基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)應(yīng)用探析

展雙全

摘 要：文章闡述了樁基礎(chǔ)變剛度調(diào)平的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)原理，在對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，通過采用增加其內(nèi)部的實(shí)際基樁長(zhǎng)度、縮小內(nèi)部樁距等措施，可以明顯增強(qiáng)內(nèi)部或者高負(fù)荷區(qū)域的剛度，同時(shí)弱化外圍區(qū)域，從而達(dá)到降低樁基沉降差，減少基礎(chǔ)內(nèi)力及配筋、減少樁的數(shù)量，并有助于降低工程的整體造價(jià)，實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ);變剛度調(diào)平;設(shè)計(jì)應(yīng)用

在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016年版）第3.3.4條中可以得到這樣的思路，在同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)不適合采用天然地基的區(qū)域，可以運(yùn)用樁基變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)。在高層建筑工程建設(shè)過程中，一旦主樓與裙房之間相互連接，應(yīng)當(dāng)注重考慮使用不同的地基形式會(huì)出現(xiàn)的地基變形差異。變剛度調(diào)平的使用就是為了最大程度地降低樁基的沉降差，從而保證建筑工程的質(zhì)量。

一、主樓與裙樓之間的變剛度調(diào)平

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008第3.1.8條中可得出，對(duì)于主樓與裙樓之間相互連接的建筑物，當(dāng)高層的主體建筑采用樁基時(shí)，裙房的基礎(chǔ)剛度在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮對(duì)其相對(duì)弱化些。在實(shí)際工程施工過程中，可以選擇使用天然地基、疏樁或者短樁、復(fù)合地基的基礎(chǔ)等[1]。對(duì)于大型的商業(yè)綜合體項(xiàng)目建設(shè)過程中，由于商業(yè)綜合樓大都是由多棟的塔樓、大底盤地下室、裙樓等多部分共同構(gòu)成。采用傳統(tǒng)的樁基設(shè)計(jì)主要是在結(jié)構(gòu)單元下，設(shè)置一些等距離等長(zhǎng)度的樁基。這種方式會(huì)導(dǎo)致群樁及地基在實(shí)際受力過程中，出現(xiàn)不同程度的強(qiáng)弱分化現(xiàn)象，最終呈現(xiàn)出內(nèi)弱外強(qiáng)的現(xiàn)象，整體沉降的形狀也會(huì)呈現(xiàn)蝶形分布。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，塔樓與底盤基礎(chǔ)通常會(huì)采用設(shè)定沉降變形縫或者沉降后澆帶，以此來降低沉降差給基礎(chǔ)造成的影響。這種處理方式不僅增加了建筑的防水處理的難度，還嚴(yán)重影響了建筑的整體功能，對(duì)建筑的整體質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。

二、塔樓變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)

高層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)核心筒位置的剛度及荷載較大，四周框架的剛度及荷載較小，結(jié)構(gòu)的剛度以及荷載存在不均勻分布的現(xiàn)象[2]。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案制定的過程中，往往采用均勻布置樁基以及厚筏板形式。針對(duì)高層建筑采用均勻樁基而造成的沉降差問題，通過采用變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)理念，可以緩解樁基沉降問題。變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)實(shí)際上就是通過分析，計(jì)算出基礎(chǔ)沉降的等位線，然后改變基樁的距離、基樁的實(shí)際直徑或者樁長(zhǎng)，調(diào)整基樁的實(shí)際分布情況，這樣能夠增強(qiáng)荷載相對(duì)較大的樁基，降低荷載較弱位置的剛度。通過不斷改善與優(yōu)化樁基的剛度，最終沉降與內(nèi)力之間達(dá)成力的協(xié)調(diào)與平衡，進(jìn)而縮減沉降的差異值，不僅有助于降低實(shí)際上的基礎(chǔ)內(nèi)力，還有助于減少工程造價(jià)[3]。

