高层建筑桩箱筏基础结构设计理论与实际研究案例分析附图

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1、高层建筑桩箱（筏）基础高层建筑桩箱（筏）基础设计理论与实践研究设计理论与实践研究董董建建国国第一章第一章绪绪论论第二章第二章高层建筑超长桩箱基础与地基的共同作高层建筑超长桩箱基础与地基的共同作用测试研究用测试研究第三章第三章桩土共同作用及沉降分析桩土共同作用及沉降分析第四章第四章高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础沉降计算的简易基础沉降计算的简易理论法理论法第五章第五章高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础沉降机理分析基础沉降机理分析第六章第六章带裙房高层建筑基础整体设计的研究带裙房高层建筑基础整体设计的研究第七章第七章高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础的变形控制设计基础的变形控制设计理论理论

2、第八章第八章结论与展望结论与展望高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础基础高层建筑桩基础大部分为桩箱基础和桩筏高层建筑桩基础大部分为桩箱基础和桩筏基础。基础。通过增加桩数来提高群桩的承载力使之能承担建筑物的荷载的设计方法称为强度设计方法强度设计方法。1. 1. 强度设计方法认为建筑物的荷载全部由桩强度设计方法认为建筑物的荷载全部由桩承担，桩间土的承载力是不考虑的。承担，桩间土的承载力是不考虑的。2.2.共同作用设计方法认为高层建筑物的荷载共同作用设计方法认为高层建筑物的荷载是由桩和桩间土的承载力共同承担。是由桩和桩间土的承载力共同承担。强度设计方法强度设计方法群桩中单桩竖向承载力单桩竖向承载力校

3、核1.轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下：2.偏心竖向力作用下偏心竖向力作用下：，强度设计方法设计的高层建筑桩基础，国内最高建筑物为上海88层金茂大厦金茂大厦，主楼高420.5m，地下3层,埋深19.2m，主楼底板主楼底板尺寸64m64m，厚厚4m，裙房底板裙房底板面积14950m2，厚厚0.5m。主楼采用914.420的钢管桩，桩长65m，入土深度83m，共429根。裙房采用609.614的钢管桩，桩长33m，入土深度47m，共632根。正在建造的国内最高建筑物在上海，为121层上海中心大厦上海中心大厦。主楼结构高580m，塔冠最高点达632m，主楼底板主楼底板为直径为直径121m，厚厚6m的

4、圆形钢筋混凝土的圆形钢筋混凝土板，板，埋深31.4m，局部埋深34.4m。采用直径为直径为1m的钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩长55.6m，入土深度87m，共955根。也是用强度设计方法设计的高层建筑桩基础。1.进行高层建筑带桩基础与地基共同作用进行高层建筑带桩基础与地基共同作用现场实测研究的目的：现场实测研究的目的：1）为实际的工程设计提供依据为实际的工程设计提供依据;2）它是理论分析正确性的判断和检验标准。）它是理论分析正确性的判断和检验标准。第二章第二章高层建筑超长桩箱基础与高层建筑超长桩箱基础与地基的共同作用测试研究地基的共同作用测试研究图2-1建筑透视图图2-3公寓平面及量测元件布置2.

5、2. 地基反力及地基反力及 荷载分担荷载分担图2-2建筑剖面示意图图图2-4I-I剖面地基反力的分布及随层数增加的变化剖面地基反力的分布及随层数增加的变化图2-6桩与箱基的荷载分担说明：说明：常规设计的超长桩箱基础的桩间土从施工一开始就分担上部荷载，这是高层建筑群桩基础的工作机理。1）桩间土在箱形基础混凝土一浇灌，就存在地基反力了。桩间土在箱形基础混凝土一浇灌，就存在地基反力了。现场实测并未观察到群桩基础先承担上部荷载，而桩间土一点荷载也未承担的情况，这是桩箱（筏）基础的工作机理。这是桩箱（筏）基础的工作机理。这是和带承台单桩的试验结果不同的，带承台单桩的试验结果认为：上部荷载先由单桩承担，承

6、台下的土体的地基反力为零，当单桩荷载达到单桩极限承载力时，单桩承担荷载保持不变，承台下的土体才开始承担上部荷载。高层建筑变形控制设计理论应以群桩基础的工作机理来探讨。2）本例箱基底板分担本例箱基底板分担11.1%的上部荷载。的上部荷载。（a)底板上排钢筋应力底板上排钢筋应力（b)底板底板下排钢筋应力下排钢筋应力图图2-8钢筋应力与时间的变化图钢筋应力与时间的变化图3. 3. 箱基底板钢箱基底板钢筋筋 应力应力1)实测箱基底板钢筋应力远小实测箱基底板钢筋应力远小于钢筋的允许应力。于钢筋的允许应力。底板上排钢筋应1处最大钢筋拉应力29.35MPa，底板下排钢筋（应5）处测得最大钢筋拉应力为11.4

