控制沉降为设计目标的减少沉降桩基础之研究

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1、QimStarÒ同济启明星软件·SCPFv3.0用户使用指南2000年1月附录一控制沉降为设计目标的减少沉降桩基础之研究*国家教委跨世纪优秀人才基金、国家教委优秀青年教师基金和上海市科技启明星计划资助98’上海科技论坛活动之一:桩基设计新思路“以沉降量为控制指标的复合桩基设计学术研讨会”大会特邀报告杨敏（同济大学地下建筑与工程系，上海200092）提要减少沉降桩基础是现代桩土相互作用理论研究的重要成果之一，是建立在桩土相互作用理论基础上以控制沉降变形为设计原则的一种新型基础形式，本文简要介绍了减少沉降桩基础的发展和设计方法，提出了设计建议，并指出了有

2、待进一步研究的问题。关键词减少沉降桩桩土相互作用沉降一.引言减少沉降桩基础是指按控制地基沉降的原则设计的桩基础，也即在设计时由基础的沉降控制值来确定桩数和桩长。减少沉降桩基础目前在工程界也往往被称为沉降控制复合桩基、以沉降量为控制指标的复合桩基或疏桩基础，在国外称为Creeppilefoundation，有时也称为Frictionpilefoundation，Piledraftfoundation，等等。153QimStarÒ同济启明星软件·SCPFv3.0用户使用指南2000年1月减少沉降桩基础是现代桩土相互作用理论研究的重要成果之一。众所周知，在

3、实际工程中设计采用桩基础的原因不外乎有二个：或是因为地基承载力不够，需要采用桩将上部结构荷载传到深层土或支撑于坚硬持力层，或是因为地基土将会发生较大的沉降变形，需要采用桩来减少沉降。因此，合理和恰当的桩基础设计应根据采用桩基的目的不同而分三种不同的情况处理：1)所有荷载由桩承担;2)桩和筏板基础分担上部结构荷载，桩既要承担荷载同时也起到减少沉降变形的作用;3)桩用于减少或控制沉降，基础的承载力主要由基础板承担。然而，目前的桩基础设计理论都是建立在满足承载力的基础上的，也即在桩基础设计时均按上述第一种情况处理，完全由上部结构荷载来确定桩数和桩长。显然，

4、对于由于沉降过大而设计采用桩基础的情况来说，采用这种传统的桩基础设计方法是过于保守的，造成了过高的基础工程费用，并且在设计概念上也不甚明确。减少沉降桩基础就是以沉降控制为基础并在设计方法上也有别于上述常规桩基础的一项新型技术和基础型式，可用于天然地基强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况下的地基基础设计，即在桩基础设计时按上述的第三种情况处理。二.减少沉降桩基础的研究及发展1977年英国Burland教授等学者根据桩土相互作用理论的研究指出，对于天然地基的强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况，可以采用少量的桩用于减少基础沉降变形。1979年Ho

5、oper教授根据有限元的模拟分析，指出为了建立竖向刚度较大的桩土混合地基而需要的桩数并不多，桩数的进一步增加对减少最大沉降和差异沉降的作用非常小。七、八十年代英国建筑研究所（BRE)对桩筏基础进行了一系列现场实测试验、室内模型试验和理论研究，1986年R.W.Cooke总结了他对伦敦硬土地区高层建筑桩基础研究的几十年成果，认为按照目前强度控制的桩基常规设计方法设计的桩基础的实际的安全系数要远大于设计中所取的2或3，并且指出，“在桩基础纯粹用来减少基础沉降的地方，均质土中模型桩的试验表明，在桩间距为4倍桩径时再加入更多的桩并不能显著地减少沉降。试验结果

6、和简单的分析方法均表明，6倍桩径或8倍桩径的桩间距几乎与小桩径时一样有效”。进入八十年代后各国学者加强了对桩土相互作用课题的研究，并进行了大量的工程实践探索，取得了大量的研究成果。153QimStarÒ同济启明星软件·SCPFv3.0用户使用指南2000年1月上述采用少量的桩以减少基础沉降的理论观点至今已被发展成减少沉降桩技术。八十年代初在瑞典进行了大量有关减少沉降桩基础的理论和现场试验的系统研究，并由J&W设计顾问所提出了CreepPile（屈服桩、或称蠕变形桩）的设计概念和方法，在瑞典得到了应用。其设计基本原则是：最大限度地充分发挥桩的承载能力，

7、使桩的安全系数等于1。提出的设计方法为：Ｑb＝ｑruＡb＋SＰi(i=1…m)式中，Ｑb为建筑物总重量，Ａb为建筑物基底面积，m为桩数，Ｐi为第i桩的屈服荷载，按土长期抗剪强度计算的桩破坏荷载计算（设计时取折减系数0.8)，ｑru为在不产生大沉降的情况下允许施加的最大基底荷载值。1980年澳大利亚著名学者H.G.Poulos教授根据筏-桩-土相互作用的分析提出了仅用于减少沉降桩基础的沉降计算公式：rg=RGPAr1+0.946(Pw-PA)(1-n2)/BE式中，rg为基础沉降，r1为单桩在单位荷载下的沉降，PA是各桩的极限承载力之和，RG是群桩沉降

8、与承担相同总荷载的单桩沉降之比，Pw是工作荷载。在上式中，当PA>Pw时，PA换成Pw，Pw换成PA，由于减