桩基工程差异沉降分析方法讲座

' 对于此类建筑规范要求采用共同作用分析方法进行设计和验算变形。变形与差异变形问题更加突出，成了高层建筑或高低层建筑地基基础设计的关键。 规范提供的沉降分析方法不能满足设计要求；需要以控制沉降进行桩基设计时，规范只是原则规定应按地区经验根据共同作用方法确定桩土荷载分配；迫切需要寻求一种符合北京地区工程地质条件和用桩特点，既能反映上部结构、承台、土、桩共同作用以及桩土荷载传递与变形特性，又经过工程实测验证的桩基沉降分析方法，满足高层或高低层建筑设计需要。 QQQBBB7112758((02QQBQB标QQ标QQBB389杆B1B1杆B12008Q长34长851QBB4QB6QB410米15米21))0083M1QBQBM3QQD112B5B6D3QD6M60B00611QBQ0471B136900832200220022002200220080080038003800380038003800380038003800760076007600760030400QB4 基底下厚度粘质粉土0.60mEs=8.0MPa粉质粘土、粘质粉土1.10mEs=4.5MPa粉土、砂质粉土1.00mEs=12.5MPa砂质粉土、粘质粉土2.70mEs=16.3MPa粘质粉土1.20mEs=12.5MPa粉质粘土2.20mEs=7.5MPa粘质粉土1.20mEs=13.0MPa园砾>3.70m 常规距径比时，分担比为24%~25%，距径比加大到4.35，资料分担比为35%~38%。证明在碎石类土作为桩端持力层的中长桩，也能利用承台底土的承载作用。 ▐单桩与群桩不同，由于群桩的“增强效应”，使群桩端阻比单桩大。▐端阻比与距径比有关，距径比越小，群桩的“增强效应”越明显，端阻比越大。证明支承在碎石类土上的中长桩为端承摩擦桩 M1D6 桩身压缩与桩顶荷载关系曲线 桩端面土承台底土=桩顶≈桩端由于桩端平面处的桩间土无竖向位移，桩端下沉随荷载增加而加大，故桩与土间的沉降差越来越大，必产生刺入变形。对于刚性桩说来，刺入变形是承台底土分担荷载的条件。 v与天然地基相似，呈“马鞍”形分布，外缘大中间小。v随荷载加大，反力向内部转移。v桩的存在影响局部，桩距小分布曲线不如桩距大的光滑。M3M6 1.证明碎石类土上群桩承台底土分担荷载也不可忽视，可充分发挥桩间土的承载作用，沉降分析应考虑承台底土反力的影响。2.桩端处存在刺入变形，在分析方法中应考虑桩端刺入变形。3.群桩侧阻力沿桩身分布与单桩不同，呈正梯形分布趋势，证明采用Geddes积分公式是可行的。4.承台底反力基本上呈“马鞍”形分布，只是在桩周附近出现局部异常，可按天然地基的方法计算反力，再作局部修正。5.为碎石类土上群桩的承载力设计提供了群桩效应系数参考值。6.获得群桩对周围土的影响范围约为1.2Bc，造成的竖向位移不大。7.桩间土压缩比例比软土地区大，是支承在粗颗粒土的端承摩擦群桩的变形特点。 考虑因素：荷载不均桩间与桩端土层分布桩、土及承台共同工作承台底土荷载分担作用刺入变形基础刚度变化桩基与天然地基传力不同桩距与桩长变化施工因素采用基础（承台）—桩—土共同作用方法；两种节点类型（土节点、桩节点），适应桩基与天然地基共同分析的需要；基础采用梁板有限元法建立基础刚度矩阵；地基采用以弹性理论为基础的分层总和法：♣采用Geddes积分式和Bussinesq积分式计算地基应力；♣考虑节点之间相互影响以及桩与承台土荷载分担作用；一个桩节点代表一个群桩，桩土体系采用考虑桩端刺入变形的Per—模型，并求解分担比和桩阻力分配系数；刺入变形参数按统计公式计算确定；拟合施工过程分阶段计算，并采用非耦合逐次逼近法求解节点位移和其他的阶段结果，最后各阶段累加。 Ⅰ……ⅡFiFj基础（承台）1Np+1天然地基部分外荷部分....2..1....桩节点i土节点j....桩基部分....RiRj....