（目标管理）控制沉降为设计目标的减少沉降桩基础之研究

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1、（目标管理）控制沉降为设计目标的减少沉降桩基础之研究21 / 21附录壹控制沉降为设计目标的减少沉降桩基础之研究*98上海科技论坛活动之壹:桩基设计新思路 “以沉降量为控制指标的复合桩基设计学术研讨会” 大会特邀方案杨敏（同济大学地下建筑和工程系,上海 200092）提要减少沉降桩基础是现代桩土相互作用理论研究的重要成果之壹,是建立于桩土相互作用理论基础上以控制沉降变形为设计原则的壹种新型基础形式,本文简要介绍了减少沉降桩基础的发展和设计方法,提ft了设计建议,且指ft了有待进壹步研究的问题。关键词减少沉降桩桩土相互作用沉降壹.引言减少沉降桩基础是指按控制地基沉降的原则设计的桩基础,也即于设计

2、时由基础的沉降控制值来确定桩数和桩长。减少沉降桩基础目前于工程界也往往被称为沉降控制复合桩基、以沉降量为控制指标的复合桩基或疏桩基础, 于国外称为 Creeppilefoundation,有时也称为 Frictionpilefoundation, Piledraftfoundation,等等。减少沉降桩基础是现代桩土相互作用理论研究的重要成果之壹。众所周知,于实际工程中设计采用桩基础的原因不外乎有二个：或是因为地基承载力不够,需要采用桩将上部结构荷载传到深层土或支撑于坚硬持力层,或是因为地基土将会发生较大的沉降变形,需要采用桩来减少沉降。因此,合理和恰当的桩基础设计应根据采用桩基的目的不同而分

3、三种不同的情况处理：1) 所有荷载由桩承担;2) 桩和筏板基础分担上部结构荷载,桩既要承担荷载同时也起到减少沉降变形的作用;3) 桩用于减少或控制沉降,基础的承载力主要由基础板承担。然而,目前的桩基础设计理论均是建立于满足承载力的基础上的,也即于桩基础设计时均按上述第壹种情况处理,完全由上部结构荷载来确定桩数和桩长。显然,对于由于沉降过大而设计采用桩基础的情况来说,采用这种传统的桩基础设计方法是过于保守的,造成了过高的基础工程费用,且且于设计概念上也不甚明确。减少沉降桩基础就是以沉降控制为基础且于设计方* 国家教委跨世纪优秀人才基金、国家教委优秀青年教师基金和上海市科技启明星计划资助法上也有别

4、于上述常规桩基础的壹项新型技术和基础型式,可用于天然地基强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况下的地基基础设计,即于桩基础设计时按上述的第三种情况处理。二.减少沉降桩基础的研究及发展1977 年英国 Burland 教授等学者根据桩土相互作用理论的研究指ft, 对于天然地基的强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况,能够采用少量的桩用于减少基础沉降变形。1979 年 Hooper 教授根据有限元的模拟分析, 指ft为了建立竖向刚度较大的桩土混合地基而需要的桩数且不多,桩数的进壹步增加对减少最大沉降和差异沉降的作用非常小。七、八十年代英国建筑研究所（BRE)对桩筏基础进行了壹系列现场实测试验、

5、室内模型试验和理论研究,1986 年 R.W.Cooke总结了他对伦敦硬土地区高层建筑桩基础研究的几十年成果,认为按照目前强度控制的桩基常规设计方法设计的桩基础的实际的安全系数要远大于设计中所取的 2 或 3,且且指ft,“于桩基础纯粹用来减少基础沉降的地方, 均质土中模型桩的试验表明,于桩间距为 4 倍桩径时再加入更多的桩且不能显著地减少沉降。试验结果和简单的分析方法均表明,6 倍桩径或 8 倍桩径的桩间距几乎和小桩径时壹样有效”。进入八十年代后各国学者加强了对桩土相互作用课题的研究,且进行了大量的工程实践探索,取得了大量的研究成果。上述采用少量的桩以减少基础沉降的理论观点至今已被发展成减少

