论文部分内容阅读
【摘要】通过广州岩溶地区的两个高层建筑桩筏基础设计介绍，阐述了在广州岩溶地区设计基础时，宜采用桩筏基础型式，采用桩、筏共同作用的优点，既安全可靠又明显提高了经济效益。
【关键词】岩溶地质;桩筏基础;有限元分析;共同作用
广州以北地区属于岩溶场地，岩溶地质复杂，岩面起伏大。场地和地基的工程处理一般需要根据具体场地岩溶发育状况和地基条件、上部结构的要求，选取合理的基础型式。现以广州市两个实际工程为例，对在岩溶地区的基础设计进行分析。
1、工程地质概述
新城小区、雅苑小区均是18层剪力墙结构。两工程所在岩溶场区的共同点：覆土层厚度较厚，平均20～29米，土洞不发育，溶洞发育。
新城工程场地基底地基承载力特征值为45KPa，强度和变形都不具备作为十八层建筑的天然基础持力层。
2、基础设计方案的对比
新城小区地基持力层为淤泥质土，如采用天然基础，地基承载力不能满足设计强度和变形要求。需要采用桩基或对软弱土层进行地基处理加固后采用筏板基础。在18层结构荷载较大、基底的承载能力过低、有软弱下卧层的情况下，如采用复合地基，为使复合地基的承载力特征值达到设计要求必须提高置换率。而且在满足承载力要求的前提下必须满足沉降量要求，可能工程造价会较高，故考虑采用桩基。
该工程采用夯扩桩，虽单桩承载力设计值已比预应力管桩高，但以Ra=1000kN估算十八层竖向荷载的桩数，只能满堂红布桩、联合桩承台。以单栋结构总重量加上基础自重估算，需272根桩/栋。以桩距3.5d布桩。
雅苑小区场地的地质特点是：饱和粘性土覆盖层厚度平均为29米，溶洞埋藏较深，溶蚀严重，溶洞顶板很薄。基础选型分析时，首先考虑可否采用天然基础型式。建筑物不设地下室，基础如置于硬塑粉质粘土，强度和变形必能满足18层的荷载要求。但该层平均埋深10米，在建筑不设地下室的情况下大开挖和回填会造成工程造价的浪费。如为浅 埋的天然基础，基底处的地基土变形能力显不足。在基底土层分布不均、溶洞发育的情况下控制基础的倾斜度和沉降差异是设计的重点。设想采用疏桩筏板基础型式，采用桩、筏共同作用的优点：充分利用和发挥桩对控制基础沉降的能力，即在设计时由基础的沉降控制值来确定桩数，并使筏板基底土也充分发挥承载能力，降低工程造价。
3、基础计算与分析
3.1 桩筏基础计算模型的选用
根据弹性厚板的原理和有限元分析方法，利用有限元软件建立桩筏基础的三维有限元模型，考虑横向剪切变形的影响。
3.2 桩筏计算模型对比
3.2.1“桩”模型的区别
雅苑工程以桩位建立节点，以四个节点建立四边形壳单元。桩距是5d，划分的四边形单元网格2500mm。节点下设置弹簧，以弹簧限制节点在垂直方向的位移，来模拟桩的压缩变形。该模型与桩的实际工作状态是相符。
新城工程桩位处荷载施加为集中荷载，不用一维杆单元来模拟桩，而是以桩位建立节点，节点上施加集中荷载1000kN，方向竖直向上。
3.2.2“土”模型的区别
新城工程筏板下是软土，不考虑土作用，板壳单元没有施加面约束，仅在板单元上施加覆土荷载。而雅苑工程考虑筏板底承载力较好、具有压缩性的可塑粘性土作用。在模型技术处理上与前者不同。筏板壳单元设置板弹簧（Area -Springs），来模拟土的压缩变形，以此达到考虑土对筏板的平均沉降、不均匀沉降的影響。
3.3 两工程桩筏基础计算结果对比分析
两个工程均是18层不设地下室的住宅，建筑平面很相似。其基础的筏板厚度一致，仅桩数、桩距不同。所采用程序建立的各具特点的模型进行有限元计算分析，模型的差异性造成结果的差别就极具比较性。两个工程的桩筏模型的弯矩计算结果对比和配筋对比如表1、2：
从上表可知道雅苑工程的筏板弯矩明显比新城工程小，说明模型的筏板约束变形条件不同，壳单元的应力、应变就不同。
无论桩数和筏板的含钢量，雅苑工程都比新城工程要节省，关键是发挥了基底土的作用，达到良好的经济效果。
结论：
对比两个同属岩溶地质、同是十八层结构的桩筏基础，其桩数、筏板的含钢量的差异，得出以下结论：
（1）当岩面上有一定覆盖厚度而且土性良好的土层时，桩端尽量置于该层上，避免为了使桩端置于岩面而必须穿越埋置较深的溶洞，带来对溶洞处理的复杂性。
（2）宜尽量在岩溶表层上部寻找合适的可满足强度和变形要求的持力层，如基底土强度满足要求，仅变形满足不了设计要求，可采取加摩擦桩减少沉降量的方法，桩主要起减沉作用，拉大桩距，尽量发挥桩间土的作用，减少用桩量何筏板含钢量，达到良好的经济效益。