7、4MPa。桩对准剪力墙布置的设计使箱基底板厚度减薄至60cm是合理安全可靠的。这种设计方法与同类的满堂式桩设计方法比较，每幢公寓可节省约15万元投资。2)箱箱基基底底板板钢钢筋筋应应力力随随温温度度变变化的规律。化的规律。钢筋应力并未按荷载的增加而增加，而呈现正弦形规律的变化，最大底板钢筋拉应力往往在1-3月份出现，最小底板钢筋拉应力往往在7-9月份出现。图图2-10大气温度、下排钢筋处温度以及它们之间的温差随时间的变化图大气温度、下排钢筋处温度以及它们之间的温差随时间的变化图图图2-11上排钢筋处温度随时间的变化图上排钢筋处温度随时间的变化图图图2-12钢筋应力计的频率与温度的关系钢筋应力计

8、的频率与温度的关系3)底板底板钢筋应力呈现出正钢筋应力呈现出正弦形规律的变化，这是弦形规律的变化，这是建建筑物整体结构温筑物整体结构温差差应力应力的的结果。结果。4. 4. 桩箱基础底板钢筋应桩箱基础底板钢筋应力力 的机理分析的机理分析1)桩箱基础的底板弯矩按局部弯曲计算；桩箱基础的底板弯矩按局部弯曲计算；2）桩箱基础底板钢筋应力的机理分析：）桩箱基础底板钢筋应力的机理分析：计算桩箱基础底板钢筋应力，计算单元是变化,实测表明，计算单元变化的结论是正确的。3）群桩刚度对箱形基础的底板钢筋应力分布是有）群桩刚度对箱形基础的底板钢筋应力分布是有影影响的。响的。图图2-13应应1，应，应5及应及应9处

9、的上下排钢筋应力随时间的变化处的上下排钢筋应力随时间的变化(a)(b)(c)(d)图图2-14高层建筑桩箱基础的箱基底板计算单元变化图高层建筑桩箱基础的箱基底板计算单元变化图图图2-15箱基底板上下排钢筋应力沿箱基底板上下排钢筋应力沿-剖面的分布图剖面的分布图5 . 5 . 超长桩箱基础超长桩箱基础 的变形的变形 1）沉降很小（）沉降很小（29.3mm,实测推算实测推算的最终沉降为的最终沉降为36.8mm。）；。）；2）超长桩箱基础的整体横向倾超长桩箱基础的整体横向倾斜和纵向弯曲。斜和纵向弯曲。整体横向倾斜：整体横向倾斜：0.25(视作视作均匀下均匀下沉沉)；纵向弯曲：纵向弯曲：-0.386-

10、0.29（与纯箱基差不多）。（与纯箱基差不多）。图图2-17平均平均沉降随时间变化的理论值与实测值的比较沉降随时间变化的理论值与实测值的比较图图2-16沉降随时间（层数）变化的关系沉降随时间（层数）变化的关系第二章第二章 小结小结1桩对准剪力墙的轴线布置的设计方法是合理可行的。桩对准剪力墙的轴线布置的设计方法是合理可行的。2常常规规设设计计的的超超长长桩桩箱箱基基础础的的桩桩间间土土从从施施工工一一开开始始就就分分担上部荷载，这是高层建筑群桩基础的工作机理。担上部荷载，这是高层建筑群桩基础的工作机理。3.在在进进行行高高层层建建筑筑桩桩箱箱基基础础底底板板设设计计中中，桩桩箱箱基基础础整整体体

11、弯矩可以不计，桩箱基础的底板弯矩按局部弯曲计算。弯矩可以不计，桩箱基础的底板弯矩按局部弯曲计算。4.高高层层建建筑筑群群桩桩基基础础对对箱箱形形基基础础的的刚刚度度是是有有影影响响的的。超超长桩箱基础可视为绝对刚性的。长桩箱基础可视为绝对刚性的。5由由于于高高层层建建筑筑物物的的温温差差引引起起的的箱箱基基底底板板钢钢筋筋应应力力的的变变化不容忽视。化不容忽视。第三章第三章桩土共同作用及沉降分析桩土共同作用及沉降分析1.1.弹弹性性理理论论法法。这是以明特林（Mindlin）解为基础的一种桩基础沉降计算方法。在具体应用中分为两类:位移解；位移解；应力解：应力解：盖特斯（Geddes）。）。弹性

12、理论法计算参数不易确定。弹性理论法计算参数不易确定。2.2.简简易易理理论论法法。该法是由笔者在1989年提出的桩箱（筏）基础最终沉降计算方法。土中应力用布西奈斯克解或明特林（Mindlin）解。简易理论法简单，能够手算，计算参数易确定，计计算算结结果果不不需需用用沉沉降降计算经验系数修正。计算经验系数修正。3.3.实实体体深深基基础础法法。这个方法是国内在1989年前规范推荐的方法，该法简单，方便，能够手算，计算结果需用沉降计算经验系数修正。沉降计算经验系数改变后，这个方法仍在上海市地基基础设计规范（DGJ08-11-1999）中存在。此此法法不不能能计计算算沉沉降降与与桩桩数数的的关关系系

