筏板基礎(chǔ)抗浮樁性能及對基礎(chǔ)受力影響探討

黃偉杰

（福建立盛建筑集團(tuán)有限公司， 福建 漳州 363000）

1 筏板基礎(chǔ)抗浮樁施工現(xiàn)狀

在我國城市化建設(shè)中，隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，地下建筑空間得到了開發(fā)利用。因此，超大超深地下結(jié)構(gòu)不斷增多，但帶來的抗浮問題也愈加突出。目前，在其濱海、地下水位等地區(qū)，需要采取合理有效的施工方案，完成全新技術(shù)的融合應(yīng)用。我國以往在建筑中，針對于建筑物基礎(chǔ)的抗浮設(shè)計(jì)，大多采用灌孔樁柱樁等方法，將灌孔樁與柱子連接，導(dǎo)致灌孔樁間距較大。因此，需要較厚底板才可以抵抗其地下水浮力產(chǎn)生的彎矩剪力，但很容易導(dǎo)致底板厚、造價(jià)高、經(jīng)濟(jì)效益不足[1]。

近年來，在抗浮性中，抗浮樁以性能良好、施工方便的優(yōu)勢，得到了廣大地下工程施工者的信賴。有關(guān)抗浮樁的荷載傳遞機(jī)能以及計(jì)算方法也得到了優(yōu)化。我國目前施工技術(shù)雖然尚在發(fā)展中，與發(fā)達(dá)國家相比有一定差距，但相關(guān)的理論研究基礎(chǔ)正在不斷更新、優(yōu)化中，且由于抗浮樁實(shí)驗(yàn)周期長、成本高，因此需要使用工程量判定市場實(shí)踐模式，以分析抗浮樁的承載力，并分析其抗拔樁極限承載力的確定方法，對于影響抗浮樁承載力因素以及提高其承載力的方案進(jìn)行研究。為了全面提升目前抗浮樁的應(yīng)用前景，對于筏板基礎(chǔ)抗浮樁力學(xué)性能的研究非常迫切并具有實(shí)際意義。在后續(xù)改進(jìn)中，可以結(jié)合大量的文獻(xiàn)資料，分析其理論方法以及作用，對其用有限元分析方法進(jìn)行研究[2]。

2 基本工程概況分析

為了能夠更好的便于施工，因此需要對本文的漳州客運(yùn)南站建設(shè)項(xiàng)目（一期）-客運(yùn)站房基本工程概況進(jìn)行分析。在本文的概況中，整個(gè)地下水對于結(jié)構(gòu)具有輕微腐蝕性和抗?。ò危兜氖芰?，因此需要保障其整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠避免地下水的侵蝕和影響，通過筏板，可以對接觸水部分的鋼筋能夠起到有效的保護(hù)效果（如圖1 所示）和抗浮（拔）樁的做法（如圖2 所示）。

圖1 筏板基礎(chǔ)平面圖

圖2 筏板基礎(chǔ)平面圖

3 抗浮單樁抗浮極限承載力影響因素分析

在目前的抗浮樁承載性能研究中，我國對此認(rèn)知較不明確。在工程中，有關(guān)抗浮樁的使用，大多數(shù)憑借其以往的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工。但根據(jù)整個(gè)工程施工模式，可以得知影響抗浮樁性能的制約因素較多。包含樁長、樁身、成樁方式、樁身材料、性能等，因此在后續(xù)表現(xiàn)中，除對樁體自身進(jìn)行改進(jìn)外，也需要融合計(jì)算因素。例如，根據(jù)ANSYAS 建立抗浮單樁計(jì)算模型，以便對浮力作用下的抗浮樁性能進(jìn)行分析研究。