【关键词】岩溶地质;桩筏基础;有限元分析;共同作用
广州以北地区属于岩溶场地，岩溶地质复杂，岩面起伏大。场地和地基的工程处理一般需要根据具体场地岩溶发育状况和地基条件、上部结构的要求，选取合理的基础型式。现以广州市两个实际工程为例，对在岩溶地区的基础设计进行分析。
1、工程地质概述
新城小区、雅苑小区均是18层剪力墙结构。两工程所在岩溶场区的共同点：覆土层厚度较厚，平均20～29米，土洞不发育，溶洞发育。
新城工程场地基底地基承载力特征值为45KPa，强度和变形都不具备作为十八层建筑的天然基础持力层。
2、基础设计方案的对比
新城小区地基持力层为淤泥质土，如采用天然基础，地基承载力不能满足设计强度和变形要求。需要采用桩基或对软弱土层进行地基处理加固后采用筏板基础。在18层结构荷载较大、基底的承载能力过低、有软弱下卧层的情况下，如采用复合地基，为使复合地基的承载力特征值达到设计要求必须提高置换率。而且在满足承载力要求的前提下必须满足沉降量要求，可能工程造价会较高，故考虑采用桩基。
该工程采用夯扩桩，虽单桩承载力设计值已比预应力管桩高，但以Ra=1000kN估算十八层竖向荷载的桩数，只能满堂红布桩、联合桩承台。以单栋结构总重量加上基础自重估算，需272根桩/栋。以桩距3.5d布桩。
雅苑小区场地的地质特点是：饱和粘性土覆盖层厚度平均为29米，溶洞埋藏较深，溶蚀严重，溶洞顶板很薄。基础选型分析时，首先考虑可否采用天然基础型式。建筑物不设地下室，基础如置于硬塑粉质粘土，强度和变形必能满足18层的荷载要求。但该层平均埋深10米，在建筑不设地下室的情况下大开挖和回填会造成工程造价的浪费。如为浅 埋的天然基础，基底处的地基土变形能力显不足。在基底土层分布不均、溶洞发育的情况下控制基础的倾斜度和沉降差异是设计的重点。设想采用疏桩筏板基础型式，采用桩、筏共同作用的优点：充分利用和发挥桩对控制基础沉降的能力，即在设计时由基础的沉降控制值来确定桩数，并使筏板基底土也充分发挥承载能力，降低工程造价。
3、基础计算与分析
3.1 桩筏基础计算模型的选用
根据弹性厚板的原理和有限元分析方法，利用有限元软件建立桩筏基础的三维有限元模型，考虑横向剪切变形的影响。
3.2 桩筏计算模型对比
3.2.1“桩”模型的区别
雅苑工程以桩位建立节点，以四个节点建立四边形壳单元。桩距是5d，划分的四边形单元网格2500mm。节点下设置弹簧，以弹簧限制节点在垂直方向的位移，来模拟桩的压缩变形。该模型与桩的实际工作状态是相符。
新城工程桩位处荷载施加为集中荷载，不用一维杆单元来模拟桩，而是以桩位建立节点，节点上施加集中荷载1000kN，方向竖直向上。
3.2.2“土”模型的区别
新城工程筏板下是软土，不考虑土作用，板壳单元没有施加面约束，仅在板单元上施加覆土荷载。而雅苑工程考虑筏板底承载力较好、具有压缩性的可塑粘性土作用。在模型技术处理上与前者不同。筏板壳单元设置板弹簧（Area -Springs），来模拟土的压缩变形，以此达到考虑土对筏板的平均沉降、不均匀沉降的影響。
3.3 两工程桩筏基础计算结果对比分析
两个工程均是18层不设地下室的住宅，建筑平面很相似。其基础的筏板厚度一致，仅桩数、桩距不同。所采用程序建立的各具特点的模型进行有限元计算分析，模型的差异性造成结果的差别就极具比较性。两个工程的桩筏模型的弯矩计算结果对比和配筋对比如表1、2：
从上表可知道雅苑工程的筏板弯矩明显比新城工程小，说明模型的筏板约束变形条件不同，壳单元的应力、应变就不同。
无论桩数和筏板的含钢量，雅苑工程都比新城工程要节省，关键是发挥了基底土的作用，达到良好的经济效果。
结论：
对比两个同属岩溶地质、同是十八层结构的桩筏基础，其桩数、筏板的含钢量的差异，得出以下结论：
（1）当岩面上有一定覆盖厚度而且土性良好的土层时，桩端尽量置于该层上，避免为了使桩端置于岩面而必须穿越埋置较深的溶洞，带来对溶洞处理的复杂性。
（2）宜尽量在岩溶表层上部寻找合适的可满足强度和变形要求的持力层，如基底土强度满足要求，仅变形满足不了设计要求，可采取加摩擦桩减少沉降量的方法，桩主要起减沉作用，拉大桩距，尽量发挥桩间土的作用，减少用桩量何筏板含钢量，达到良好的经济效益。