13、。土中应力用布西奈斯克解。4.4.剪切位移法。剪切位移法。这个方法国内很少用于实际。高层建筑桩箱（筏）基础的共同高层建筑桩箱（筏）基础的共同作用的理论分析结果作用的理论分析结果:1、适当减少桩数，建筑物的沉降增加很少（图、适当减少桩数，建筑物的沉降增加很少（图b），底板弯矩平缓增加（图，底板弯矩平缓增加（图c），且桩，且桩间土分担上部荷载的比例增加间土分担上部荷载的比例增加（图（图d）。2、常规设计的桩箱（筏）基础的角桩，边桩，内、常规设计的桩箱（筏）基础的角桩，边桩，内部桩反力之比为部桩反力之比为3.59:2.71:1;极限设计（群桩的平均荷载等于单桩的极限极限设计（群桩的平均荷载等于单桩的

14、极限承载力）的桩箱（筏）基础的角桩，边桩，内部承载力）的桩箱（筏）基础的角桩，边桩，内部桩反力之比为桩反力之比为1.39:1.20:1。3、常规设计的桩箱（筏）基础底板的钢筋应力均、常规设计的桩箱（筏）基础底板的钢筋应力均很小，在很小，在30MPa以内（图（图2-8）,（表（表b）。4、桩越长，建筑物的沉降就越小，但当长细比达到、桩越长，建筑物的沉降就越小，但当长细比达到某值时，减小沉降的作用就不明显了（图某值时，减小沉降的作用就不明显了（图f）。5、合理布置桩位，高层建筑桩箱基础采用轴线桩及、合理布置桩位，高层建筑桩箱基础采用轴线桩及高层建筑桩筏基础采用柱对桩方案可大大减薄底板厚高层建筑桩筏

15、基础采用柱对桩方案可大大减薄底板厚度；桩布置外密内疏是为了充分利用内部桩的承载力，度；桩布置外密内疏是为了充分利用内部桩的承载力，桩布置外疏内密是为了减小底板的弯矩桩布置外疏内密是为了减小底板的弯矩。图图b桩间距与沉降的关系桩间距与沉降的关系图图c筏中最大弯矩与桩间距的关系筏中最大弯矩与桩间距的关系图图d桩分担系数桩分担系数 与桩间距与桩间距s 的关系的关系表表b实测的底板钢筋应力实测的底板钢筋应力图图f桩长桩长L与沉降与沉降S的关系的关系高层建筑桩箱（筏）基础与地基共同作用的理高层建筑桩箱（筏）基础与地基共同作用的理论和实践研究表明：论和实践研究表明：加大桩间距，减少桩数，充分利用桩间土的承

16、加大桩间距，减少桩数，充分利用桩间土的承载力是可行的。载力是可行的。由此建立共同作用设计方法共同作用设计方法。该设计方法的核心是认为高层建筑桩箱（筏）基础能否正常安全工作，主要是：(1)让建筑物的实际沉降小于允许沉降；(2)让桩的承载力与桩间土的承载力之和控制在一定的范围内；(3)要求桩群中的基桩平均荷载不超过单桩的极限承载力。下面例子说明桩间土的承载力是客观存在的：下面例子说明桩间土的承载力是客观存在的：上海属软土地基，其地基承载力也有上海属软土地基，其地基承载力也有80kPa。高层建筑一般均有较大的埋深，实践证明：高层建筑一般均有较大的埋深，实践证明：当地当地下室埋深在下室埋深在5.5m5

17、.5m左右，不采用桩基础仍可造左右，不采用桩基础仍可造1212层层高层建筑，沉降量仍在高层建筑，沉降量仍在20cm20cm以内。以内。 当建筑物的荷载等于挖去土重时，即处于所当建筑物的荷载等于挖去土重时，即处于所谓的自重应力阶段，建筑物仅有谓的自重应力阶段，建筑物仅有2mm2mm以内的绝对沉以内的绝对沉降量降量（图（图g）。）。图图g卸载（深基坑开挖）与变形的关系卸载（深基坑开挖）与变形的关系另外，上海兰生大酒店，另外，上海兰生大酒店，26层高层建筑，层高层建筑，地下室埋深地下室埋深7.6m，总压力为总压力为360 360 kPakPa，而筏基，而筏基持力层承载力持力层承载力358kPa358

18、kPa之多，之多，但是这幢建筑物却但是这幢建筑物却设置了设置了230根桩长为根桩长为53m的的609.6mm12mm的的超长钢管桩。此例可见，常规设计的高层建筑超长钢管桩。此例可见，常规设计的高层建筑桩箱（筏）基础把这么大的筏基持力层承载力桩箱（筏）基础把这么大的筏基持力层承载力全部忽略了。全部忽略了。常规设计没有考虑桩间土承载力这个宝贵的常规设计没有考虑桩间土承载力这个宝贵的自然资源。自然资源。高层建筑桩箱（筏）基础的共同作用设计方高层建筑桩箱（筏）基础的共同作用设计方法是在高层建筑桩箱（筏）基础常规设计方法法是在高层建筑桩箱（筏）基础常规设计方法和高层建筑桩箱（筏）基础与地基共同作用时和高