3.1 ANSYAS 模型建設(shè)分析

在本論文中，采用ANSYAS 計(jì)算模型，根據(jù)整個(gè)樁體，采用圓柱實(shí)體，其長度以及直徑可以根據(jù)其考慮模式選擇不同的建設(shè)方案。將樁土之間作為無厚度接觸，并在后續(xù)模擬過程中，將其土體視作無限的空間體。合理選取計(jì)算邊界，消除邊界自身的影響作用。根據(jù)其試算，在本章節(jié)中可以根據(jù)水平方向的土體，將尺寸規(guī)定為12 倍。將其豎直方向?yàn)槿吨虚L土體的初始應(yīng)力。通過施加Z 速度方案進(jìn)行建立，完成初始應(yīng)力場的建設(shè)。并根據(jù)土體側(cè)向結(jié)構(gòu)，施加共同作用，根據(jù)床樁身的材料變形比例，考慮樁體之間的共同作用。在模擬過程中，將抗浮樁作為彈性材料。例如，針對土體可以采用摩爾庫倫模型進(jìn)行處理。根據(jù)最大應(yīng)力以屈服準(zhǔn)則為理論基礎(chǔ)，考慮最大剪力應(yīng)準(zhǔn)則，且土體在發(fā)生破壞前，對其采用彈性模型。

3.2 模型建設(shè)材料屈服準(zhǔn)則

在對混凝土以及承載土體進(jìn)行有限元分析中，其可以設(shè)定以下的假定點(diǎn)。例如，假定樁體混凝土為理想材料，因此不考慮材料自身出現(xiàn)的屈服以及破壞。且根據(jù)主體材料的彈塑性，以Drucker-prager 為準(zhǔn)則，考慮自重影響以及側(cè)壓作用。

4 抗浮設(shè)防水位的確定以及浮力的計(jì)算流程

在地下水的研究中，我國已然取得一定的研究成果。但目前對于整個(gè)抗浮措施的研究缺少系統(tǒng)理論成果。在抗浮樁設(shè)計(jì)過程中，需要明確計(jì)算公式：

如以下計(jì)算公式F=ym·hz

在整個(gè)公式中，“hz”可以將其判斷為地下水浮力高差，通過該公式，可以得知地下水浮力為一定的不確定性。而“hz”的職責(zé)，便是確定整個(gè)水浮力值的大小。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要確保整個(gè)地下室水位的標(biāo)高，以保障地下水的浮力以及水位能夠根據(jù)水文地質(zhì)以及巖土工程地質(zhì)等各方面條件，實(shí)現(xiàn)地下水浮力的計(jì)算。在整個(gè)水壓力值以及基底的地下水浮力中，通過大量的實(shí)踐資料，可以保障地下水壓力值以某種現(xiàn)行方式增加。因此，地下水位的變化，將導(dǎo)致地下水壓力值不斷變化。要想確保在最大地下浮力能夠存在明顯的參考性因素，就需要對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)提供合理有效的規(guī)范。

4.1 抗浮樁分擔(dān)凈浮力計(jì)算

在計(jì)算過程中，通過整個(gè)建筑的荷載路徑，可以由相關(guān)的剪力墻將荷載傳遞到基礎(chǔ)樁上。隨后，通過基礎(chǔ)樁傳遞至地基。在整個(gè)傳輸過程中，可以將抗浮樁布置在剪力墻下面，保障抗浮樁的結(jié)構(gòu)自重以及其他抗浮樁之間的自重。在實(shí)際工程中，采用厚度較大的筏板，以根據(jù)不同位置的抗浮樁，完成由上而下的荷載力度設(shè)置，如以下公式：F=（yw·hz-G）A。

根據(jù)公式，可以得知“yw”為水的自身重量，“hz”則包含地下水浮力高差，而“A”則代表抗浮樁分擔(dān)面積，“G”則是單位面積上的自重[3]。且由于整個(gè)抗浮樁所承擔(dān)的建筑自重各不相同，根據(jù)計(jì)算公式，得出整個(gè)水的靜浮力也不同。