6、沉 降桩技术。八十年代初于瑞典进行了大量有关减少沉降桩基础的理论和现场试验的系统研究,且由 J&W 设计顾问所提ft了 CreepPile（屈服桩、或称蠕变形桩）的设计概念和方法,于瑞典得到了应用。其设计基本原则是：最大限度地充分发挥桩的承载能力,使桩的安全系数等于 1。提ft的设计方法为：brub*i(i=1m)式中,b 为建筑物总重量,b 为建筑物基底面积,m 为桩数,i 为第 i 桩的屈服荷载,按土长期抗剪强度计算的桩毁坏荷载计算（设计时取折减系数 0.8),ru 为于不产生大沉降的情况下允许施加的最大基底荷载值。1980 年澳大利亚著名学者 H.G.Poulos 教授根据筏-桩-土相互

7、作用的分析提ft了仅用于减少沉降桩基础的沉降计算公式：*g=RGPA*1+0.946(Pw-PA)(1-*2)/BE式中,*g 为基础沉降,*1 为单桩于单位荷载下的沉降,PA 是各桩的极限承载力之和,RG 是群桩沉降和承担相同总荷载的单桩沉降之比,Pw 是工作荷载。于上式中,当 PA*Pw 时,PA 换成 Pw,Pw 换成 PA,由于减少沉降桩基础所具有的巨大经济效益,减少沉降桩于我国比于国外得到了更大的重视,进行了更多的工程实践。早于 1979 年我国著名岩土工程前辈童翊湘先生基于群桩基础工作机理的分析,提ft了分不同情况按沉降设计桩基的初步想法,例如,“当容许建筑物产生较多下沉,仅由天然

8、地基不足而采用桩基时,可令土和桩配合承担外荷载,土的许可压力可用 2-3T/m2,余下的荷载由桩承受,每支桩可发挥其极限承载力 Pu,同时应验算整个桩基的整体强度；于估算桩基下沉量时,要考虑土和桩俩者配合传来的应力”。八十年代中后期上海民用建筑设计院黄绍铭等人于所提ft的以Geddes 应力解为基础的桩基沉降计算方法的基础上,提ft减少沉降量桩基的设计思想和方法,且开始进行了工程实践尝试。1991 年于“减少沉降量桩基的设计和初步实践”（第六届全国土力学及基础工程学术会议论文集） 壹文中将其研究进行了总结,认为减少沉降量桩基实质上是以变形控制为原则、考虑桩和承台配合作用、介于天然地基上浅基础和

9、桩基之间的壹种基础形式,基础的极限荷载 Pu 和基础沉降 Sg 分别可按下列公式计算：Pu=n(*Psu+Ppu)+RdF Sg=*zg,i*Hi/Es,i(i=1,m)式中,*为修正系数,于软土中可近似取 1.0；Psu、Ppu 分别为单桩桩侧极限阻力和桩端极限阻力；Rd、F 分别为承台底埋深处地基土极限承载力和承台底面积；m 为从桩端算起的压缩层深度范围内土体分层数；*zg,i 为第 层土的竖向应力平均值,由桩基中的群桩所承担的荷载于土中产生的应力和承台所承担的荷载于土中产生的应力所累加；*Hi 和 Es,i 为第层土的厚度及其相应的压缩模量。从八十年代初开始同济大学展开了桩土相互作用课题

10、的研究。1988 年杨敏等于“上海地区桩箱基础的沉降和整体倾斜分析”（工程勘察,1988 年第 4 期）壹文中讨论了于目前的桩基础设计中减少桩数节约工程造价的问题, 指ft“对于由沉降控制而确定用桩数量的桩箱基础来说,如果建筑物对沉降且不特别敏感,则于地基强度能够满足的情况下,减少用桩数量,基础的沉降虽有增加,也不会引起建筑物发生使用上的困难”,且于 1989 年开始于上海的多层和小高层建筑物的基础设计中应用减少沉降桩的概念进行了实 际工程的应用实践,为交流和推动减少沉降桩基础的发展,1996 年 9 月又于同济大学召开了我国首次“软土地基变形控制设计理论和工程实践学术讨论会”,较明确提ft了

11、于岩土工程中按变形控制设计桩基础和基坑支护结构的问题。1992 年南京建筑工程学院宰金珉教授提ft了复合桩基的设计方法,且将“复合桩基”定义为系按大桩距（5-6 桩径及其之上）布置的低承台摩擦群桩或端承作用较小的端承摩擦桩和承台底土体配合承载的桩基础。于总体安全度 K*2 和总沉降小于容许沉降的双重控制下,单桩近似取用极限承载力,对于给定的基底面积 A 和总荷载 Q,当地基承载力设计值为 f 的天然地基的承载力满足率*=fA/Q*0.5 时,桩数确定如下：（*）（*）式中,*为基底土承载力利用系数,壹般取小于 0.5;*为桩承载力利用系数,壹般取小于 0.8-0.9。此外,九十年代初浙江温州市