19、层建筑桩箱（筏）基础与地基共同作用时桩间土从施工一开始就分担上部荷载的事实而桩间土从施工一开始就分担上部荷载的事实而发展起来的。发展起来的。如何充分利用桩间土的承载力，如何充分利用桩间土的承载力，减少桩数，合适布置桩距和长短是高减少桩数，合适布置桩距和长短是高层建筑桩箱（筏）基础共同作用设计层建筑桩箱（筏）基础共同作用设计方法的主要内容。方法的主要内容。第四章第四章高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础基础沉降计算的简易理论法沉降计算的简易理论法4-1.4-1.概述概述4-2.4-2.基本原理基本原理: :通过对桩箱通过对桩箱(筏筏)基础受力环境的比较，分析它们的变形机理，基础受力环境的比较，分

20、析它们的变形机理，给出两种桩箱给出两种桩箱(筏筏)基础沉降计算的分析模式：基础沉降计算的分析模式：1 1） P P T T 的分析模式；的分析模式；2 2） P P T T 的分析模式；的分析模式； P P 总荷载总荷载； T T 总抗剪力总抗剪力。 P P T T : :图图4-4P P T T 情况情况 P P T T : :图图4-6P T 情况情况 T 的计算：的计算：4-3.4-3.简易理论法的单桩分析简易理论法的单桩分析1）短桩）短桩2）长桩）长桩3）超长桩）超长桩通过单桩的各种桩长的简易理论法分析与实测比较通过单桩的各种桩长的简易理论法分析与实测比较，可得如下结论：可得如下结论：

21、沉降计算的简易理论法可以计算单桩的各种桩长的沉降。沉降计算的简易理论法可以计算单桩的各种桩长的沉降。单桩的简易理论法可以给出理论的单桩刚度：单桩的简易理论法可以给出理论的单桩刚度：kp=Q /S (4-18) 10m以内的短桩，以内的短桩，单桩的简易理论法计算沉降，在计算桩长范围单桩的简易理论法计算沉降，在计算桩长范围内土层的压缩量时采用沿桩长压力分布为矩形分布的假定，内土层的压缩量时采用沿桩长压力分布为矩形分布的假定，桩长范围内桩长范围内土层的压缩量可以忽略；土层的压缩量可以忽略；对于对于20-30m的长桩的长桩，实测的，实测的Q-S曲线均在沿桩曲线均在沿桩长压力分布为三角形分布和沿桩长压力

22、分布为矩形分布理论长压力分布为三角形分布和沿桩长压力分布为矩形分布理论Q-S曲线之曲线之间，说明间，说明20-30m的长桩的沉降量，桩的压缩量开始占到一定的比例，因的长桩的沉降量，桩的压缩量开始占到一定的比例，因此，此，不能忽略桩间土的压缩量不能忽略桩间土的压缩量。而。而45m以上的超长桩以上的超长桩，在计算桩长范围，在计算桩长范围内土层的压缩量时宜采用沿桩长压力分布为三角形分布的假定，内土层的压缩量时宜采用沿桩长压力分布为三角形分布的假定，且超长且超长桩的沉降量主要是桩的压缩量。桩的沉降量主要是桩的压缩量。单桩的简易理论法给出荷载与沉降（单桩的简易理论法给出荷载与沉降（Q-S）的非线性关系的

23、非线性关系，短桩，短桩和长桩还给出理论的单桩极限承载力值。和长桩还给出理论的单桩极限承载力值。4-4.4-4.简易理论法的群桩分析简易理论法的群桩分析1）在上海）在上海表表4-18温州地区温州地区12幢高层建筑沉降计算值与实测值的比较幢高层建筑沉降计算值与实测值的比较序号工程名称桩入土深度（m）简易理论法（mm）实测沉降（mm）1瓯江大厦60.033.9628.02国际大酒店60.051.247.03五金大酒店30.048.233.14温富大厦55.038.228.05西湖锦园55.059.353.46一医病房大楼30.011.08.07检察院办公侦查大楼60.045.225.18二院综合病房

24、大楼43.037.221.29乐昌大厦45.070.351.210东方大厦50.040.726.011工商银行50.061.245.812世纪大厦70.035.6注：简易理论法预估最终沉降；实测沉降位竣工时的沉降。2）在外地）在外地4-5. 4-5. 不同应力计算方法对桩箱不同应力计算方法对桩箱( (筏筏) ) 基础沉降计算的比较基础沉降计算的比较 附加应力用附加应力用布西奈斯克解计算，计算沉降最大；用明特林解计算时，泊松比大，计算沉降大。第四章第四章 小结小结1高层建筑桩箱(筏)基础沉降计算的简易理论法可以计算各种桩长（7.5m-60m）的最终沉降；此法简单、方便，且可以手算；计算参数容易确

