7.2_高層建筑樁筏基礎(chǔ)的工作機(jī)理111

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7.2高層建筑樁筏、樁箱基礎(chǔ)的工作機(jī)理和性狀 一、高層建筑樁箱、樁筏基礎(chǔ)的工作機(jī)理打入樁與箱基、筏基的共同工作機(jī)理 第一階段，建筑物施工期和使用早期內(nèi)，基底與樁間土保持接觸，樁與箱(筏)共同承擔(dān)建筑物荷載第二階段，隨著時(shí)間的進(jìn)展，打樁時(shí)引起的孔隙水壓力逐漸減小，樁承受的荷載增大。若此時(shí)樁間土的固結(jié)沉降大于樁基沉降，則基底與樁間土脫離。第三階段，由于樁承擔(dān)的建筑物荷載的增大或樁全部承擔(dān)建筑物荷載，建筑物的沉降將不斷增加。此時(shí)樁沉降速率要比孔隙水壓力消散速率大些，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，基底承擔(dān)荷載增大或基底可能又與樁間土再度接觸。箱基或筏基分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載又增加。 第四階段，在上一階段，樁間土再度增加上部荷載的分擔(dān)或樁間土與基底再度接觸，則樁承受的荷載減少，建筑物的沉降速率相應(yīng)遞減。由于孔隙水壓力的完全消散需要很長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)孔隙水壓力消散引起樁間土的固結(jié)沉降又大于建筑物的沉降時(shí)，則樁間土承擔(dān)的土壓力再度減少，樁分擔(dān)的荷載增大；或基底與樁間土再度脫離，建筑物的荷載再度由樁單獨(dú)承擔(dān)。第五階段，如此循環(huán)，直至建筑物沉降穩(wěn)定為止。如果基底與樁間土脫離，而樁已有足夠的承載力單獨(dú)地承擔(dān)建筑物的荷載，則樁間土與基底將永遠(yuǎn)脫離。 只有當(dāng)打入樁數(shù)量減少到一定數(shù)量時(shí)，即建筑物總荷載(扣除浮力)接近或超過(guò)所有樁極限承載力總和的情況下，樁和樁間土才保持始終一起承擔(dān)上部荷載。打入樁與箱基、筏基的共同工作機(jī)理鉆孔灌注樁在施工過(guò)程中沒(méi)有超孔隙水壓力產(chǎn)生，在上部荷載作用下，樁和樁間土共同承擔(dān)上部荷載，且在建筑物整個(gè)使用階段中，樁和樁間土分擔(dān)上部荷載的比例保持不變。 二、高層建筑樁箱、樁筏基礎(chǔ)的工作性狀高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)的工作性狀，對(duì)于常規(guī)設(shè)計(jì)(s/d=3～4情況)，基本上接近于彈性地基上剛性基礎(chǔ)的工作性狀。樁的存在，對(duì)減少箱基或筏基的沉降有明顯的效果，并使高層建筑的整體橫向傾斜大為改善，建筑物均勻下沉。對(duì)于一般的高層住宅或賓館，樁頂反力分布通常總是角樁最大，邊樁次之，內(nèi)部樁最小。在高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)承載力滿足建筑物荷載條件下，增減少量樁數(shù)(例如10％)對(duì)基礎(chǔ)的沉降影響很小。 在常規(guī)設(shè)計(jì)條件下，高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)的樁間土仍分擔(dān)上部荷載，樁間土地基反力略呈馬鞍形；在建筑物建筑竣工時(shí)，箱(筏)底板可分擔(dān)小于25％的上部總荷載。不管是滿堂布樁還是軸線樁布置，箱(筏)底板鋼筋應(yīng)力均很小，樁的剛度對(duì)箱(筏)基礎(chǔ)的剛度是有貢獻(xiàn)的。樁沿剪力墻軸線或柱下布置，較之樁滿堂布置可大大減小底板的厚度。其他條件相同，但施工條件不同，分擔(dān)上部荷載的比例是不同的，采用灌注樁的箱(筏)底板比采用預(yù)制樁的可分擔(dān)更多的建筑物荷載。 7.4樁箱、樁筏基礎(chǔ)與地基共同作用分析實(shí)例樁筏基礎(chǔ)共同作用特性及變化規(guī)律兩個(gè)特征相對(duì)剛度 2、樁筏基礎(chǔ)的沉降筏的相對(duì)剛度KR對(duì)總沉降的影響其他條件一定時(shí)，筏和群樁的剛度對(duì)樁—筏基礎(chǔ)沉降起決定性作用。樁間距對(duì)樁—筏基礎(chǔ)沉降的影響樁—筏基礎(chǔ)的沉降隨著樁間距的增大而增大，樁間距在10倍樁徑以內(nèi)時(shí)，樁—筏基礎(chǔ)的沉降只隨著樁間距的增大而稍有增大。 