卣{(diào)整和加大調(diào)整和加大樁距樁距, 就能就能充分發(fā)揮充分發(fā)揮筏底樁間土的分擔(dān)作用和樁的極限承載筏底樁間土的分擔(dān)作用和樁的極限承載 能力能力;這樣不但可以減少樁的數(shù)量這樣不但可以減少樁的數(shù)量,還可減少筏板厚度還可減少筏板厚度, 減少施工工作量、縮短工期、節(jié)省造價(jià)。減少施工工作量、縮短工期、節(jié)省造價(jià)。 在進(jìn)行樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是應(yīng)注意以下幾點(diǎn)在進(jìn)行樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 8.2.3 根據(jù)樁根據(jù)樁-土受力特征土受力特征 調(diào)整樁距與合理布樁調(diào)整樁距與合理布樁 減小樁間距減小樁間距不但不但會降低土的分擔(dān)比（某工程樁間距

29、會降低土的分擔(dān)比（某工程樁間距 為為3D,實(shí)測的樁間土分擔(dān)比不到實(shí)測的樁間土分擔(dān)比不到8%）、增加樁的用）、增加樁的用 量量,而且而且也不利于施工也不利于施工,對于長徑比很大的樁對于長徑比很大的樁,甚至甚至?xí)?削弱群樁的側(cè)阻力削弱群樁的側(cè)阻力; 在在筏底滿堂均勻布樁筏底滿堂均勻布樁的情況下都表現(xiàn)為的情況下都表現(xiàn)為樁樁 基的受力分布不均勻基的受力分布不均勻。高層建筑的樁筏基。高層建筑的樁筏基 礎(chǔ)礎(chǔ)不宜采用不宜采用滿堂均勻布樁滿堂均勻布樁,而應(yīng)而應(yīng)根據(jù)具體根據(jù)具體 工程樁基的實(shí)際受力分布情況進(jìn)行針對性工程樁基的實(shí)際受力分布情況進(jìn)行針對性 的樁距調(diào)整與合理布樁的樁距調(diào)整與合理布樁; 適當(dāng)增大樁距適

30、當(dāng)增大樁距,不但可以加大土的分擔(dān)不但可以加大土的分擔(dān) 比比,而且還能更好地發(fā)揮樁自身固有的極而且還能更好地發(fā)揮樁自身固有的極 限承載能力。限承載能力。群樁效率隨樁距的增大而提群樁效率隨樁距的增大而提 高高, 到到6D的樁距時的樁距時, 群樁效率與單樁接近群樁效率與單樁接近, 而且土的分擔(dān)比也明顯加大而且土的分擔(dān)比也明顯加大; 群樁基礎(chǔ)中樁距對荷載分擔(dān)比的影響群樁基礎(chǔ)中樁距對荷載分擔(dān)比的影響 群樁基礎(chǔ)中樁長對荷載分擔(dān)比的影響群樁基礎(chǔ)中樁長對荷載分擔(dān)比的影響 對于基底對于基底樁間土為飽和粘土樁間土為飽和粘土的樁筏基礎(chǔ)的樁筏基礎(chǔ),打樁時打樁時 易引起超孔隙水壓力易引起超孔隙水壓力: 而隨著上部結(jié)構(gòu)的

31、施工進(jìn)度及其與基礎(chǔ)的整而隨著上部結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度及其與基礎(chǔ)的整 體剛度的逐漸形成體剛度的逐漸形成,超孔隙水壓力才得以漸次消超孔隙水壓力才得以漸次消 散散,則樁間土隨之固結(jié)變形、濃縮。再加上樁端則樁間土隨之固結(jié)變形、濃縮。再加上樁端 持力層較硬持力層較硬,樁基變形小樁基變形小,會導(dǎo)致會導(dǎo)致筏底與土的接觸筏底與土的接觸 壓力漸次減小壓力漸次減小,最后形成筏底與樁間土最后形成筏底與樁間土脫空脫空,甚至甚至 會出現(xiàn)會出現(xiàn)負(fù)摩擦阻力負(fù)摩擦阻力。 在這種情況下在這種情況下,基底土是無法分擔(dān)上部荷載的基底土是無法分擔(dān)上部荷載的, 而而全部全部都由樁基來承擔(dān)都由樁基來承擔(dān); 特別注意特別注意 【工程實(shí)例五工程實(shí)

