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1、如何正确使用新的桩基规范 及软件进行设计,朱春明 二OO九年三月,引言,建筑桩基技术规范（JGJ942008）自2008年10月1日起实施，原行业标准建筑桩基技术规范（JGJ9494）同时废止。有些设计人员参加了桩基新规范的学习，大多是自学规范。由于设计人员在设计中采用JCCAD，迫切了解JCCAD针对新规范作的修改，在规范修编的同时，程序也作了同步修改，并协助规范组作了一些力所能及的工作。,1。增加内容,减少差异沉降和承台内力的变刚度调平设计 ； 后注浆灌注桩承载力计算与施工工艺； 软土地基减沉复合疏桩基础设计； 考虑桩径因素的Mindlin应力解计算单桩、单排桩和疏桩基础沉降； 抗压桩与抗
2、拔桩桩身承载力计算； 预应力混凝土空心桩承载力计算与沉桩等,与设计相关的规范修订内容,2。调整内容,基桩和复合基桩承载力设计取值与计算； 单桩侧阻力和端阻力经验参数； 嵌岩桩嵌岩段侧阻力系数和端阻力系数； 等效作用分层总和法计算桩基沉降经验系数；,一、规范总则及概念设计,桩基的设计与施工，应综合考虑工程地质与水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特征、施工技术条件与环境，重视地方经验，因地制宜；注重概念设计，合理选择桩型与成桩工艺，优化布桩，节约资源；强化施工质量控制与管理。,软件相关内容,1,地质资料输入的必要性 2,地质资料简化输入 3,地质资料的作用:计算沉降,计算桩长及承载力,计算
3、土的基床系数及桩的刚度 4,如何实现优化布桩:就地消化,调平设计 5,如何利用地质资料选择合适桩型及持力层,桩基础设计中的概念设计,（1）基础设计的目的是为上部结构提供一个可靠的平台，使上部结构实际受力与分析结果一致。如果基础不能保证一定的刚度和强度，上部结构是不安全的。地基基础规范与桩基规范等对基础沉降与差异沉降都提出强制规定。,桩基础设计中的概念设计,（2）基础类型可分两大类，独立式基础（独基，桩承台）和整体式基础（地基梁、筏板、箱基、桩梁、桩筏、桩箱）。对于独立式基础可以取荷载的最大轴力组合、最大弯矩组合、最大剪力组合计算；对于整体式基础每个柱子的最大值不会同时出现，应对各种荷载组合分别
4、计算后进行统计。相比两种设计方法，整体式基础整体刚度大、计算复杂，但对地基承载力的要求降低，桩数减少。,桩基础设计中的概念设计,（3）天然地基上的筏基与常规桩筏基础是两种典型的整体式基础形式。常规桩筏基础不考虑桩间土承载力的发挥，当减小桩数量后桩与土就能共同发挥作用，如桩基规范中的复合桩基。当天然地基上的筏基沉降不能满足设计要求时，可加少量桩来减小沉降及提高承载力，如上海规范采用沉降控制复合桩基。对天然地基进行人工处理后（比如采用CFG桩或其它刚性桩），就可变成复合桩基（不设柔性垫层）或复合地基（设柔性垫层）。,桩基础设计中的概念设计,（4）整体式基础是一个超静定结构，基底土、桩反力及基础所受
5、内力与筏板刚度密切相关，刚度越大所受内力越大。当局部构件配筋过大时，如增大尺寸不起作用，减小尺寸有时更有效。,桩基础设计中的概念设计,（5）相比上部结构计算，基础设计人员的工程经验起着重要作用。在桩筏有限元计算中，桩弹簧刚度及板底土反力基床系数的确定等均与沉降密切相关，因此基础计算的关键是基础的沉降问题。合理的沉降量是筏板内力及配筋计算的前提，在沉降量合理性的判断过程中，工程经验起着重要的作用。,桩基础设计中的概念设计,（6）针对高层建筑桩筏（箱）基础传统设计方法带来的碟形差异沉降问题和主裙房的差异沉降问题，新桩基规范（JGJ942008）提出了变刚度调平设计新理念。,变刚度调平设计,以减小差