12、建筑设计院管自立工程师基于充分利用温州地区浅埋硬土层良好承载力的考虑,提ft了疏桩基础的设计思想,提ft对由传统桩基设计所确定的桩的数量和间距进行精减和疏布。相对于传统的桩基设计法,管自立定义疏桩率*为：*=（n 桩-n 疏)/n 桩管自立认为,于饱和软土地基中,地基土对桩的容量存于壹个“最佳桩容量”,对应于这个“最佳桩容量”时的建筑物沉降为最小,但就目前由于仍处于推广疏桩基础的阶段,他建议疏桩率以控制于 30%-45%为宜。但应该指ft,管自立提ft的疏桩和前面所述的减少沉降桩且不完全壹样,疏桩的设计目的主要是着眼于利用浅层硬土层的承载力,而后者是指完全按照沉降控制的原则确定桩数,从理论上来

13、说不存于能够预先确定的“疏桩率”。显然,减少沉降桩基础所具有的控制沉降性态是桩土相互作用体系内各桩及土相互作用的结果,因此按沉降控制设计桩基础的理论和方法必须充分考虑桩筏土系统内的相互作用问题,使桩数、桩长和基础板的设计和实际土的性态和分布及基础的沉降和稳定等要素直接联系起来。1997 年杨敏根据近似的桩土相互作用弹塑性分析从机理上讨论了桩数变化对基底下地基土中应力场的影响问题,如图 12,从中发现,桩数的多少直接影响基础板以下的地基土中的应力场,从而将导致不同桩数时有不同的沉降结果,这和我们传统的实体深基础模型中所采用的基本假定是完全不同的。图 1 基底下地基土中的附加应力等值线(N=50)

14、图 2 基底下地基土中的附加应力等值线(N=276)减少沉降桩这项新型基础形式和地基处理技术于我国的上海和温州等地区已得到较广泛的工程应用,至目前设计建造的多层建筑物已超过数百万平方米,1994 年上海市地方标准地基处理技术规范（DBJ4094）也已将减少沉降桩基础列入其中,取名为“沉降控制复合桩基”,且根据至今所取得的科研成果和工程应用情况,对使用减少沉降桩基础的范围等进行了必要的规定和建议如下：“第12.1.1 条沉降控制复合桩基是指桩和承台配合承担外荷载、按沉降要求确定用桩数量的低承台摩擦桩基,目前上海地区沉降控制复合桩基中的桩,宜采用桩身截面边长*250mm、长细比于 80 左右的预制

15、混凝土小桩。第 12.1.2 沉降控制复合桩基主要适用于较深厚软弱地基上、以沉降控制为主的八层以下多层建筑物。”减少沉降桩基础的优点主要有：1) 充分利用和发挥了桩对控制基础沉降的能力；2) 桩可按单桩极限承载力设计,使桩的承载能力得到充分的发挥；3) 减少了用桩数量,和常规桩设计方法相比,壹般可减少用桩数量 30之上,大大降低了基础的工程造价,且可减少环境影响；4) 和水泥土搅拌桩或粉喷桩等地基处理相比,由于减少沉降桩壹般采用钢筋混凝土桩,其质量控制能够得到较好的保证。1998 年 5 月于广州召开了国家标准建筑地基基础设计规范编制组第二次工作会议,会议建议将变形控制设计原则纳入新的国家标准

16、建筑地基基础设计规范（2000 版）,1998 年 10 月于上海召开了桩基础专题编制组会议,这意味着变形控制设计将于我国走向较全面的工程应用。三.减少沉降桩基础的设计综上所述,至目前为止学术界和工程界于桩土相互作用理论和按沉降控制设计桩基础方面已有许多研究和成果,而减少沉降桩基础就是建立于桩土相互作用理论基础上以控制沉降变形为设计原则的壹种新型基础形式和地基处理技术,其对桩的处理是按前述三种处理方法的第三种,即“桩用于减少或控制沉降,基础的承载力主要由基础板承担”。为使用上的方便,我们当下能够将于工程中使用的桩基础按设计原则界定为常规桩基础、复合桩基础和减少沉降桩基础：常规桩基础：按满足承载