32、例五】上海某上海某24層住宅樓層住宅樓 現(xiàn)場測試箱基底板所受的平均反力現(xiàn)場測試箱基底板所受的平均反力 隨上部樓層施工進(jìn)展的變化情況見下圖隨上部樓層施工進(jìn)展的變化情況見下圖: 工程結(jié)論工程結(jié)論 該工程中該工程中基坑樁間土沒有起到任何分擔(dān)荷載的作用基坑樁間土沒有起到任何分擔(dān)荷載的作用 原因原因: 開始澆筑箱基底板混凝土?xí)r開始澆筑箱基底板混凝土?xí)r,基坑周圍采用了基坑周圍采用了 井點(diǎn)降水井點(diǎn)降水,這時不存在地下水對基礎(chǔ)的浮托作用。這時不存在地下水對基礎(chǔ)的浮托作用。 隨著基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的整體剛度逐漸形成隨著基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的整體剛度逐漸形成,打打 樁時引起的超孔隙水壓力漸次消散樁時引起的超孔隙水壓力漸次消

33、散,樁間土固結(jié)變樁間土固結(jié)變 形下沉形下沉,再加上樁尖持力層較硬再加上樁尖持力層較硬,樁基沉降量很小樁基沉降量很小,最最 后導(dǎo)致基底和樁間土的接觸脫空后導(dǎo)致基底和樁間土的接觸脫空, 而在地下室建成后而在地下室建成后,井點(diǎn)降水終止井點(diǎn)降水終止,地下水即回地下水即回 升至常水位升至常水位; 8.3 上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)-地下室地下室-地基基礎(chǔ)的相互作用地基基礎(chǔ)的相互作用 無論無論在豎向荷載還是水平荷載的作用下在豎向荷載還是水平荷載的作用下, 它們它們都會有機(jī)地都會有機(jī)地共同作用共同作用,相互協(xié)調(diào)變形。相互協(xié)調(diào)變形。 盡管在這方面的設(shè)計(jì)計(jì)算理論仍不夠完盡管在這方面的設(shè)計(jì)計(jì)算理論仍不夠完 善善,但如果再把

34、基礎(chǔ)從上部結(jié)構(gòu)和下部基但如果再把基礎(chǔ)從上部結(jié)構(gòu)和下部基 礎(chǔ)的客觀邊界條件中完全隔離出來進(jìn)行礎(chǔ)的客觀邊界條件中完全隔離出來進(jìn)行 計(jì)算計(jì)算,是根本無法達(dá)到真正設(shè)計(jì)要求的目是根本無法達(dá)到真正設(shè)計(jì)要求的目 的的; 不考慮上、下共同相互作用的階段不考慮上、下共同相互作用的階段; 僅考慮基礎(chǔ)和地基共同作用的階段僅考慮基礎(chǔ)和地基共同作用的階段; 到現(xiàn)今開始全面考慮上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)到現(xiàn)今開始全面考慮上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ) 相互作用的新階段相互作用的新階段; 高層建筑基礎(chǔ)的分析與設(shè)計(jì)經(jīng)歷了高層建筑基礎(chǔ)的分析與設(shè)計(jì)經(jīng)歷了 下述下述三個階段三個階段: 底板底板的的整體彎曲整體彎曲（比率）都很小（比率）都很小, 往往都

35、不到萬分之五往往都不到萬分之五; 筏（或底）板筏（或底）板鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力一般都在一般都在 2030N/mm2之間之間,只有鋼筋強(qiáng)度設(shè)只有鋼筋強(qiáng)度設(shè) 計(jì)值的計(jì)值的十分之一十分之一; 諸多工程的諸多工程的實(shí)測實(shí)測都顯示了都顯示了如下結(jié)論如下結(jié)論: 8.3.1 基礎(chǔ)底板的內(nèi)在潛力基礎(chǔ)底板的內(nèi)在潛力 基礎(chǔ)底板施工時基礎(chǔ)底板施工時,只有只有底板的自重底板的自重; 無上部結(jié)構(gòu)的邊界約束無上部結(jié)構(gòu)的邊界約束,而混凝土的硬化收而混凝土的硬化收 縮力大縮力大,在在底板底板的收縮應(yīng)變的過程中的收縮應(yīng)變的過程中,使混使混 凝土中的縱向鋼筋產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力凝土中的縱向鋼筋產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力; 基礎(chǔ)底面與地基土之間巨大的基礎(chǔ)底

36、面與地基土之間巨大的摩擦力摩擦力起著起著 一定程度的反彎曲作用。一定程度的反彎曲作用。 導(dǎo)致上述現(xiàn)象的因素比較多導(dǎo)致上述現(xiàn)象的因素比較多: 最主要的是上部結(jié)構(gòu)和地下室整體剛最主要的是上部結(jié)構(gòu)和地下室整體剛 度的貢獻(xiàn)度的貢獻(xiàn),并參與了基礎(chǔ)的共同抗力并參與了基礎(chǔ)的共同抗力,起起 到了到了拱拱的作用。從而的作用。從而減小了減小了底板的撓底板的撓 曲和內(nèi)力曲和內(nèi)力; 摩擦力是整棟建筑的客觀摩擦力是整棟建筑的客觀邊界條件邊界條件,不不 能視而不見能視而不見。特別是對于天然地基的箱特別是對于天然地基的箱 形和筏形基礎(chǔ)來講形和筏形基礎(chǔ)來講,地基土都比較堅(jiān)實(shí)地基土都比較堅(jiān)實(shí), 變形模量變形模量,基床系數(shù)都比較

