樁土共同作用在太倉市第一人民醫(yī)院中的應(yīng)用

梅 曄

(華東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海200002)

1 引言

隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用在土建設(shè)計施工中的新技術(shù)新材料越來越多，而在樁基礎(chǔ)的設(shè)計方面，多數(shù)仍采用一般的設(shè)計方法，即上部的建筑荷載全部由樁基承擔(dān)，不考慮土的承載力。然而地基土的承載力是實際存在的，特別是帶有地下室地基土的承載力較大，如不考慮地基土的承載力，實際上是造成了極大的浪費。

本文通過對太倉市第一人民醫(yī)院行政樓(采用樁土共同作用)與醫(yī)技樓(采用樁基承擔(dān)所有上部荷載)不同的樁基設(shè)計來簡要地說明樁土共同作用在實際工程中的應(yīng)用。

2 工程概況和場地地質(zhì)情況

太倉市第一人民醫(yī)院主體建筑由住院樓(高層)、行政樓(多層)及門急診醫(yī)技樓(多層)組成，見圖1。因為住院樓為高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，荷載較大，受力體系復(fù)雜，所以基礎(chǔ)仍按常規(guī)設(shè)計，本文不再累述。行政樓及門急診醫(yī)技樓均為地下一層(地下室層高5．5 m)，地上 5 層(高21．550 m)，經(jīng)過比較，考慮到行政樓平面較規(guī)則，采用樁土共同作用地基基礎(chǔ)，而醫(yī)技樓荷載及柱網(wǎng)均與行政樓相近，采用常規(guī)設(shè)計，通過對比可以比較直觀地反映出樁土共同作用的經(jīng)濟性和實用性。

場地各土層的物理力學(xué)參數(shù)見表1。

圖1 平面總圖Fig．1 Layout plan

表1 各土層的物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical properties of soil

3 樁基選型及分析

3．1 常規(guī)樁

門急診醫(yī)技樓采用常規(guī)的樁基設(shè)計，設(shè)計方法在此不再累述。選取樁基類型如下:以5－5層粉質(zhì)黏土夾粉土作為持力層，樁型選用預(yù)制PHC預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁(PHC－AB－400(95)－39b)，根據(jù)抗壓試樁報告，取用工程設(shè)計的單樁抗壓承載力為1 100 kN(特征值)。樁位平面布置圖見圖2。

3．2 樁土共同作用

行政樓采用樁土共同作用的地基基礎(chǔ)。由于規(guī)范未給出具體的計算方法，通過對樁土共同作用的簡化分析，結(jié)合以往施工經(jīng)驗，將樁土共同作用的基礎(chǔ)形式應(yīng)用到實際的工程中。

3．3 樁土共同作用設(shè)計原則

(1)在常規(guī)設(shè)計樁基礎(chǔ)時，考慮多種因素，單樁的承載力設(shè)計值往往小于或等于其極限荷載的一半，單樁的刺入量較小，樁基可能會出現(xiàn)承臺底板與土體脫離的現(xiàn)象，這樣就不能實現(xiàn)樁土共同作用。采用樁土共同作用的設(shè)計方法，單樁承載力采用單樁極限承載力，樁在初期承受上部荷載作用時，有一定的沉降，使底板與土體充分接觸，并發(fā)揮其承載力。

(2)同一承臺下布置常規(guī)樁，間距較小的情況下，會產(chǎn)生明顯的擠土效應(yīng)，不能充分發(fā)揮樁基和土體獨立狀態(tài)的承載力。由于太倉與上海地質(zhì)條件相近，參考上?！兜鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(DGJ08—11—2010)［1］關(guān)于沉降控制復(fù)合樁基的規(guī)定，樁間距采用5倍的樁徑。

圖2 門診醫(yī)技樓樁位圖Fig．2 Pile layout

(3)采用樁土共同作用的基礎(chǔ)設(shè)計方法時，基礎(chǔ)梁及底板所受荷載的取值與常規(guī)設(shè)計方法不同。由于土體承受的上部荷載是通過基礎(chǔ)梁及底板傳遞，所以底板所承擔(dān)的力，不僅包括水浮力，還包括地基反力，在計算時，要按不同的工況計算，取最不利工況計算配筋。

3．4 樁土共同作用的設(shè)計應(yīng)用

1)樁土共同作用

國際旅游大會的召開，國家旅游局信息中心和貴州省旅游局以及聯(lián)通貴州分公司聯(lián)合發(fā)布了《貴州旅游大數(shù)據(jù)報告》，通過大數(shù)據(jù)平臺計算，以客觀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對貴州省旅游運行態(tài)勢進行了分析，為政府機關(guān)旅游管理提供了基礎(chǔ)性保障，對貴州省旅游資源運行進行了簡單分析，為政府旅游管理提供了相應(yīng)保障，不僅如此，也為游客出行的選擇提供了詳細參考。