17、力（强度）要求的原则设计的桩基础,也即于设计时由上部结谈判基础的荷载来确定桩数和桩长,且且认为上部结谈判基础的荷载完全由桩承担。复合桩基础：考虑桩和承台底地基土配合承担荷载的原则设计的桩基础, 设计时主要由上部结谈判基础的荷载确定桩长和桩数。减少沉降桩基础：按控制沉降的原则设计的桩基础,设计时主要由建筑物的沉降控制要求确定桩长和桩数。从前述的减少沉降桩基础的发展过程能够见到,减少沉降桩基础主要是针对于天然地基的强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况,因此其应用对象也是天然地基的强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况。于设计减少沉降桩基础时,关键和重要的工作是计算ft基础沉降和使用桩数之间的

18、关系曲线。目前于设计中采用的方法是近似和实用型的,可将基础沉降 S 分为俩部分,壹部分为桩群分担的荷载所引起的地基沉降S1,而另外壹部 分为承台分担的荷载所引起的地基沉降 S2,即：SS1S2对于减少沉降桩,单桩承担的荷载比常规设计中桩承担的荷载要大,其值可表示为：P1*Pu式中,Pu 为单桩极限承载力；*为单桩承载力发挥程度系数,理论上可取 1,实际设计时可取*0.751.0。减少沉降桩 S1 部分的沉降计算必须考虑桩土之间的相互作用,可近似采用根据 Mindlin 解答或 Geddes 解答建立的桩土相互作用理论方法进行求解,而承台分担的荷载所引起的地基沉降 S2 可按地基基础规范规定的天

19、然地基浅基础的方法来计算（即由承台底面附加压力所引起的沉降 S2 的计算方法不考虑桩的存于,而是直接使用壹般浅基础的沉降计算方法）。这样做,实质上是考虑了桩达到极限荷载状态时桩侧土的应力应变关系为理想弹塑性,假定于单桩承担的荷载达到 P1 时,各桩承担的荷载不能再增加,桩不再起进壹步承担荷载的作用,余下的荷载只能由基础底板（梁）承担。利用上述计算公式,能够计算ft使用不同的桩数时所对应的基础的沉降量,从而可得到如图 3 所示的桩数和沉降关系曲线,由图中曲线可见,于桩数较少时桩数的进壹步增加对减少基础沉降的作用非常显著,但于桩数较多时,进壹步增加桩数对减少沉降的作用就变得小了,于实际工程设计时应

20、从控制沉降的角度来综合选择壹个既经济又合理的桩数,即按沉降控制设计桩基础。减少沉降桩基础的地基强度验算可采用以下的方法：方法 1：上海市标准“地基处理技术规范（DBJ084094）”方法： 式中,*为沉降控制复合桩基承载力经验系数,可取 2.02.2；为单桩极限承载力。该法实际上认为沉降控制复合桩基承载力等于天然地基容许承载力加上各桩的单桩容许承载力之和。方法 2：如前所述,减少沉降桩基础的ft现及目前壹般也是多用于天然地基的强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况,因此设计时可只考虑桩起到减少沉降的作用,桩实际承担的壹部分荷载则视为安全储备。基底下天然地基土的承载力验算可按下式进行：式中,P

21、 为作用于基底的总荷载,F 为基础面积,f 为基底地基土的承载力设计值。然而,必须指ft的是,由于于减少沉降桩基础中已采用桩来控制地基土的沉降,因此于确定地基土的承载力时不需要再考虑为控制沉降而对承载力的折减,也就是说,此时的地基土承载力应完全由地基的极限稳定状态确定。方法 3 第二种方法考虑桩分担荷载的作用,减少沉降桩基础的地基强度可按下式计算：式中,P1 为单桩所承担的荷载,n 为桩数,A 为单桩的横截面积,为考虑置入桩体以后对原状土体强度的影响系数。笔者认为,上述第三种减少沉降桩基础的地基强度验算方法可能更能反映减少沉降桩基础的实际情况和机理,但其中的系数如仍有待于进壹步研究确定,第二种

