文档介绍：桩土共同作用的工程实用方法
——复合桩基设计方法
引言
桩土共同作用问题一直受到岩土界同行的重视,是基础工程设计中人们经常反复讨论、反复争论的一个热点。该课题的研究,大体上经历下面几个阶段。
一、在三四十年代,上海地区的桩基础设计实际上都考虑桩土的共同作用。若基础以上总荷载为上部结构荷载NK和基础的自重GK之和,桩基设计时,先扣除桩承台底面下土反力后,余下的荷载,全部由桩承受,即桩的数量n按下式确定:
()
式中,NK ——上部结构荷载标准值;
GK ——基础自重标准值;
A ——桩承台底面面积(或扣除桩面积后的底面净面积);
fK ——承台下地基土允许承载力,上海地区一般取80kPa;
Pa ——单桩允许承载力。
上式也可写成:
()
或: ()
式中,Pu ——单桩极限承载力;
fK ——承台下地基土极限承载力;
K ——总安全系数
()和()式是采用容许承载力的表达形式。而()式是采用极限承载力和总安全度的表达形式。在以后的章节中将详细说明()与()()式所表达意义的不同。但以上三个公式表达的安全度是完全一致的。这些在三四十年代建造的、考虑了桩和承台下土共同工作的桩基础的许多建筑经过六七十年后,至今依然完好。调查表明,有些房屋甚至还“长高”了,即房屋的沉降小于周围的地面沉降。例如,外滩的中国银行。也有些房屋发现基础下面土与承台底面脱开。当时的桩基设计资料中都没有沉降计算的内容。
二、五十年代以后,我国普遍采用的桩基设计是不考虑桩土共同作用的方法。即:
()
()
()
同时对重要建筑物的桩基础,逐渐增加了要进行基础沉降验算的要求。
70年代,在上海地区的某筒仓,桩筏基础,×,桩为45cm×45cm方桩,,,共604根,一个半月打桩完毕。地面隆起约50cm。该筒仓竣工后4年,发现承台下的土面与承台底脱开,空隙达到15cm。由此得出结论:(1)认为不能考虑桩土的共同作用。(2)认为土面与承台底脱开的原因是在软土地基上打桩速度过快,产生的地面隆起。这两个结论笔者都不能赞同。这在下文再进行讨论。但是,所有人都承认:与三、四十年代相比,桩基础设计的安全度是大大地提高了。
三、80年代初,上海华东电力设计院进行一系列关于桩与承台板共同作用的试验,提出桩土共同作用的非线性性质,明确地指出,可以将桩土共同作用分成两个阶段:当桩顶上全部荷载小于各单桩极限承载力之和时,全部荷载可近似认为全部由桩承受;当桩顶上全部荷载大于或等于单桩极限承载力之和时,多余的荷载由承台下的土体承担,此时,承台下的土才真正参与共同作用。
四、在八、九十年代,同济大学赵锡宏课题组对高层建筑与地基基础(包括非线性)共同作用进行长期的理论和大量的现场试验研究工作。
九十年代起,管自立、刘惠珊等人从改进桩基础设计出发提出了“疏桩基础”的概念。并进行了一系列的有意义的工程实践。
“建筑桩基技术规范”(JGJ94-94)中写入的复合桩基的计算方法,可惜受到弹性分析中“固定分担比”概念的影响,只做了若干个短期现场试验就做了结论。
五、八十年代起上海民用建筑设计院对桩基础长期沉降问题进行了大量的研究,在取得一系列成果的基础上又进行桩土共同作用的研究。至1988年,已形成复合桩基设计方法的初步框架,开始在实际工程中应用。结合实际工程又开展一系列复合桩基的实验研究和实际工程的长期监测。加深了对桩土共同工作机理的认识,完善了“复合桩基”设计理论的表述。十多年来,上海地区采用该设计概念进行设计的建筑早已超过300万平方米,节省大量投资,引起全国同行的重视。上海地区已在多层建筑中普谝应用,同时开始应用于小高层和高层建筑。国内其它地区,土质相对比上海软土好,多层房屋不需采用桩基,已将该方法用于高层建筑,取得满意的成效。
裴捷和宰金珉的博士论文分别对复合桩基在上海或国内其他地区的应用作了理论上的与工程实践上的总结和研究。
复合桩基的基本概念和设计方法
在经过仔细观察、揣摩、分析和了解桩基沉降发生和发展的实际过程的基础上,在找到了一种能比较如实、比较精确的桩基沉降计算的经验方法的基础上;特别是在试验和长期思考的基础上,抛弃桩土弹性变形协调概念,将桩土共同工作的实际过程简化为桩顶荷载未超过和超过桩的极限承载力两个阶段。这样,提出一种能充分反映桩土共同工作的客观过程,又能在工程中广泛应用的桩基础的实用设计方法
——复合桩基的设计方法。
桩基础设计中强度条件与变形条件是相互独立的、且必须同时满足的条件。这是结构设计中最基本的原则。但是,在基础工程的设计中常常不遵循这一原则。过去,因为桩