25、定；计算结果均不需使用桩基沉降修正系数；考虑了桩间土分层的影响；能反映建筑物荷载与沉降的非线性关系；计算沉降量与实测推算值相当接近，并在外地获得成功。计算沉降量与实测推算值相当接近，并在外地获得成功。2用简易理论法的基本原理可以进行单桩分析，用简易理论法的基本原理可以进行单桩分析，能获得单桩的理论的单桩刚度；给出荷载与沉降（Q-S）的非线性关系；短桩和长桩还给出理论的单桩极限承载力值。3高层建筑桩箱(筏)基础沉降计算的简易理论法不管桩的长度为多少，用布西奈斯克解计算的沉降大，用明特林解计算的沉降较小；超长桩情况，明特林解计算的沉降值更接近于实测推算值，对于短桩和中长桩情况，布西奈斯克解计算的沉

26、降更接近于实测推算值,且明特林解计算的沉降误差较大；高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础沉降计算用布西奈斯克解是可行的。基础沉降计算用布西奈斯克解是可行的。第五章第五章高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础沉降机理分析基础沉降机理分析(5-1)1.1.前言前言桩桩数数变化必须满足下式：变化必须满足下式：式中：Pu桩的极限承载力；Pb桩材料的强度极限荷载：np设计最少桩数。2.桩箱（筏）基础的沉降机理分析和优化设计桩箱（筏）基础的沉降机理分析和优化设计1）高层建筑桩箱（筏）基础的荷载沉降曲线）高层建筑桩箱（筏）基础的荷载沉降曲线2）高层建筑桩箱（筏）基础的桩数与沉降的关系）高层建筑桩箱（筏）基础的

27、桩数与沉降的关系3）高层建筑桩箱（筏）基础桩长与建筑物沉降的关系）高层建筑桩箱（筏）基础桩长与建筑物沉降的关系4）下卧层压缩模量的影响）下卧层压缩模量的影响5）箱（筏）基础宽度）箱（筏）基础宽度B对建筑物沉降的影响对建筑物沉降的影响6）箱（筏）基础面积变化对建筑物沉降的影响）箱（筏）基础面积变化对建筑物沉降的影响7）桩径变化对建筑物沉降的影响）桩径变化对建筑物沉降的影响图图5-18m短桩的短桩的p-S曲线曲线图图5-3桩数与建筑物沉降的理论关系桩数与建筑物沉降的理论关系图图5-254.6m超长桩的超长桩的p-S曲线曲线图图5-7建筑物基础的平面面积变化对沉降的影响建筑物基础的平面面积变化对沉降

28、的影响图图5-5例例4-2情况的下情况的下卧层模量卧层模量变化与沉降变化与沉降的关系的关系图图5-4例例4-2情况桩长与沉降的关系情况桩长与沉降的关系（a）桩径变化对单桩承载力的影响桩径变化对单桩承载力的影响(b)桩径变化对建筑物沉降的影响桩径变化对建筑物沉降的影响（A）8m短方桩情况短方桩情况（B）52.3m超长圆桩情况超长圆桩情况图图5-8建筑物桩基础的桩径变化对单桩承载力和建筑物沉降的影响建筑物桩基础的桩径变化对单桩承载力和建筑物沉降的影响例例5-1某地某两幢办公大楼均为25层高层建筑，上部结构采用框架剪力墙结构。1#楼平面面积为：27m24m，2#楼平面面积为：37m21m。两幢大楼共

29、用同一个筏板基础，筏板基础平面面积为1692m2。采用桩筏基础，筏板厚2m，埋深5m。桩选用0.45m0.45m28.0m预制钢筋混凝土方桩。1#楼桩数256根，2#楼桩数248根。场地的地质资料见表5-3。桩基持力层为7-1层。图图5-9两幢办公大楼的共用桩筏基础平面图及各测点实测沉降值两幢办公大楼的共用桩筏基础平面图及各测点实测沉降值3. 3. 实例分析实例分析这这两两幢幢办办公公大大楼楼1995年年底底结结构构封封顶顶，至至1999年年1月月5日日沉沉降降观观测测的的最最大大沉沉降降达达305.4mm，最最大大沉沉降降速速率率为为0.177mm/天天,最最大大倾倾斜斜为为4.20。在软土

30、地区，高层建筑桩筏基础一般来说沉降是小的，差异沉降也较小，通常系均匀下沉，一般不会有较大的倾斜，但是，当当绝绝对对沉沉降降很很大大时时，则则差差异异沉沉降降也也将将增增加加。因因此此在在实实际际设设计计中中，合合理理的的沉沉降降计计算算方方法法和和合合理理的的计计算算模模式式及及计计算算参参数数的的选选用用是是至至关关重重要要的的，它可以得到高层建筑的安全建造，否则建造的高层建筑将会出现不符合规范的结果，并形成长期不能完工和使用，造成很大的经济损失。为为此此有有必必要要对对这这两两幢幢办办公公大大楼楼进进行行沉沉降降分分析析，以了解可能的不合理的原因。以了解可能的不合理的原因。1)沉降计算沉降