6、异沉降和承台内力为目标的变刚度调平设计，宜结合具体条件按下列规定实施： （1）对于主裙楼连体建筑，当高层主体采用桩基时，裙房（含纯地下室）的地基或桩基刚度宜相对弱化，可采用天然地基、复合地基、疏桩或短桩基础。 （2）对于框架核心筒结构高层建筑桩基，应加强核心筒区域桩基刚度（如适当增加桩长、桩径、桩数、采用后注浆等措施），相对弱化核心筒外围桩基刚度。,（3）对于框架核心筒结构高层建筑天然地基承载力满足要求的情况下，宜于核心筒区域设置增强刚度、减小沉降的摩擦型桩。（4）对于大体量筒仓、储罐的摩擦型桩基，宜按内强外弱原则布桩。（5）对上述按变刚度调平设计的桩基，宜进行上部结构承台桩土共同工作分析。,
7、变刚度调平设计,图3-6-4 均匀布桩与变刚度调平布桩的变形与反力示意,图3-6-5 变刚度布桩模式,变形与反力示意,（1）减小荷载传递路径 （2）实现抗力与荷载局部平衡 （3）考虑相互作用效应,增强荷载高集度区的基桩刚度(调整桩长,桩径等),变刚度调平概念设计要点,变刚度调平设计绩效,（1）降低差异沉降 （2）减小承台冲,剪,弯矩.,变刚度调平概念设计成效,建成3年以上项目：北京皂君庙电信楼、山东农业银行大厦、北京长青大厦等10余项工程桩基设计进行优化，取得显著技术经济效益。Smax40mm,Smax0.0008L。 刚建成或在建项目：北京电视中心、北京万豪大酒店、威海海悦国际大酒店、北京国
8、际财源中心、望京嘉美风尚酒店、嘉美风尚写字楼，陕西法华寺合十舍利塔等工程的桩基础均采用变刚度调平概念设计。注：红字标注的工程为本人负责计算，财源中心工程指导计算。,软件相关内容,调平设计本是概念设计的内容，但由于调整内容是沉降值（沉降差），所以是定量计算的内容，在计算中必须综合考虑上部结构荷载及刚度、基础、地基才能计算出沉降差。目前只有JCCAD能够完成计算内容（别的软件不能计算上部结构刚度）。在初设计中用桩重心校核完成任意局部的重心校核，图上会标注局部荷载的值及重心，图上还标注桩承载力合力值及重心。计算结果会给出任意布桩方案下的沉降图，反力图，配筋图等等。,桩基础设计中的概念设计,（7）筏板
9、计算模型必须具备荷载、基础构件及边界约束。荷载有多种形式，包括点荷载（如柱荷载）、线荷载（如墙荷载）、面荷载（如板面荷载）；基础构件可划分成多种形式单元，包括梁单元（如明梁、暗梁、筏板的肋）、板单元；边界约束可分为固定约束、弹性约束（如点弹簧、面弹簧）。,力的传递路径叫力流，在概念设计中要求受力、传递路径简单、直接、明确。对于复杂的基础进行分析经常用“水流”形象地理解“力流”，上部结构荷载通过柱、墙传给基础的梁与板，通过基础后传给与基础相接的土和桩。其中基础的梁与板力的内力分配是按刚度进行分配，板越厚梁分担就越少，但梁比板受力及传递简单、明确，且容易发挥其抗弯刚度，应首先考虑梁（包括明梁、暗梁
10、、筏板的肋）的设置。如梁超筋，可将板厚加大或采用平板基础，由于板承担内力增加，梁的内力就会降低。刚度的突变对力流的传递是不利的，梁板尺寸的变化应渐变。由于剪力墙相当于刚度很大的梁，剪力墙的边角部筏板或梁的内力计算值往往很大，在设计中应注意局部的验算和加强。,基桩布置,（1）排列基桩时，宜使桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合，并使基桩受水平力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量。 （2）对于桩箱基础、剪力墙结构桩筏（含平板和梁板式承台）基础，宜将桩布置于墙下。 注：软件提供梁下布桩功能，在布置筏板前先布置梁，布完桩后可保留可删除梁，再布置板。 （3）对于框架核心筒结构应按荷载分布考虑相互影
11、响，将桩相对集中布置于核心筒区域。,二、安全系数设计法及桩的“特征值”,1、2002年4月1日开始实施的建筑地基基础设计规范（GB500072002）改变了基础设计的设计原则，从原来的可靠度分析设计法变成了现在的安全系数设计法，采用“特征值”来表示正常使用极限状态计算时采用的地基承载力和单桩承载力的值。采用准永久组合值计算沉降，采用标准组合校核承载力，采用基本组合计算承台、桩截面及配筋。2、JCCAD在2002年新规范版本中就实现了上述各种类型荷载组合的自动生成，根据计算内容自动选择荷载组合类型。由于地基规范（GB500072002）没有给出桩承载力的经验参数计算方法，软件利用建筑桩基技术规范
