樁基沉降計(jì)算方法及存在的問題

一、目前樁基沉降計(jì)算方法及存在的問題­

        1、目前樁基的計(jì)算方法­

        對(duì)于群樁基礎(chǔ)（樁距小于和等于6倍樁徑），在正常使用狀態(tài)下的沉降計(jì)算方法，目前有兩大類。一類是按實(shí)體深基礎(chǔ)計(jì)算模型，采用彈性半空間表面荷載下Boussinesq應(yīng)力解計(jì)算附加應(yīng)力，用分層總和法計(jì)算沉降；另一類是以半無限彈性體內(nèi)部集中作用下的Mindlin解為基礎(chǔ)計(jì)算沉降。后者主要分為兩種：一是Poulos提出的相互作用因子法；第二種是Gedes對(duì)Mindlin公式積分而導(dǎo)出集中力作用于彈性半空間內(nèi)部的應(yīng)力解，按疊加原理，求得群樁樁端平面下各單樁附加應(yīng)力和，按分層總和法計(jì)算群樁沉降（如《上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DGJ08-11-1999，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002）。­

        上述方法存在如下一些些問題：­

        （1）實(shí)體深基礎(chǔ)法，其附加應(yīng)力按Boussinesq解計(jì)算與實(shí)際不符（計(jì)算應(yīng)力偏大），且實(shí)體深基礎(chǔ)模型不能反映樁的距徑比、長(zhǎng)徑比等的影響；­

        （2）相互作用因子法不能反映壓縮層范圍土的成層性；­

        （3）Geddes應(yīng)力疊加-分層總和法要求假定側(cè)阻力分布，并給出樁端荷載分擔(dān)比；­

        （4）­所有的計(jì)算方法都依賴經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，以上計(jì)算方法均是以彈性力學(xué)的基本原理為基礎(chǔ)，計(jì)算的可靠性與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)關(guān)系密切；

        （5）不能考慮上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)變形的影響。

        2、舊規(guī)范沉降計(jì)算方法存在的問題

        舊規(guī)范的沉降計(jì)算方法——等效作用分層總和法的一個(gè)科學(xué)、實(shí)用的計(jì)算方法，能反映群樁基礎(chǔ)的各因素對(duì)沉降的影響，如樁的距徑比、長(zhǎng)徑比、樁數(shù)等。其存在的問題是對(duì)于長(zhǎng)樁，特別是樁側(cè)土較好的長(zhǎng)樁基礎(chǔ)，計(jì)算沉降量與實(shí)測(cè)值誤差較大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算值大，而實(shí)測(cè)值小。造成這種現(xiàn)象的原因是上部結(jié)構(gòu)的荷載借助于側(cè)摩阻力傳至承臺(tái)投影面積以外，使樁端平面的計(jì)算附加應(yīng)力遠(yuǎn)小于實(shí)際受力。而舊規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)依據(jù)局限于上海地區(qū)的資料，當(dāng)時(shí)的超高層建筑很少，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)樁基礎(chǔ)很少，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)存在一定的局限性。

二、調(diào)整的內(nèi)容

        新規(guī)范維持了舊規(guī)范的基本計(jì)算方法，針對(duì)舊規(guī)范沉降計(jì)算中存在的問題進(jìn)行了調(diào)整。

        1、對(duì)于樁中心距不大于6倍樁徑的樁基，調(diào)整了沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

        2、樁的沉降計(jì)算考慮施工工藝的影響，原因是群樁基礎(chǔ)的變形是樁基影響范圍內(nèi)土的變形，而不同的施工工藝對(duì)土的影響不同。

        3、增加了單樁、單排樁、疏樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)沉降計(jì)算。

三、規(guī)范推薦的計(jì)算方法

        對(duì)于樁中心距不大于6倍樁徑的樁基礎(chǔ)計(jì)算，新規(guī)范維持了舊規(guī)范的基本計(jì)算方法，規(guī)范共涉及8條，即規(guī)范5.5.6至5.5.13條，具體詳見規(guī)范。

