7.2_高层建筑桩筏基础的工作机理111

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7.2高层建筑桩筏、桩箱基础的工作机理和性状 一、高层建筑桩箱、桩筏基础的工作机理打入桩与箱基、筏基的共同工作机理 第一阶段，建筑物施工期和使用早期内，基底与桩间土保持接触，桩与箱(筏)共同承担建筑物荷载第二阶段，随着时间的进展，打桩时引起的孔隙水压力逐渐减小，桩承受的荷载增大。若此时桩间土的固结沉降大于桩基沉降，则基底与桩间土脱离。第三阶段，由于桩承担的建筑物荷载的增大或桩全部承担建筑物荷载，建筑物的沉降将不断增加。此时桩沉降速率要比孔隙水压力消散速率大些，经过一定时间，基底承担荷载增大或基底可能又与桩间土再度接触。箱基或筏基分担上部结构荷载又增加。 第四阶段，在上一阶段，桩间土再度增加上部荷载的分担或桩间土与基底再度接触，则桩承受的荷载减少，建筑物的沉降速率相应递减。由于孔隙水压力的完全消散需要很长时间，当孔隙水压力消散引起桩间土的固结沉降又大于建筑物的沉降时，则桩间土承担的土压力再度减少，桩分担的荷载增大；或基底与桩间土再度脱离，建筑物的荷载再度由桩单独承担。第五阶段，如此循环，直至建筑物沉降稳定为止。如果基底与桩间土脱离，而桩已有足够的承载力单独地承担建筑物的荷载，则桩间土与基底将永远脱离。 只有当打入桩数量减少到一定数量时，即建筑物总荷载(扣除浮力)接近或超过所有桩极限承载力总和的情况下，桩和桩间土才保持始终一起承担上部荷载。打入桩与箱基、筏基的共同工作机理钻孔灌注桩在施工过程中没有超孔隙水压力产生，在上部荷载作用下，桩和桩间土共同承担上部荷载，且在建筑物整个使用阶段中，桩和桩间土分担上部荷载的比例保持不变。 二、高层建筑桩箱、桩筏基础的工作性状高层建筑桩箱(筏)基础的工作性状，对于常规设计(s/d=3～4情况)，基本上接近于弹性地基上刚性基础的工作性状。桩的存在，对减少箱基或筏基的沉降有明显的效果，并使高层建筑的整体横向倾斜大为改善，建筑物均匀下沉。对于一般的高层住宅或宾馆，桩顶反力分布通常总是角桩最大，边桩次之，内部桩最小。在高层建筑桩箱(筏)基础承载力满足建筑物荷载条件下，增减少量桩数(例如10％)对基础的沉降影响很小。 在常规设计条件下，高层建筑桩箱(筏)基础的桩间土仍分担上部荷载，桩间土地基反力略呈马鞍形；在建筑物建筑竣工时，箱(筏)底板可分担小于25％的上部总荷载。不管是满堂布桩还是轴线桩布置，箱(筏)底板钢筋应力均很小，桩的刚度对箱(筏)基础的刚度是有贡献的。桩沿剪力墙轴线或柱下布置，较之桩满堂布置可大大减小底板的厚度。其他条件相同，但施工条件不同，分担上部荷载的比例是不同的，采用灌注桩的箱(筏)底板比采用预制桩的可分担更多的建筑物荷载。 7.4桩箱、桩筏基础与地基共同作用分析实例桩筏基础共同作用特性及变化规律两个特征相对刚度 2、桩筏基础的沉降筏的相对刚度KR对总沉降的影响其他条件一定时，筏和群桩的刚度对桩—筏基础沉降起决定性作用。桩间距对桩—筏基础沉降的影响桩—筏基础的沉降随着桩间距的增大而增大，桩间距在10倍桩径以内时，桩—筏基础的沉降只随着桩间距的增大而稍有增大。 桩长细比对桩—筏基础沉降的影响桩的长细比对桩—筏基础沉降有显著影响。当桩径确定，增加桩长度就增大了桩—土体系的刚度，所以，桩的长细比增大，桩—筏基础的沉降减小。桩相对刚度对桩—筏基础沉降的影响桩—筏基础中桩的相对刚度直接影响桩—土体系的刚度。桩的相对刚度减小，桩—筏基础的沉降增大。 桩—筏基础差异沉降的各种影响因素筏的相对刚度对桩—筏基础的差异沉降影响最为显著，其他因素影响较小。 3、桩筏基础中筏板的内力筏的相对刚度对桩－筏基础中筏板弯矩的影响筏的相对刚度与筏板的最大弯矩成正比。当筏的相对刚度为10.0和0.01时，筏板的最大弯矩相差一个数量级。 桩间距对桩－筏基础中筏板弯矩的影响桩间距增大，筏板的弯矩也增大。随桩间距的增大，筏板弯矩的增大比较平缓，并不急剧增加。结论：在桩－筏基础中，增大桩间距（或减少桩数量）并不会导致筏板弯矩迅速增加。 其他因素对桩－筏基础中筏板弯矩的影响桩的长细比对筏板的最大弯矩影响极小；桩的长细比较小，筏板的弯矩几乎不变；桩的相对刚度减小，筏板的弯矩也相应减小，但减小幅度不明显。桩－筏基础的桩顶反力分布筏的相对刚度对桩顶反力分布的影响 当桩间距为4d、桩的相对刚度KR＝10.0时，角桩的桩顶反力是内部桩的2倍左右；而当KR=0.01，筏相当柔性时，角桩、边桩和内部桩的桩顶反力基本上相等。 桩间距对桩顶反力分布的影响在10d范围内，角桩、边桩桩顶反力随桩间距的增大而减小；桩间距达到10d后，桩－桩间的相互作用几乎消失；结论：适当地增大桩的间距，减小桩与桩之间的相互影响，可使各桩的桩顶反力尽量趋于均匀，从而使设计更加经济、合理。 桩长细比和相对刚度对桩顶反力的影响当桩的长细比减小时，桩－筏基础中的角桩、边桩和内部桩的桩顶反力比例稍有增加趋势。当桩的相对刚度减小时，桩群中角桩、边桩和内部桩的桩顶反力比例也随之下降，尤其角桩的下降趋势明显。结论：筏的相对刚度、桩间距和桩的相对刚度均对桩顶反力的分布有很大影响。常规设计的桩—筏基础，筏的相对刚度较大，桩间距较小，桩顶反力的分布是四周大，中间小。为了使各桩所承担的桩顶荷载趋于均等，应当适当地增大桩间距，减少桩数。 5、桩与筏荷载的分担筏的相对刚度对分担系数的影响筏的相对刚度减小，筏的分担系数逐渐增大，但增大的趋势较慢。 桩间距对分担系数的影响筏的分担系数随桩间距的增加而增大；取相当接近于实际的桩筏或桩箱基础的情况(KR＝10，Kp＝1000，s/d=3～4，L/d=50～100)，筏的分担系数为15％-26％。 桩的长细比和桩的相对刚度对分担系数的影响桩的长细比增大，桩—土体系中桩的相对刚度相应增大，则桩的分担系数增加。当桩的相对刚度降低，桩的长细比对桩的分担系数的影响甚微。