需要樁有一定的沉降，使土體充分參與工作。所選樁端持力層與門急診醫(yī)技樓不同，為5－3層粉質(zhì)黏土，樁型選用預(yù)制PHC預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁(PHC－AB－400(95)－27b)，根據(jù)試樁報告，單樁承載力取其極限值1 450 kN。根據(jù)上部荷載，對柱下進行布樁，總樁數(shù)為420根。樁位平面圖見圖3。

2)樁土共同作用的強度驗算

樁土共同作用的強度驗算參考上?！兜鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(DGJ 08—11—2010)［1］:

式中，F(xiàn)d為上部結(jié)構(gòu)傳至承臺頂面的豎向荷載設(shè)計值(kN);Gd為承臺自重和承臺上覆土重的設(shè)計值，地下水位下應(yīng)扣除水浮力(kN);n為樁數(shù);Rk為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN);Ac為承臺底面積(m2);fk為承臺下地基土極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa);γR為復(fù)合樁基承載力綜合分項系數(shù)，取2．0～2．2。

圖3 行政樓樁位圖(單位:mm)Fig．3 Pile layout(Unit:mm)

3)基礎(chǔ)梁荷載計算

基礎(chǔ)梁的荷載計算分別按以下三種情況取大值計算。

第一種情況:(上部荷載(D+L)－樁承擔(dān)荷載)/地板面積

第二種情況:取一柱下較大荷載(D+L)

Nmax=8 980．4 kN

4樁承擔(dān)荷載:4×1 450=5 800 kN

面積 S=7．2 ×7．8=56．16 m2

Q=(8 980．4 －5 800)/56．16=56．63 kN/m2(設(shè)計值)

第三種情況:完全考慮水浮力

取最高水位(室外地面以下500 mm)

水頭高度:H=5．5+0．5 － 0．45 － 0．5=5．05 m

底板自重:

0．5 ×25=12．5 kN/m2

墊層自重:

0．3 ×20=6．0 kN/m2

Q=10 ×5．05 －12．5 －6=32．0 kN/m2(標(biāo)準(zhǔn)值)

按第二種情況計算基礎(chǔ)梁及底板配筋。

4 施工過程中沉降監(jiān)測結(jié)果分析

4．1 沉降觀測

為檢驗樁土共同作用在實際應(yīng)用中的效果，在建筑周邊設(shè)置沉降觀測點，見圖4及圖5，從基礎(chǔ)完成后即進行沉降觀測，每施工一層觀測一次，竣工后每1～2月觀測一次。兩棟樓最大沉降觀測點沉降量見圖6。

圖4 行政樓沉降觀測布置點Fig．4 Settlement observation point arrangement

圖5 醫(yī)技樓沉降觀測布置點Fig．5 Settlement obserbation point arrangement

圖6 沉降實測結(jié)果Fig．6 Settlement observation results

4．2 對比分析

行政樓及門急診醫(yī)技樓上部荷載及土層分布基本相同，通過對表2的對比可以發(fā)現(xiàn)，采用樁土共同作用基礎(chǔ)比一般樁基礎(chǔ)具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，雖然每平方米用樁量基本相同，但樁長明顯減少，可大量地縮短施工周期。

表2 沉降對比表Table 2 Settlement comparison

5 結(jié)論

(1)在相同的地質(zhì)條件下，采用樁土共同作用的基礎(chǔ)，相比普通的樁基礎(chǔ)，可以采用更短的樁長，以滿足規(guī)范和使用的要求，其經(jīng)濟效益非常明顯。

(2)樁土共同作用的應(yīng)用，適用于軟土地基，需要有一定的沉降量，才能使基礎(chǔ)與土體充分接觸，并充分發(fā)揮地基土的承載力。

(3)本文所采用的設(shè)計方法，雖然具有較高的可操作性，但還需結(jié)合現(xiàn)場場地和設(shè)計經(jīng)驗，采用合理的設(shè)計方法。

［1］ 上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會．DGJ 08—11—2010地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］．上海:2010．ShanghaiUrban Construction and Communications Commission．DGJ 08—11—2010 Foundation design code［S］．Shanghai:2010．(in Chinese)

［2］ 張乾青．樁-土共同作用的研究［J］．巖土工程技術(shù)．2008，22(4):167-172．Zhang Qianqing．Analysis of interaction between pile and soil［J］．Geotechnical Engineering Technique，2008，22(4):167-172．(in Chinese)

［3］ 陳清軍，冷曉雨．土-樁-結(jié)構(gòu)相互作用體系非平穩(wěn)隨機地震反應(yīng)分析［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2009，25(1):66-69．Chen Qingjun，Leng Xiaoyu．Non-stationary random seismic response analysis of soil-pile-structure interaction systems［J］．Structural Engineers，2009，25(1):66-69．(in Chinese)

［4］ 李俊民．沉降控制復(fù)合樁基在多層有地下室建筑的應(yīng)用［J］．結(jié)構(gòu)工程師，2009，25(1):79-82．Li Junmin．Application of settlement-controlled composite pile foundations in multi-storey buildings with basement［J］．Structural Engineers，2009，25(1):79-82．(in Chinese)