        對(duì)于規(guī)范推薦的計(jì)算方法，應(yīng)重點(diǎn)理解以下幾方面內(nèi)容。

        1、計(jì)算方法假設(shè)的理解

        地基基礎(chǔ)工程的計(jì)算方法基本都有假設(shè)條件，規(guī)范推薦的沉降計(jì)算方法主要假設(shè)如下：

        （1）將作用在承臺(tái)底的附加壓力，借助于群樁等效傳遞到樁端平面。此假設(shè)存在的問題是承臺(tái)底的附加壓力明顯大于樁端平面的附加壓力，樁越長(zhǎng)、樁側(cè)土的性質(zhì)越好，附加荷載傳至承臺(tái)投影面積外的比例越高，樁端的附加應(yīng)力較承臺(tái)底越低。

        （2）等效作用面積為承臺(tái)的投影面積。實(shí)際上，由于樁側(cè)摩阻力向群樁外包線外傳遞，樁端等效作用平面大于承臺(tái)投影面積，樁側(cè)土越好，誤差越大。

        （3）不考慮樁身壓縮。群樁在荷載作用一定產(chǎn)生壓縮，但其占總沉降的比例很小。

        （4）沒有考慮布樁因素如Sa/d、l/d、Lc/Bc對(duì)沉降的影響。

       對(duì)于以上假設(shè)存在的問題，規(guī)范推薦的計(jì)算方法從以下幾方面進(jìn)行完善：

        （1）用沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ來修正前3條假設(shè)產(chǎn)生的誤差。這需要全國(guó)各地、各種條件下的樁基沉降資料，不逐步完善、提高經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的相對(duì)準(zhǔn)確度。

        （2）用等效沉降系數(shù)ψe來修正假設(shè)4。

        2、基礎(chǔ)中點(diǎn)的沉降計(jì)算方法

        樁基礎(chǔ)中點(diǎn)的沉降計(jì)算，規(guī)范推薦采用公式的第一項(xiàng)系數(shù)4是不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度的情況下的結(jié)果，即基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降是角點(diǎn)沉降的4倍。實(shí)際上，由于受上部結(jié)構(gòu)剛度的影響，基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降量與角點(diǎn)的沉降量比均小于4。當(dāng)然，一些實(shí)測(cè)資料顯示基礎(chǔ)中心點(diǎn)的沉降量與角點(diǎn)的沉降量比大于4，一般發(fā)生在框架—核心筒結(jié)構(gòu)。造成的原因是，核心筒部分荷載水平遠(yuǎn)高于平均水平。

         3、樁基等效沉降系數(shù)ψe

         樁基等效沉降系數(shù)ψe是彈性半無限體中群樁基礎(chǔ)按Mindlin解計(jì)算沉降量ωM與按等代墩基Boussinesq解計(jì)算沉降量ωB之比，用以反映Mindlin解應(yīng)力分布對(duì)計(jì)算沉降的影響。

1）ωM和ωB

        （1）運(yùn)用彈性半無限體內(nèi)作用力的Mindlin位移解，基于樁、土位移協(xié)調(diào)條件，略去樁身彈性壓縮，給出勻質(zhì)土中不同距徑比、長(zhǎng)徑比、樁數(shù)、基礎(chǔ)長(zhǎng)寬比條件下剛性承臺(tái)群樁的沉降數(shù)值解：

 （2）運(yùn)用彈性半無限體表面均布荷載下的Boussinesq解，不計(jì)實(shí)體深基礎(chǔ)側(cè)阻力和應(yīng)力擴(kuò)散，求得實(shí)體深基礎(chǔ)的沉降：

（3）兩種沉降解之比：

        相同基礎(chǔ)平面尺寸條件下，對(duì)于不考慮群樁側(cè)面剪應(yīng)力和應(yīng)力不擴(kuò)散實(shí)體深基礎(chǔ)Boussinesq解沉降計(jì)算值ωB和按不同幾何參數(shù)剛性承臺(tái)群樁Mindlin位移解沉降計(jì)算值ωM二者之比為等效系數(shù)ψe。按實(shí)體深基礎(chǔ)Boussinesq解計(jì)算沉降ωB，乘以等效系數(shù)ψe，實(shí)質(zhì)上納入了按Mindlin位移解計(jì)算樁基礎(chǔ)沉降時(shí)，附加應(yīng)力及群樁幾何參數(shù)的影響，稱此為等效作用分層總和法。