12、（JGJ9494）经验参数法计算出桩极限承载力标准值，将其除2后得到该桩的特征值。,二、安全系数设计法及桩的“特征值”,3、建筑桩基技术规范（JGJ942008）在建筑地基基础设计规范（GB500072002）框架内进行具体的修改，保留了原极限承载力标准值经验参数计算方法，增加了将其除2后得到桩的特征值的规定。这种计算方法正好与JCCAD传统的处理方法一致。4、这种对特征值的处理方法主要是因为桩侧摩擦力与桩端阻力发挥机理不一样，且不同步，从严格的意义上不存在桩侧摩擦力的特征值与桩端阻力的特征值，考核特征值应从整体安全度来评价。按同样的方法，考核复合桩基的承载力特征值也应从整体安全度来评价，先计
13、算出桩与土的整体极限承载力标准值，将其除2后得到其桩与土的整体特征值。,三、基桩承载力计算,1、单桩承载力包括单桩侧阻力和单桩端阻力，桩基新规范（JGJ942008）调整了经验参数法计算桩极限侧阻力和桩极限端阻力。对经验参数表格中的数据进行调整是由于增加了统计样本，提高统计值的可靠性。经验参数表格删除了沉管灌注桩的内容，主要是考虑沉管灌注桩是挤土桩。由于大量的工程事故及挤土引起的负面效应，规范不主张采用沉管灌注桩并且删除了原规范表格中的内容。不过考虑到现有许多中仍包含沉管灌注桩的内容，JCCAD保留了沉管灌注桩的计算内容。,表5.3.51 桩的极限侧阻力标准值qsik,表5.3.52 桩的极限
14、端阻力标准值qpk,三、基桩承载力计算,2、在嵌岩桩承载力计算时，如何考虑桩侧摩阻力是一个有争议的问题。一种意见认为嵌岩桩的端阻力很小，构成嵌岩桩承载力的主要是侧摩阻力；另一种意见认为桩侧土的摩阻力在总承载力中所占的比例较小，一般不超过10%左右，在大约10m厚的土层中，桩侧土的摩阻力所占的比例更低，因此没有必要计入。桩基新规范考虑到实际上的嵌岩桩不一定是端承桩，桩基新规范（JGJ942008）调整嵌岩桩嵌岩段側阻和端阻综合经验系数。为了计算方便，在规范正文中将嵌岩桩嵌岩段側阻力和端阻力用嵌岩桩总极限阻力标准值来表示，同时在条文说明中保留原规范分别计算嵌岩桩嵌岩段側阻力和端阻力的公式。,嵌岩桩
15、承载力,(5.3.9-1),(5.3.9-2),(5.3.9-3),(5.3.9-4),（2）端阻力系数p=qrp/fr,软质岩高于硬质岩,注：干作业成孔桩，嵌岩桩s、 p按表列值乘以1.2.,三、基桩承载力计算,3、上世纪九十年代初，后注浆工艺开始用于灌注桩，中国建筑科学研究院地基所研究开发了泥浆护壁灌注桩桩底、桩侧后注浆专利技术（专利号ZL9416598.1），并制订了相应的企业标准。后注浆灌注桩不但能提高承载力还能减少沉降，同时是基础变刚度调平设计的一种手段。桩基新规范（JGJ942008）增加后注浆灌注桩承载力计算与施工工艺，提供了承载力的计算公式，给出了侧阻增强系数与端阻增强系数的表
16、格，大大有利于后注浆工艺的推广使用。后注浆工艺对桩承载力增强效果也不是一成不变的，影响因素与压浆压力、压浆时间、压浆量等有关。,后注浆灌注桩承载力,1 承载力的增强机理,图5-7-1 后注浆对桩端阻、侧阻的增强机理,固化效应：沉渣和泥皮被固化；伴随扩底和扩径效应 充填胶结效应：粗粒土（卵砾、粗中砂）因渗入注浆被胶结 加筋效应：细粒土（粘性土、粉土、粉细砂）因劈裂注浆成加筋复合土,1）.桩底后注浆通过在钢筋笼端部设置2根带单向阀的注浆钢管, 待桩混凝土灌注之后一定时间采用高压泵将水泥浆液通过注浆管和单向阀压入桩底。,2）.桩侧后注浆于钢筋笼上设置带单向阀的注浆管,在桩底注浆前实施桩侧注浆。,3 细粒土中的增强效应,图5-7-2 细粒土中侧阻、端阻的增强特征,2 侧阻、端阻的增强特征,桩端注浆不仅增强端阻，而且使桩底以上1020m侧阻增强； 桩侧注浆不仅增强侧阻，而且起封堵作用，提高桩底注浆效果；,4 粗粒土中的增强效应,图5-7-3 粗粒土中侧阻、端阻的增强特征,