4.2 抗浮樁側(cè)摩擦力阻計(jì)算

根據(jù)不同的地下水土層結(jié)構(gòu)，可以得知地下土層存在一定的差異性。對于整個(gè)抗浮樁設(shè)計(jì)而言，其土自身差異性將會導(dǎo)致抗浮樁摩擦力阻不同。在設(shè)計(jì)過程中，將土體側(cè)摩擦力設(shè)定為均勻，在抗浮樁與土體之間，通過此種假定條件，可以對抗拔力進(jìn)行計(jì)算。在假定過程中，實(shí)際工程不存在相關(guān)情況。但在研究過程中，如忽略此摩擦力的設(shè)置，將會導(dǎo)致差別較大。因此，可以推斷出整個(gè)抗浮樁的摩擦力分布。在研究成果中，對抗浮樁以何種形式、何種摩擦力分配，需要進(jìn)行明確說明。

5 建立抗浮單樁有限元模型

5.1 有限元模型的選取

在選擇過程中，通過三維有限元模型，可以進(jìn)行模擬以及劃分。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)樁以及土之間的相互作用，以分析二者之間的相對位是否具有密切關(guān)聯(lián)。在設(shè)置過程中，根據(jù)“solid95”完成三維8 節(jié)點(diǎn)的高階版本設(shè)置，可以適應(yīng)不同規(guī)則的形狀，且可以避免精細(xì)度的損失[4]。在建設(shè)過程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含三個(gè)自由度，由x、y、z 方向進(jìn)行位移。通過整個(gè)目標(biāo)面形狀，描述相關(guān)模型的邊界過程，可以根據(jù)抗浮樁的目標(biāo)段單元進(jìn)行設(shè)置，附加平移或旋轉(zhuǎn)位移，以應(yīng)對整個(gè)抗浮樁目標(biāo)單元施加力矩。在設(shè)置過程中，需要考慮到樁土之間的相互作用，保證單元可以在樁土之間建立耦合技術(shù)。分析在覆蓋過程中，可以根據(jù)表面的不同形狀，當(dāng)外合作用在樁土之上時(shí)，其接觸將會產(chǎn)生[5]。

5.2 土體結(jié)構(gòu)模型分析

經(jīng)相關(guān)資料進(jìn)行查閱，可以得知在建設(shè)過程中，計(jì)算模型可以分析整個(gè)土體的變形面積[6]。分為線型、非線型以及彈塑性，由于各層土質(zhì)分布較為均勻，因此土體的物理性能較好，可以在土體以及結(jié)構(gòu)之間存在較小的相互作用。如土體的變形較為均勻，則可以通過線型計(jì)算模型，如整個(gè)土體的應(yīng)力變化較大，出現(xiàn)非線性變形，則可以選用非線性彈性模型或函數(shù)型模型。在模型選擇中，可以根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)置。在建設(shè)過程中，塑形理論模型可以很好彌補(bǔ)目前非線性模型存在的缺陷。且隨著整個(gè)科研技術(shù)的不斷進(jìn)步，彈塑性模型彌補(bǔ)了非線性模型的不足?？梢院芎玫胤从惩馏w在大應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的應(yīng)變以及變形，也可以描述以及反映土體在卸載后的變形情況。根據(jù)整個(gè)彈塑性理論，確定模型的計(jì)算依據(jù)，以保證在巖土工程中能夠得到明顯且有效的應(yīng)用[7-8]。在模型設(shè)置中，可以通過以下兩個(gè)公式進(jìn)行設(shè)置：“eij=eij+eij‘p’”、“deij=deij+deij‘p’”。

6 結(jié)束語

綜上所述，在閥板基礎(chǔ)抗浮樁性能以及其基礎(chǔ)受力影響分析中，可以通過建設(shè)相關(guān)模型得知整個(gè)樁體自身的受力模式。以便根據(jù)模型的建設(shè)結(jié)果，得出合理有效的改進(jìn)措施，分析整個(gè)影響規(guī)律。在筏板基礎(chǔ)樁中，性能以及其基礎(chǔ)梳理影響通過模擬，發(fā)現(xiàn)筏板可以使抗浮樁相對位移以及內(nèi)力得到調(diào)整，使整個(gè)荷載結(jié)構(gòu)的傳遞性能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。