Ⅲ..2....Nw..NpNp+Ns桩土体系或天然地基 PjPi单桩台i荷载：PP=P/NZtij=Pc+PtPc承台底：Pc=Per•PiPus桩顶：Pt=Pus+PbPusPu=（1-Per）•Pi桩侧：Pus=Pu+Ps桩端：Pb=·PtPsPbPb1….i…NZjPus=Pu+Ps12Pu=β·PtKp•SaPs=(1--β)·Pt Pb刺入变形公式Pb=Pbcr+kSob11CeαPtbSOkPbcr/Pb(PbPbcr)Ce1(PP)bbcrPbcr（临界端阻力）Ce—临界端阻力与端阻力比例系数So当Pb>Pbcr时才产生刺入变形，K、b是刺入变形参数。PbcrK、b是通过20根有桩端阻力测试的单桩静载荷试验资料分析获得的经验式确定。PbcrK、b与桩端和桩侧土压缩模量比（Eb/Es）、桩端虚土厚度与直径比（t/d）、桩长径比（L/d）、桩周填土厚度与桩长比（tt/L）有关。 输入数据假设反力终止形成基础刚度矩阵[K]输出求极限端阻力节点类型将各阶段计算结果累加以上阶段反力作为计算反力有否下阶段？形成位移系数矩阵重新假设反力解方程得节点位移输出本阶段计算结果求基础内力和反力反力比较 计算实测注:1.沉降栏中白色数字为计算值,黄色或红色数字为终止实测值.2.终止沉降观测时已满足稳定条件（1mm/100d)，个别工程尚未稳定即终止观测，其实测沉降为红色数字。 各工程桩基部分用不同方法计算沉降的结果比较表实测平计算平均沉降(cm)计算与实测沉降比工程名称与部位均沉降(cm)桩规上规高规本文方法桩规上规高规本文方法发展大厦写字楼4.5510.1317.471.624.772.23.80.41.0昆仑饭店高层6.689.8516.171.626.921.52.40.21.0北京保信高层3.058.3512.832.103.282.74.20.71.1盛福大厦高层2.8912.1220.003.183.034.26.91.11.0燕山大酒店西高层2.055.368.401.292.362.64.10.61.2注：l”上规“——上海市标准“地基基础设计规范（DBJ08-89）l”高规“——国家行业规范《高层建筑岩土工程勘察规范》（JGJ72-90）l”桩规“——国家行业规范《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94））c■“上规”>“桩规”>本文方法>“高规”m■“桩规”和“上规”>实测值(比为1.5~4.2和2.4~6.9)计■“高规”<实测（比为0.2~1.1)算平均■本法略大于实测（比为1.0~1.2）沉降（ 一、发展大厦20005500342030001340050420002计算沉降等沉线实测沉降等沉线 4060460000882060600064240040406040计算沉降等沉线实测沉降等沉线 2023001222205555340.0004035.0030.00403525.00035220.0025.0040.00042350.0030330.0053025.00025205.00222计算沉降等沉线00125.00实测沉降等沉线（未稳）151.05010.0010 5515102520101520352525353543302055353034031200551255253522555320202025155115551251101515051055计算沉降等沉线15实测沉降等沉线 5115.0002525.00220.0010.000225.0020.001515.0052025.0015.0015.001015.00215.0020.00201550120.0052210.002020.00计算沉降等沉线实测沉降等沉线高层—桩基（预制桩）实测沉降：1.36~2.60cm计算沉降:2.14~2.70cm裙房—天然地基实测沉降：1.15~2.19cm计算沉降:1.39~2.75cm 部分16号公寓计算沉降等沉线实测沉降等沉线60.0055.0050.0045.00454.5004455.004455.00404.00033553.5.0044003005.0015号公寓 202322220224122224800222232402222220计算沉降等沉线实测沉降等沉线层数:16层桩基类型：钻孔灌注桩（d=400mm,L=10m，条形承台，中粗砂)沉降:计算值1.58~2.46cm;实测值2.14~3.19cm 