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1减沉复合疏桩基础的设计原则
减沉复合疏桩基础的设计应遵循两个原则,一是桩和桩间土在受荷变形过程中始终确保两者共同分担荷载,因此单桩承载力宜控制在较小范围,桩的横截面尺寸一般宜选择①200~①400(或200×200~300×300),桩应穿越上部软土层,桩端支承于相对较硬土层;二是桩Sa>5~6d,以确保桩间土的荷载分担比足够大,即承台效应系数ηr>。
减沉复合疏桩基础承台型式可采用两种,一种是筏式承台,多用于承载力小于荷载要求和建筑物对差异沉降控制较严或带有地下室的情况;另一种是条形承台,但承台面积系数(与首层面积相比)较大,多用于无地下室的多层住宅。在确定承台型式后按下式计算承台面积A:
按下式计算桩数n:
由式(-2)导得如下复合桩基承载力计算式
桩数除满足上述承载力要求外,尚应经沉降计算最终确定。
ζ为承台面积系数,ξ=~。
2减沉复合疏桩基础的沉降计算
对于复合疏桩基础而言,与常规桩基相比其沉降性状有两个特点。一是桩的沉降发生塑性刺入的可能性大,在受荷变形过程中桩、土分担荷载比随土体固结而使其在一定范围变动,随固结变形逐渐完成而趋于稳定。二是桩间土体的压缩固结受承台压力作用为主,受桩、土相互作用影响居次。由于承台底平面桩、土的沉降是相等的,桩基的沉降既可通过计算桩的沉降,也可通过计算桩间土沉降实现。桩的沉降包含桩端平面以下土的压缩和塑性刺入(忽略桩的弹性压缩),同时应考虑承台土反力对桩沉降的影响。桩间土的沉降包含承台底土的压缩和桩对土的影响。为了回避桩端塑性刺入这一难以计算的问题,我们采取计算桩间土沉降的方法。
基础平面中点最终沉降计算式为
(1)承台底地基土的压缩变形沉降。按Bouissinesq解计算土中的附加应力,按单向压缩分层总和法计算沉降,与常规浅基沉降计算模式相同,即式(-1)。
关于承台底附加压力p0,考虑到桩的刺入变形导致承台分担荷载量增大,故在式(-2)计算p0时乘以刺入变形影响系数,对于粘性土刀ηp=1.,粉土ηp=,砂土ηp=。
(2)关于桩土相互作用的增沉系数ψsp。桩侧阻力引起桩周土的沉降,按桩侧剪切位移传递法计算,桩侧离桩中心任一点γ的竖向位移为:
减沉桩桩端阻力比例较小,端阻力对承台底地基土位移的影响也较小,予以忽略。
式(—1)中,为桩侧阻力平均值,取=30kPa;r0为桩半径,取r0=;Gs为土的剪切模量Gs=E。/2(1+ν),ν为泊松比,取软土ν=;E0为土的变形模量,其理论关系式E0=(1-(2ν×ν)/(1-ν),Es为土的压缩模量;实际测试结果,对于淤泥,淤泥质土β=~,这里取E0=2Es=4MPa,则Gs=;软土桩侧土剪切位移最大半径γm=6d~12d,取一般值γm=9d。将以上数值代入式(-1)可得桩侧任一处r的竖向位移Wr将桩周碟形位移式(-1)进行积分,求得任一基桩桩周碟形位移体积,为:
将以上参数代入式(-2),求得位移体积Vsp。桩距Sa=5d,6d,7d,8d,9d,10d条件下桩对土的平均增沉量Sm为上述Vsp除以方形面积Sa×Sa,再将Ssp除以假想无桩影响的地基沉降量S0。并设S0=80mm,得到桩一土影响系数αi这里说明两点:一是桩周土受桩侧阻力作用产生的碟形位移受相邻桩影响将出现叠加效应而大,这里通过对单一基桩桩周位移体积除以小于碟形位移圆面积π(γm×γm-γm×γm)的方形面积Sax×Sax、Say×Say得到反映;二是为简化计算,基于承台底和桩侧土层性质相同,将桩一土相互作用增沉量除以无桩影响的地基土压缩变形量,求得桩一土影响系数αi,-l。
将x、y向的平均Sax、Say相应的桩一土影响系数αx、αy叠加,求得桩一土相互作用增沉系数:
(3)条形承台减沉复合疏桩基础沉降计算
对于无地下室多层住宅多数将承台设计为墙下条形承台板,条基之间净距较小,若按实际平面计算相邻影响十分繁锁。为此,将其简化为等效平板式承台,等效承台宽度Bc=B×√A/L;A为条基承台总面积;B、L分别为底层投影平面的宽度和长度。
按角点法分块计算基础中点沉降时,由附录D确定角点平均附加应力系数α时,
α/b=LC/Bc,Zi/b=2Zi/Bc