22、方法可能过于保守,第壹种方法验算减少沉降桩复合地基的强度非常简便,实践表明于多层住宅的基础设计中是完全可行的。至于地基土的强度计算,可供选择的计算公式很多,而且不同的计算公式所得到的结果也会有所不同,壹般可采用太沙基公式和汉森公式。图 3 同济启明星桩基础沉降计算软件 SCPF 给ft的减少沉降桩基础的沉降桩数关系曲线必须指ft,减少沉降桩基础实际上是相对于我们目前广泛采用的完全之上部结构荷载确定桩数和桩长的常规桩基础设计方法而ft现的壹种桩基础处理方法,其实质是认为如仅对于沉降控制而言,少量的桩所组成的桩基础所起的作用和很多桩所组成的桩基础的作用几乎壹样有效。因此,于减少沉降桩基础的设计中,

23、有关常规桩基础的通用设计方法,如桩承台的设计、桩的结构设计等等均是同样能够采用的。另外,于此也应该指ft,减少沉降桩基础和目前工程界习惯的复合桩基础的概念和设计思想且不完全是壹回事,复合桩基础是指考虑桩和承台底地基土配合承担荷载的原则设计的桩基础,也就是指设计时考虑分担问题,其桩数和桩长仍然由上部结谈判基础的荷载确定,无非是分担比例不同设计的桩数也不同,因此严格说来复合桩基础仍是按强度控制设计的,而减少沉降桩基础则是指主要按控制沉降的原则设计的桩基础,且且单桩按极限承载力设计,设计时桩数和桩长由建筑物的沉降控制要求确定。四.工程应用90 年代中期以来,减少沉降桩基础于上海软土地区已得到较广泛的

24、应用,特别是近年来地基处理（如粉喷桩工程）技术由于施工质量不易控制造成工程质量问题较多的情况下,减少沉降桩基础由于造价和地基处理方法相当但质量控制有保障的显著优点使其工程应用更受重视,1997 年上海市建委为提高建筑住宅的工程质量,曾下文件要求于上海行政辖区内所有拟建建筑物的地基基础均必须进行沉降验算和沉降控制设计。目前于上海采用减少沉降桩基础的多层建筑物已超过百万平方米,节省的基础费用数以亿计,减少沉降桩基础已发展成为上海地区控制住宅建筑物基础沉降的主要基础型式之壹。下述的俩个减少沉降桩基础是笔者作为技术咨询做的俩个实际工程,其中壹个是多层厂房,壹个是小高层办公楼,它们原均已按现行地基基础设

25、计规范完成了桩基设计,后由笔者采用减少沉降桩技术重新进行了设计,减少了桩数,节省了基础投资。1.工程 1上海某厂主厂房为 5 层钢筋混凝土框架结构,局部 6 层。厂房的长度和宽度分别为 52.6425.10m2。根据地质勘探方案,主厂房地区存于较好的硬表土层,其承载力基本上能够满足厂房荷载的要求,能够作为浅基础的持力层。但于浅部硬土层的下面存于较厚的下卧软土,按照上海市地基基础设计规范中给ft的浅基础沉降计算方法对沉降进行验算,其沉降值达到 550mm 之上, 超过规范所容许的沉降范围,因此不能完全采用浅基础。为了将沉降减少到规范所容许的范围内,上海市某设计院决定采用桩基础,根据上海市地基基础

26、设计规范及实际地质条件,设计采用 300300mm 钢筋混凝土预制桩,桩长21 米,总桩数为 236 根。该套设计图于 1992 年 4 月 4 日完成,且由设计院发给建设单位。从浅基础到采用桩基础,尽管能将沉降减下来（见图 4）,但造价同时也增加较多。为了尽可能降低造价,设计人员和同济大学讨论研究,决定采用减少沉降桩理论对桩基础重新进行设计。仍然采用 30030021000 钢筋混凝土预制桩,但认为单桩承担的荷载比常规桩基础中承担的荷载大,对本工程的桩基础进行用桩数量和沉降之间关系曲线的计算结果如图 4 所示（该曲线完全是当时提给予建设单位的计算结果）,由该图可见,如果不采用桩基础,总沉降值