0.25.022..00022..0002.535.53.50.32.112.50.53.00.0350..512.2.00252.502.50.13.0023..052.002.1.5001.5计算沉降等沉线实测沉降等沉线层数:4层桩基类型：钻孔灌注桩（d=400mm，L=9.35m，条形承台，粉细砂)沉降:计算值1.29~3.68cm；实测值1.13~2.00cm *35300000211240202003250123515052001220计算沉降等沉线实测沉降等沉线 单桩极限端恻模侧阻平均土平均平均桩端工程距径比长径比平均桩间单桩桩顶反力承载力量比分配系数分担比阻力系数名称Sa/dL/d土压缩比(kN)Eb/EsβPerα平均值(kN)安全系数发展大厦20003.444.2300.30.370.290.467192.8昆仑饭店25002.363.325~300.40.240.180.417773.2北京保信70001.763.613~140.40.470.290.3222131.6盛福大厦85002.554.812~140.30.560.270.5336382.34燕山大酒店12003.593.314~190.40.20~0.220.360.32~0.41324~5032.4~3.7外交公寓8002.072.820~220.40.220.280.202533.2国管局住宅11001.782.2250.40.090.140.774882.3中医医学院6403.112.8230.40.110.350.652342.7情况综合800~85001.76~3.592.2~4.812~300.3~0.40.09~0.560.14~0.360.20~0.77——2.3~31.6▌距径比越大，承台底土荷载分担比越大。▌桩端与桩侧土模量比越大，端阻力分配系数越大。▌不少工程桩的承载力安全系数很大，还有潜力。分担比随距径比变化端阻力系数随模量比变化 拉大桩距Sa/d=4.02常规Sa/d=3.08v16层面积20m×30m直径400mm长度10m钻孔灌注桩国家管理局沉降与桩数曲线u距径比由3加大到4,可减少桩数约41%.▌PSFIA方法能较好地估算桩基工程沉降，尤其是部分采用桩基、部分采用天然地基高低层建筑的沉降分布，解决了原来桩基沉降量估算与实际出入很大、又无法估计高低层差异沉降的问题，为现代建筑物地基与基础方案的合理选择及桩基础设计提供了手段，故具有良好的社会效益。▌PSFIA方法为北京和与北京同类地质条件地区实现桩基的变形控制设计提供条件，这样可以大大节约资金，获得明显的经济效益。 1.由于PSFIA方法是一种桩—土—基础（承台）共同作用的分析方法，并采用Per-α桩土体系的计算模型和分层总和法，考虑了承台刚度、承台底土分担荷载、桩端产生刺入变形、群桩效应等诸多因素对沉降的影响，所以能够很好反映荷载不均、地层多变、基础或承台刚度变化、桩间距不一、桩长和持力层不同等情况下桩基工程的沉降分布。另外，通过设置两种节点和根据施工后浇缝浇注前后荷载与基础刚度的变化情况分阶段计算，来分析高层采用桩基、低层采用天然地基时建筑沉降分布，以获得高低层差异沉降情况。所以该方法可以适应现代高层和高低层建筑桩基设计的需要。2.用一个桩节点代表其周围的一群桩，避免了一桩一节点地分析计算，可大大减少计算工作量，是一种简便实用的桩基沉降分析方法，符合工程快速分析的要求。3.PSFIA方法是针对北京地区的工程地质条件和常用桩的类型，以典型场地内的足尺群桩试验与大量单桩试验的测试资料为依据，根据测试所获得的规律确定计算假设和模型，并获得刺入变形参数的经验公式和经验修正系数，故而该方法包含了大量的地区经验。 4.通过具有实测沉降资料的9个工程验算表明，采用PSFIA方法进行沉降分析能获得与实测接近沉降量和沉降分布趋势，因此具有一定的可靠性，其结果可以作为桩基工程设计的依据。5.由于PSFIA是建立在考虑承台底土承担部分荷载的基础上的沉降分析方法，可获得不同距径比时的较切实际的沉降情况，为推动北京地区实现桩基的变形控制设计提供手段，在适当加大沉降的情况下，减少工程用桩，以获得较好的经济效益。 '