31、计算沉降计算时，合适的桩筏基础平面面积选择的重要性；沉降计算时，合适的桩筏基础平面面积选择的重要性；沉降计算时，合适的压缩模量选择的重要性沉降计算时，合适的压缩模量选择的重要性。2）实测研究实测研究3）桩基础施工情况桩基础施工情况4）设计建议设计建议表表5-4桩端持力层下各土层的压缩模量的选择桩端持力层下各土层的压缩模量的选择土层层序土层层序7-1层层7-2层层8-1层层8-2层层9层层补勘的建议补勘的建议（MPa）35.050.012.018.0ES（MPa）15.1222.086.8512.2532.64表表5-5桩筏基础平面面积变化对建筑物沉降的影响桩筏基础平面面积变化对建筑物沉降的影响

32、桩筏基础平面面积（m2）2#楼楼8161#楼楼87610721341整体整体1692214526813217计算沉降（mm）266304372429480522553573图图5-10桩筏基础平面面积与计算沉降的关系桩筏基础平面面积与计算沉降的关系1)沉降计算沉降计算表表5-6两种计算方法及两种模量取值的最终沉降计算值两种计算方法及两种模量取值的最终沉降计算值计算方法压缩模量取用整体基础面积（1692m21#楼基础面积（876m2）2#楼基础面积（816m2）简易理论法补勘的建议值315mm199mm173mmES480mm304mm266mm规范法(勘察院计算)补勘的建议值282.7mm最大

33、实测值（最小实测值）1999年1月5日量测305mm（180mm）295mm（180mm）305mm（209mm）最大沉降速率（mm/天）1999年1月5日量测0.1170.0920.117图图5-111#楼的沉降与时间的关系楼的沉降与时间的关系2）实测研究）实测研究图图5-122#楼的沉降与时间的关系楼的沉降与时间的关系3 3）桩基础施工情况）桩基础施工情况本工程的桩采用预制钢筋混凝土方桩，桩断面为桩选用0.45m0.45m，桩长为28.0m，系两节桩，采用焊接连接。设计桩尖进入7-1土层。用压桩法进行施工。压桩从1993年12月开始，到1994年6月完成504根根的压桩任务，其中有其中有1

34、41141根桩未压到设计标高而截短根桩未压到设计标高而截短0. 5m-1.5m0. 5m-1.5m。1#楼截桩楼截桩61根，占总桩数的根，占总桩数的23.8%；2#楼截桩楼截桩80根，占总桩数的根，占总桩数的32.2%。截桩数的比例是够大的。截桩数的比例是够大的。从前面分析可知：桩长对建筑物的沉降是有较大影响的，桩长对建筑物的沉降是有较大影响的，这么多的截桩将使建筑物的沉降增大。这么多的截桩将使建筑物的沉降增大。4 4）设计建议）设计建议这两幢建筑物由于合用一个整体基础，建筑物的沉降将大增，但若事先能知道基础面积增大会使建筑物的沉降增大，那就会采取合理的措施使建筑物的沉降控制在规范规定的允许沉

35、降以内，下面探讨这两幢建筑物使其的沉降控制在规范规定的允许沉降以内的办法。图图5-13例例5-1建筑物的桩长与沉降的关系曲线建筑物的桩长与沉降的关系曲线5-3 5-3 本章小结本章小结1.高层建筑桩箱（筏）基础沉降计算简易理论法可以分析高层建筑箱（筏）基础的总压力p和沉降S的关系，桩数与沉降的关系；桩长变化与建筑物沉降的关系；下卧层压缩模量对沉降的影响；箱（筏）基础宽度B对建筑物沉降的影响；建筑物平面面积对沉降的影响以及桩截面变化对沉降的影响。2.通过对这些影响因素的分析研究，对高层建筑桩箱（筏）基础的工作机理有了深入的了解，可以自由地进行最优设计，使高层建筑桩箱（筏）基础的基础设计做到既合理

36、安全又经济，达到优化设计的目的达到优化设计的目的。3.通过一实例分析可知，两两幢幢建建筑筑物物合合用用一一整整体体基基础础，应应以以整整体体基基础础的的平平面面面面积积计计算算沉沉降降，桩桩端端下下土土层层的的压压缩缩模模量量应应采采用用自自重重应应力力至至自自重重应应力力加加附附加加应应力力对对应应的的压压缩缩模模量量。同时指出，太太大大的的沉沉降降量量会会使使建建筑筑物物容容易易倾倾斜斜。桩的长度对建筑物的沉降量影响明显，桩桩的的压压入入应应以以桩桩尖尖标标高高为为准，准，不能用桩压不下去为理由不压到桩尖标高。第六章第六章带裙房高层建筑基础带裙房高层建筑基础整体设计的研究整体设计的研究6-