27、将达到 550mm 之上,远远大于规范允许的沉降值范围。由图中曲线仍可见,采用桩基础后,沉降减少明显,尤其于用桩数量较少的范围内采用桩对减少沉降的作用十分有效,而当用桩数量超过壹定值时沉降减少的幅度就变得很小,表明于用桩数量超过壹定值时再增加桩数实际上已对减小沉降没有多大的作用。沉降曲线开始变得平缓的初始点是壹个临界值,超过该临界值再增多桩数对于减少沉降的作用已不甚明显。图 4 上海某多层厂房沉降和用桩数量的设计计算曲线由图 4 能够见到,对于本工程这个临界值约为 70 余根桩,根据这个计算结果,于第壹次设计修改中将桩数从 236 根减到 72 根,强度验算也符合设计要求。该工程的修改设计将原

28、桩基础的用桩数从 236 根减到 72 根,具有很好的经济效应。为了验证这种新的设计理论和方法,更好地总结经验,同时也为了能够时刻监测实际大楼基础的受力和沉降发展过程,保障大楼的安全, 经建设单位同意,于设计中同时也拟定了从节省的基础造价中拿ft壹部分钱来进行基础现场测试研究。此外,应建设单位的要求,作为对大楼安全的参考,我们仍预估了大楼于建设施工时期和竣工后各个时期的沉降范围,见图5。但后来该工程的设计条件发生了变化,由于种种原因,建设单位取消了原定的进行现场测试的计划,于这种情况下,该工程的基础设计再次进行了修改, 将用桩数 72 根调整到 138 根。该大楼工程自 1992 年 11 月

29、开始打桩施工,至次年 10 月结构竣工。至竣工时基础的总（平均）沉降为 46mm,和预估的最小值接近。根据上海以往的桩基沉降特性来推算,本建筑物的最终沉降不会超过 120mm。由此可见,本工程的基础是绝对安全可靠的。1994 年初,经上海市有关单位的评选,该厂房工程获“白玉兰”奖。使用至今完好正常。图 5 上海某多层厂房沉降和时间的关系曲线2.工程 2上海嘉定区某业务楼主楼设计为地面八层（局部有九层、十层）、地下壹层的高层综合楼。该建筑物大楼的设计由上海市某设计院承担,其基础设计按照现行地基基础设计规范进行,设计的基础采用柱下独立承台桩基础, 桩采用直径为 650mm 的钻孔灌注桩,总桩数为

30、110 根,有效桩长 27.0m。根据建设单位的委托,同济大学对该工程桩基础的设计进行了修改设计,于控制沉降的基础上,减少壹定桩数,以减少基础的造价。设计院所提的沉降控制标准为基础沉降要求不大于 10cm,修改设计即按此要求进行。修改后的基础设计采用桩筏基础,桩仍然采用原定的直径 650mm、有效长度为 27.0 米的钻孔灌注桩。对该工程的桩基础进行用桩数量和沉降之间关系曲线的计算结果如图 6 所示（该曲线完全是当时提给予建设单位的计算结果）。图 6 上海某小高层用桩数量和沉降关系的设计计算结果由该图能够见ft,用桩数量基本上于达到 60 根（此时的计算沉降约为7.3cm）以后,随着用桩数量的

31、增加,基础沉降的减小不显著,也即桩用来减小沉降的作用效果不明显。根据整体安全性及布桩上的考虑,该工程最后设计采用 76 根桩,此时基础的总沉降为 61mm。该工程同时仍采用了考虑桩极限承载力的筏桩土相互作用分析方法进行计算分析,其结果表明：基础沉降比较均匀,沉降量大部分为 51.3mm 左右,最大值达到 54.7mm,差异沉降或局部倾斜于荷载变化较大的地方壹般也均小于 0.001。该工程于 1997 年底结构基本竣工,竣工实测的沉降小于 15mm,完全满足设计要求。该工程经建设单位的核算,修改后的桩基础比原设计节省（直接）费用约 60 万元人民币。五.设计建议1998 年 10 月 26 日2

32、8 日,国家标准“建筑地基基础设计规范”编制组于上海召开了桩基础专题会议,于该会上讨论了桩基础的沉降计算和按变形控制设计桩基础的问题,下列给ft的桩基础沉降计算和减少沉降桩基础设计建议是提给予该规范编制组的讨论初稿,它们是由同济大学杨敏和上海建筑设计研究院裴捷配合完成的,于此给ft以供工程设计人员参考。X.X.5 桩基础沉降计算X.X.5.1 桩基础的计算沉降量不应大于当地的沉降容许值。X.X.5.2 桩基础的沉降容许值,应根据当地经验,根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。桩基础的沉降容许值确定后,应对上部结构的布置、结构形式、构造要求及管线安装提ft相应措施和之匹配。当经验不