37、大基床系數(shù)都比較大,則基礎(chǔ)底則基礎(chǔ)底 板的內(nèi)力和相應(yīng)的板的內(nèi)力和相應(yīng)的撓曲率撓曲率勢必會勢必會相應(yīng)減相應(yīng)減 少少; 工程設(shè)計(jì)建議工程設(shè)計(jì)建議 從諸多工程實(shí)例中可以看出從諸多工程實(shí)例中可以看出,高層建筑基礎(chǔ)高層建筑基礎(chǔ) 底板實(shí)際所承受的彎曲內(nèi)力底板實(shí)際所承受的彎曲內(nèi)力都都遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于常規(guī)計(jì)常規(guī)計(jì) 算值算值,有很大的內(nèi)在潛力有很大的內(nèi)在潛力。 所以結(jié)構(gòu)工程師在具體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中所以結(jié)構(gòu)工程師在具體工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中, 必須細(xì)心把握必須細(xì)心把握,否則基礎(chǔ)截面和配筋量都會否則基礎(chǔ)截面和配筋量都會 比實(shí)際所需大很多比實(shí)際所需大很多,會造成很大的浪費(fèi)會造成很大的浪費(fèi); 高層建筑基礎(chǔ)應(yīng)具有一定的高層建筑基礎(chǔ)

38、應(yīng)具有一定的埋置深度埋置深度,而影響基礎(chǔ)而影響基礎(chǔ) 埋置深度的主要因素是建筑物的高度、體系、對埋置深度的主要因素是建筑物的高度、體系、對 地下室的使用功能要求、地基土層的物理力學(xué)性地下室的使用功能要求、地基土層的物理力學(xué)性 質(zhì)、抗震設(shè)防烈度和臺風(fēng)等級等質(zhì)、抗震設(shè)防烈度和臺風(fēng)等級等; 8.3.2 地下室的潛在功能與作用地下室的潛在功能與作用 帶地下室的高層建筑在正常工作狀態(tài)下帶地下室的高層建筑在正常工作狀態(tài)下,其對地基其對地基 基礎(chǔ)及整體結(jié)構(gòu)的受力性能都會有很大的貢獻(xiàn)?；A(chǔ)及整體結(jié)構(gòu)的受力性能都會有很大的貢獻(xiàn)。 設(shè)計(jì)人員務(wù)必在設(shè)計(jì)中充分挖掘它的設(shè)計(jì)人員務(wù)必在設(shè)計(jì)中充分挖掘它的潛在功能潛在功能,利

39、利 用它的有利作用用它的有利作用; 地下室深基坑的開挖地下室深基坑的開挖,對天然地基或復(fù)合地基對天然地基或復(fù)合地基 的基礎(chǔ)能起到很大的的基礎(chǔ)能起到很大的卸載和補(bǔ)償卸載和補(bǔ)償作用作用,從而減從而減 少了地基的附加壓力少了地基的附加壓力; 地下室的潛在功能地下室的潛在功能 由于地下室具有一定的埋置深度由于地下室具有一定的埋置深度,周邊都有按周邊都有按 要求夯實(shí)的回填土要求夯實(shí)的回填土,所以地下室前、后鋼筋混所以地下室前、后鋼筋混 凝土外墻的被動土壓力和側(cè)墻的摩擦阻力都凝土外墻的被動土壓力和側(cè)墻的摩擦阻力都 限制了限制了基礎(chǔ)的擺動基礎(chǔ)的擺動,加強(qiáng)了基礎(chǔ)的加強(qiáng)了基礎(chǔ)的穩(wěn)定穩(wěn)定,并使并使 基礎(chǔ)底板的壓力分布基礎(chǔ)底板的壓力分布趨于平緩趨于平緩; 地下室的潛在功能地下室的潛在功能 對于高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對于高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)工程師必須結(jié)構(gòu)工程師必須 加強(qiáng)加強(qiáng)對對地下室周邊回填土地下室周邊回填土的質(zhì)量要求和控制的質(zhì)量要求和控制,以以 避免不認(rèn)真夯實(shí)回填土的情況產(chǎn)生。避免不認(rèn)真夯實(shí)回填土的情況產(chǎn)生。 內(nèi)摩擦角越大內(nèi)摩擦角越大,土