37、1 . 6-1 . 带裙房高层建筑与地基基础的共同作用分析带裙房高层建筑与地基基础的共同作用分析6-2 . 6-2 . 带裙房高层建筑桩箱（筏）基础的整体设计带裙房高层建筑桩箱（筏）基础的整体设计6-3 . 6-3 . 带裙房高层建筑整体设计的实测研究带裙房高层建筑整体设计的实测研究图图6-1带裙房高层建筑子结构的划分带裙房高层建筑子结构的划分图图6-2主楼子结构向裙房子结构的凝聚主楼子结构向裙房子结构的凝聚KBKFKSU=Q+SB(6-1)式中式中:KB等效边界刚度矩阵；等效边界刚度矩阵；KF基础的刚度矩阵；基础的刚度矩阵；KS地基刚度矩阵；地基刚度矩阵；U基础位移向量；基础位移向量；Q 荷

38、载向量；荷载向量；SB等效边界荷载向量；等效边界荷载向量；6-1 . 6-1 . 带裙房高层建筑与地基基础的共同作用分带裙房高层建筑与地基基础的共同作用分析析图图6-3计算实例高层建筑平面图计算实例高层建筑平面图表表6-1II-II剖面的理论计算与部分高层建筑的几何尺寸和变形的实测结果剖面的理论计算与部分高层建筑的几何尺寸和变形的实测结果理理论论计计算算实实测测结结果果IIIIIIIVV郑州旅游旅馆87美国独特壳体广场88筏板厚度h(m)131823282310252裙房悬挑长度L1（m）16016016016004061L1/ h12389705704024平均沉降（m）0210200190

39、1803102530.125（筒体）差异沉降（m）0150120100080070021006相对弯曲（）234188156125109029085图图66L1h与相对弯曲与相对弯曲r 的关系的关系6-2带裙房高层建筑桩箱（筏）基础的带裙房高层建筑桩箱（筏）基础的 整体设计整体设计共同作用方程式共同作用方程式 （Kb+KR+KSp）Ub=Sb+PR（6-2）式中式中Kb整个上部结构（包括裙房）关于整个上部结构（包括裙房）关于基础顶面的等效边界刚度矩阵；基础顶面的等效边界刚度矩阵；KR筏板基础的整体刚度矩阵；筏板基础的整体刚度矩阵；KSp桩土结点的刚度矩阵；桩土结点的刚度矩阵；Sb整个上部结构关

40、于基础顶面的等效荷载列向量；整个上部结构关于基础顶面的等效荷载列向量；Ub相应的边界结点位移列向量；相应的边界结点位移列向量；PR筏板基础本身所受的结点力列向量。筏板基础本身所受的结点力列向量。图图6-7带裙房高层建筑子结构的划分带裙房高层建筑子结构的划分图图6-8带裙房高层建筑基础平面图带裙房高层建筑基础平面图计算实例：计算实例：高层建筑主楼均为高层建筑主楼均为20层，裙房为层，裙房为2层，主楼与裙房均为剪力墙结构，墙厚层，主楼与裙房均为剪力墙结构，墙厚0.22m。主楼主楼EFGH平面尺寸为平面尺寸为48m32m，左右两侧各带左右两侧各带16m宽的裙房（见图宽的裙房（见图6-8），），AEH

41、D，FBCG平面为裙房平面，主楼和裙房的筏厚相同，均为平面为裙房平面，主楼和裙房的筏厚相同，均为2.3m。主楼布桩主楼布桩93根，裙房下布桩分别取根，裙房下布桩分别取80根、根、28根、根、0根三种情况。根三种情况。桩长均为桩长均为30m，桩径为桩径为0.5m0.5m，均系钢筋混凝土方桩，桩的弹性模量为均系钢筋混凝土方桩，桩的弹性模量为2.6104MPa。筏板弹性模量筏板弹性模量ER3104MPa，泊桑比泊桑比R=0.17。地基采用弹性半无限体地基地基采用弹性半无限体地基模型，模型，模量模量ES20MPa，S0.35。表表6-2带裙房高层建筑桩筏基础与地基的共同作用的计算带裙房高层建筑桩筏基础

42、与地基的共同作用的计算算算况况无无桩桩主主楼楼有有桩（桩（93根桩）根桩）1（80根桩）根桩）2（28根桩）根桩）3（0根桩）根桩）平均沉降（平均沉降（m）0.350.0250.0280.030差异沉降（差异沉降（m）0.200.0410.0390.035相对弯曲（相对弯曲（）3.100.640.610.556-3 6-3 带裙房高层建筑整体设计的实测研带裙房高层建筑整体设计的实测研究究高层建筑主楼与裙房同置于一个整体基础上的以下几种形式高层建筑主楼与裙房同置于一个整体基础上的以下几种形式的设计是有效的：的设计是有效的：（l）悬挑式；悬挑式；（2）主楼桩数多，裙房桩数少的布桩形式；）主楼桩数多