樁長(zhǎng)細(xì)比對(duì)樁—筏基礎(chǔ)沉降的影響樁的長(zhǎng)細(xì)比對(duì)樁—筏基礎(chǔ)沉降有顯著影響。當(dāng)樁徑確定，增加樁長(zhǎng)度就增大了樁—土體系的剛度，所以，樁的長(zhǎng)細(xì)比增大，樁—筏基礎(chǔ)的沉降減小。樁相對(duì)剛度對(duì)樁—筏基礎(chǔ)沉降的影響樁—筏基礎(chǔ)中樁的相對(duì)剛度直接影響樁—土體系的剛度。樁的相對(duì)剛度減小，樁—筏基礎(chǔ)的沉降增大。 樁—筏基礎(chǔ)差異沉降的各種影響因素筏的相對(duì)剛度對(duì)樁—筏基礎(chǔ)的差異沉降影響最為顯著，其他因素影響較小。 3、樁筏基礎(chǔ)中筏板的內(nèi)力筏的相對(duì)剛度對(duì)樁－筏基礎(chǔ)中筏板彎矩的影響筏的相對(duì)剛度與筏板的最大彎矩成正比。當(dāng)筏的相對(duì)剛度為10.0和0.01時(shí)，筏板的最大彎矩相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。 樁間距對(duì)樁－筏基礎(chǔ)中筏板彎矩的影響樁間距增大，筏板的彎矩也增大。隨樁間距的增大，筏板彎矩的增大比較平緩，并不急劇增加。結(jié)論：在樁－筏基礎(chǔ)中，增大樁間距（或減少樁數(shù)量）并不會(huì)導(dǎo)致筏板彎矩迅速增加。 其他因素對(duì)樁－筏基礎(chǔ)中筏板彎矩的影響樁的長(zhǎng)細(xì)比對(duì)筏板的最大彎矩影響極?。粯兜拈L(zhǎng)細(xì)比較小，筏板的彎矩幾乎不變；樁的相對(duì)剛度減小，筏板的彎矩也相應(yīng)減小，但減小幅度不明顯。樁－筏基礎(chǔ)的樁頂反力分布筏的相對(duì)剛度對(duì)樁頂反力分布的影響 當(dāng)樁間距為4d、樁的相對(duì)剛度KR＝10.0時(shí)，角樁的樁頂反力是內(nèi)部樁的2倍左右；而當(dāng)KR=0.01，筏相當(dāng)柔性時(shí)，角樁、邊樁和內(nèi)部樁的樁頂反力基本上相等。 樁間距對(duì)樁頂反力分布的影響在10d范圍內(nèi)，角樁、邊樁樁頂反力隨樁間距的增大而減?。粯堕g距達(dá)到10d后，樁－樁間的相互作用幾乎消失；結(jié)論：適當(dāng)?shù)卦龃髽兜拈g距，減小樁與樁之間的相互影響，可使各樁的樁頂反力盡量趨于均勻，從而使設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)、合理。 樁長(zhǎng)細(xì)比和相對(duì)剛度對(duì)樁頂反力的影響當(dāng)樁的長(zhǎng)細(xì)比減小時(shí)，樁－筏基礎(chǔ)中的角樁、邊樁和內(nèi)部樁的樁頂反力比例稍有增加趨勢(shì)。當(dāng)樁的相對(duì)剛度減小時(shí)，樁群中角樁、邊樁和內(nèi)部樁的樁頂反力比例也隨之下降，尤其角樁的下降趨勢(shì)明顯。結(jié)論：筏的相對(duì)剛度、樁間距和樁的相對(duì)剛度均對(duì)樁頂反力的分布有很大影響。常規(guī)設(shè)計(jì)的樁—筏基礎(chǔ)，筏的相對(duì)剛度較大，樁間距較小，樁頂反力的分布是四周大，中間小。為了使各樁所承擔(dān)的樁頂荷載趨于均等，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦龃髽堕g距，減少樁數(shù)。 5、樁與筏荷載的分擔(dān)筏的相對(duì)剛度對(duì)分擔(dān)系數(shù)的影響筏的相對(duì)剛度減小，筏的分擔(dān)系數(shù)逐漸增大，但增大的趨勢(shì)較慢。 樁間距對(duì)分擔(dān)系數(shù)的影響筏的分擔(dān)系數(shù)隨樁間距的增加而增大；取相當(dāng)接近于實(shí)際的樁筏或樁箱基礎(chǔ)的情況(KR＝10，Kp＝1000，s/d=3～4，L/d=50～100)，筏的分擔(dān)系數(shù)為15％-26％。 樁的長(zhǎng)細(xì)比和樁的相對(duì)剛度對(duì)分擔(dān)系數(shù)的影響樁的長(zhǎng)細(xì)比增大，樁—土體系中樁的相對(duì)剛度相應(yīng)增大，則樁的分擔(dān)系數(shù)增加。當(dāng)樁的相對(duì)剛度降低，樁的長(zhǎng)細(xì)比對(duì)樁的分擔(dān)系數(shù)的影響甚微。