33、足时,桩基础的沉降容许值于高压缩性土上为250mm；于中、低压缩性土上为 150mm；当高低相差较大的主楼和群房连成壹体时为 100mm,且最大差异沉降不得大于 50mm。X.X.5.3 计算桩基础沉降时,地基内的应力分布,应采用各向同性均质的直线变形体理论按 Mindlin 公式计算。其最终沉降量宜按单向压缩分层总和法计算。X.X.5.4 附加应力计算时应考虑相邻基础的影响。X.X.5.5 计算桩基础沉降时,压缩层厚度应根据当地经验确定。当经验不足时,压缩层厚度可按自计算点所处桩位的桩端平面算至土层自重应力的 10处止的办法确定。X.X.6 减少沉降的摩擦桩基础X.X.6.1 减少沉降的摩擦

34、桩基（简称减少沉降桩基）是指以正常使用状态根据建筑物容许沉降量按控制地基沉降的原则设计的摩擦桩基础, 桩的长度和数量应按沉降控制的要求确定,同时应进行考虑桩基础承载力极限状态的强度验算。X.X.6.2 设计减少沉降桩基时应计算ft基础不同用桩数量和基础沉降之间的关系曲线,实际的用桩数量设计值应根据关系曲线按建筑物的沉降控制要求确定。X.X.6.3 减少沉降桩基的设计考虑桩土配合工作,桩和承台配合承担建筑物荷载。单桩承载力设计值 P1 可按下式确定：P1*Pu式中,*为单桩承载力发挥程度系数,可取 0.801.0,Pu 为单桩的极限承载力。桩和承台分担建筑物荷载的比例可按下述规定确定：1、当上部

35、结谈判基础总荷载小于或等于各单桩承载力设计值之和时,所有荷载由桩承担；2、当上部结谈判基础总荷载大于各单桩承载力设计值之和时, 多ft的部分荷载由承台分担。X.X.6.4 减少沉降桩基的沉降计算应考虑桩土相互作用的影响,且应结合当地经验采用可靠的方法。当经验不足时,可按下述规定计算减少沉降桩基的沉降：1、当上部结谈判基础总荷载小于或等于各单桩承载力设计值之和时,其沉降按常规桩基础的沉降计算方法计算。2、当上部结谈判基础总荷载大于各单桩承载力设计值之和时, 其沉降宜采用各向同性均质的直线变形体理论按叠加方法计算。X.X.6.5 减少沉降桩基础的承载力强度验算应按桩土配合工作的极限状态进行。当经验

36、不足时,可按下式验算减少沉降桩基础的承载力：FG*d(nPu+Afu)式中,F作用于桩基承台顶面的竖向荷载设计值； G桩基承台和承台上土自重设计值； Pu单桩极限承载力；*d综合承载力系数； A承台基础面积； fu基底土的极限承载力。X.X.6.6 当为下列情况时,不应采用减少沉降桩基础。1、现场的地质情况不能保证形成以侧摩阻力为主的桩；2、存于对桩极限承载力有明显影响的的液化土层；3、承台底的土体未完全固结；4、于沿海软土地区,建筑物层数不宜多于 13 层。X.X.6.7 减少沉降桩基础的桩距壹般应大于 4 倍桩径,桩的分布应和建筑物的竖向荷载相对应。X.X.6.8 桩的构件设计须保证于单桩

37、极限承载力作用下不产生桩身结构强度毁坏。X.X.6.9 桩基承台和地基梁构件设计应考虑于基础沉降未达稳定的很长时间内建筑物荷载作用于桩和土上的比例是变化的,构件设计应考虑这壹变化对各构件的不良影响。六.结束语于软土地区除高层建筑外绝大多数建筑物,如多层住宅和 10 层左右的小高层建筑物,均是由于沉降太大而设计采用桩基础或进行地基加固处理的, 对于这类量大面广的建筑物,如果采用减少沉降桩技术将可大幅度减少用桩数量,节省基础造价,具有显著的经济效益；而相对于地基加固处理方法如粉喷桩复合地基,减少沉降桩基础于工程造价上相差不大,但施工质量上较易有保证,从而使住宅基础工程的质量可大大提高,这壹个优点对