三、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

以筆者參與的杭州某項(xiàng)目為例，此項(xiàng)目為辦公樓，采用框剪結(jié)構(gòu)，2層地下室，塔樓主樓13層，底部裙房2層，塔樓柱底內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值約為9000KN，裙房柱底內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值約為2800KN，地質(zhì)情況如表1所示，基礎(chǔ)均采用PHC管樁，裙房樁端持力層為第2-2層砂質(zhì)粉土層，主塔樓樁端持力層為第4-1層粉砂層，即裙房采用短樁約15m，塔樓采用長(zhǎng)樁約45m，如示意圖一所示。為比較沉降效果，本工程采用傳統(tǒng)布樁和變剛度調(diào)平布樁兩種方案，如示意圖二（a）（b）所示，經(jīng)整體沉降計(jì)算可知，第一種傳統(tǒng)方案，塔樓與裙房沉降差為36.36mm，整體傾斜為0.0023;第二種變剛度調(diào)平方案，塔樓與裙房沉降差為28.26mm，整體傾斜為0.001。從上述工程中可知基礎(chǔ)采用變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)后，地基基礎(chǔ)受力更加合理，在工程造價(jià)方面也有比較大的優(yōu)勢(shì)，由此可見此項(xiàng)設(shè)計(jì)理念具有非常實(shí)用的工程意義。

說明：1.沉降的單位位mm.

2.構(gòu)件底壓力單位為KN，單位底壓力單位為kPa.

說明：1.沉降的單位位mm.

2.構(gòu)件底壓力單位為KN，單位底壓力單位為kPa.

四、樁基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)應(yīng)用總結(jié)

（一）變剛度調(diào)平的設(shè)計(jì)思路可以遵循三種情況：首先，局部的增強(qiáng)。對(duì)于荷載集中度比較高的區(qū)域來說，應(yīng)該采取局部增強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行處理，例如，局部樁基或者局部剛性樁的復(fù)合地基;其次，樁基變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)[4]。當(dāng)整體都采用樁基時(shí)，內(nèi)圍區(qū)域的荷載就會(huì)變大，所以應(yīng)該加強(qiáng)內(nèi)圍區(qū)域，適當(dāng)減弱外圍區(qū)域。再者，主樓以及裙樓同時(shí)進(jìn)行變剛度設(shè)計(jì)?；A(chǔ)應(yīng)該按照增強(qiáng)樁基，減弱裙樓的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。由以上可知基礎(chǔ)變剛度調(diào)平常用設(shè)計(jì)方法有：（a）塔樓+裙房變剛度調(diào)平;（b）天然基礎(chǔ)+樁基變剛度調(diào)平;（c）長(zhǎng)短樁或疏密樁變剛度調(diào)平。

（二）變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的主要流程是，對(duì)上部分的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)以及地基等展開共同作用分析環(huán)節(jié)，并按照分析而獲得的沉降差異的數(shù)值，對(duì)樁的分布情況加以調(diào)整，然后反復(fù)進(jìn)行工作和計(jì)算，直到沉降數(shù)值的差異到達(dá)比較合理范圍。

（三）應(yīng)該根據(jù)基礎(chǔ)的不同類型選擇合適的變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方案。比如摩擦型的樁筏基礎(chǔ)以及摩擦型的復(fù)合樁大多使用調(diào)整樁基的長(zhǎng)度、樁基直徑以及樁距的方式，以此來調(diào)整樁基剛度的分布情況。

（四）采用變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)，可有效減少工程造價(jià)，在保證安全前提下達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的效果。

（五）選擇變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)時(shí)，可選擇樁徑較小，且單樁的承載能力比較強(qiáng)的樁型，如，使用后注漿技術(shù)中的灌注樁，便于布樁過程中的靈活性。憑借改變樁長(zhǎng)進(jìn)行變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡可能采用壓縮模量差別比較大，而承載能力的差別小的不同樁端持力層，以求更好的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。

參考文獻(xiàn)：

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[2]閆鑫[1]， 趙健[1]， 胡長(zhǎng)明[2]， et al. 軟土地區(qū)重型設(shè)備樁筏基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2018， 46（11）：114-117.

[3]周 峰， 朱 銳， 郭天祥， et al. 可控剛度樁筏基礎(chǔ)樁土共同作用的工程實(shí)踐[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2017， 36（12）：3075-3084.

[4]孫海忠， 張瑞， 張治國(guó). 大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)樁筏基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)[C]// 工業(yè)建筑2018年全國(guó)學(xué)術(shù)年會(huì). 2018， 16（16）：150-151.