38、于于目前地基处理施工中施工质量普遍不高的情况下可能显得尤为宝贵,因此减少沉降桩基础有十分广泛的应用前景。然而,就目前来说对以变形控制设计桩基础这壹课题的研究应该说是初步的、局部的,有大量的理论和技术问题有待深入研究,例如目前壹般仍局限于对多层房屋基础的讨论,不仅国内而且国外的学者也仍只将研究局限于于地基强度保证的情况下的讨论,笔者认为这是不够的。笔者认为,以变形控制为基础的设计思想和以强度承载力为基础的设计思想是不壹样的,是壹种新的设计体系,以变形控制为基础的设计方法是近代岩土力学发展的必然, 是近代岩土力学的工程应用。就桩基础而言,笔者认为以变形控制为基础的设计不仅适用于多层或小高层,应该也

39、能够用于高层的桩基础设计,严格说来,目前的以强度为基础的桩常规（弹性）设计方法和充分利用桩极限承载力的减少沉降桩基础均是桩基设计的俩种极端做法,前者是针对于承载力极限状态问题且按承载力极限状态设计,而后者是针对于正常使用极限状态问题且按正常使用的要求设计,应该说对不同沉降要求的建筑物的基础能够采用不同变形状态下的桩基,此也即应为构筑未来以沉降控制为基础的桩基设计理论体系的基本要求。笔者认为就本课题方向仍须进壹步开展以下几方面的研究：1) 进壹步研究ft较为严密、合理和实用的桩基础非线性分析方法。桩基础的变形和受力工作机理严格说来均是非线性的,尤其对于按沉降控制设计的桩基础来说,设计时将允许部分

40、或全部桩达到壹定程度的非线性状态,因此开展桩基础的非线性研究无论于理论上仍是于实践上均有着重大的意义,桩基础的非线性分析研究成果将直接影响到沉降控制设计思想于高层建筑桩基础中的工程应用。2) 研究且制定桩基础的沉降控制标准以及对上部结构的影响。对于不同沉降要求的建筑物的基础应该能够采用不同变形状态下的桩基,此也即应为构筑未来以沉降控制为基础的桩基设计理论体系的基本要求；3) 对桩基础进行全过程的分析计算,这其中包括能够对自打桩开始到建筑物竣工所有的施工阶段进行计算分析,对建筑物竣工后的桩基础的工作性态作ft预测,建立起和时间有关（即固结和流变）的桩基础分析理论。研究且发展建立于较为正确的桩基础

41、分析理论基础上的优化设计方法；4) 研究且建立起能反映实际的桩基础的极限承载力理论,以计算桩基础的整体安全性和用桩数量的关系；5) 加强对桩筏基础的试验（包括实际桩基工程的现场试验和室内模型桩试验）研究工作。主要参考文献1. 侯学渊、杨敏主编。软土地基变形控制设计理论和工程实践,同济大学ft版社, 上海,19962. 童翊湘。上海桩基础的使用经验和设计方法。华东电力设计院,19793. 杨敏、丁万太。上海地区桩箱基础的沉降和整体倾斜分析。工程勘察,第 4 期,19884. 管自立。疏桩基础设计实例分析和探讨（壹）。建筑结构,第 10 期,19935. 葛文浩、杨敏。地下管道上住宅建筑物的基础设

42、计实例。建筑结构,第 10 期,19936. 黄绍铭、王迪民、裴捷、魏汝南、贾宗元、姚建民。减少沉降量桩基的设计和初步实践,中国土木工程学会第六届土力学及基础工程学术会议论文集,同济大学ft版社,上海,19917. 宰金珉。复合桩基设计的新方法,第三届全国地基处理学术讨论会,19948. 杨敏、王树娟、张俊峰。按沉降控制设计上海天山大厦桩筏基础,载于面向 21 世纪的同济岩土工程（同济大学建校 90 周年论文集）,同济大学地下建筑和工程系, 1997.59. 杨敏、艾智勇。沉降控制设计桩基础的理论、方法和计算,同济大学地下建筑和工程系,199710. 杨敏、王树娟、王伯钧、周融华。考虑极限承载

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