43、，裙房桩数少的布桩形式；（3）主楼底板厚，裙房底板薄；）主楼底板厚，裙房底板薄；（4）主楼桩长些，裙房桩短些。）主楼桩长些，裙房桩短些。这些设计的目的是为了减少整体基础的差异沉降这些设计的目的是为了减少整体基础的差异沉降 . .表表6-34幢高幢高层建筑不同基建筑不同基础形式的形式的L1/h实测值及部分建筑物的相及部分建筑物的相对弯曲弯曲值序序号号名名 称称建筑建筑高度高度（m）主主 楼楼裙裙 房房基基础形式形式底板底板厚度厚度h（m）裙房裙房悬挑挑长度度L1（m）L1/h相相对弯曲弯曲 r（）层 数数高高 度度（m）层 数数地地上上地地下下地地上上地地下下1 1郑州旅游州旅游旅旅馆60.05

44、60.0517171 15.585.58/ /1 1箱基箱基1.01.04.04.04.04.00.290.292 2美国独特美国独特壳体广壳体广场大楼大楼217.6217.652524 418.218.2/ /4 4片筏片筏2.522.526.16.12.422.420.850.853 3上海上海联谊大厦大厦9090105.2105.230301 119.019.03 31 1桩箱箱1.61.67.07.04.384.384 4上海上海贸海海宾馆929294.594.526262 27.67.6/ /2 2桩筏筏2.32.3(1.0)(1.0)14.1514.1514.214.20.350.

45、35注：括号内的数字注：括号内的数字为裙房底板厚度。裙房底板厚度。序号序号4:主楼采用主楼采用2.3m厚的片筏基础再加厚的片筏基础再加200根根,而两旁二层地下室采用而两旁二层地下室采用1m厚的片筏基础厚的片筏基础加加30根同样尺寸、同样入土深度的钢管桩。根同样尺寸、同样入土深度的钢管桩。筏厚筏厚2.3m处的桩基础，每根桩承担处的桩基础，每根桩承担6.25m2的上部荷载。的上部荷载。筏厚筏厚lm处的桩基础，每根桩承担处的桩基础，每根桩承担25m2的上部裙房荷载。的上部裙房荷载。从该建筑物基础的纵向弯曲和筏内钢筋应力的实测结果来说明此类桩基布置的合理性。从该建筑物基础的纵向弯曲和筏内钢筋应力的实

46、测结果来说明此类桩基布置的合理性。图图6-11钢筋应力计布置及钢筋应力变化钢筋应力计布置及钢筋应力变化主楼筏板厚主楼筏板厚2.3m;裙楼筏板厚裙楼筏板厚1.0m.4）带裙房高层建筑桩箱（筏）基础整体设计的计算参数的确定带裙房高层建筑桩箱（筏）基础整体设计的计算参数的确定表表6-5上海桩基基床系数建议值上海桩基基床系数建议值86土层名称土层名称桩入土深度桩入土深度(m)k(kN/m3)k长期长期(kN/m3)粉砂粉砂110800-900500-700灰色粉砂灰色粉砂2201800-20001400褐灰粘土褐灰粘土44025301500-2000暗绿粉质粘土暗绿粉质粘土262000-2600160

47、0-2000草黄砂质粉土，草黄砂质粉土，粉质粘土夹粉细砂粉质粘土夹粉细砂303300-45002000-3500草黄粉砂草黄粉砂2409000-109005000-8000灰色粉砂，灰色粉砂，青灰粉细砂青灰粉细砂2506000-130004500-12000暗绿粉质粘土，暗绿粉质粘土，砂质粉土夹粉质粘土，砂质粉土夹粉质粘土，灰粉质粘土夹砂灰粉质粘土夹砂50-607000-170007000-120005)应用实例应用实例世界金融大厦总建筑面世界金融大厦总建筑面积积84413m2（地上建筑面积地上建筑面积66779m2，地下建筑面积地下建筑面积17634m2），），主楼主楼43层，总层，总高度高

48、度168.7m。上部结构为钢筋混凝土上部结构为钢筋混凝土核心筒加劲性组合柱，压型核心筒加劲性组合柱，压型钢板作为楼层的框筒结构。钢板作为楼层的框筒结构。3层地下室呈五边形，开挖层地下室呈五边形，开挖深度为天然地面下深度为天然地面下15m。裙裙房房4层，高层，高19.8m,与主楼单与主楼单面相接，呈贝壳扇形。结构面相接，呈贝壳扇形。结构的剖面图和平面图分别见图的剖面图和平面图分别见图6-16和图和图6-17。图图6-16世界金融大厦剖面图世界金融大厦剖面图图图6-17世界金融大厦平面图世界金融大厦平面图在高低建筑物之间设置后浇带与不设置后浇带的工作高低建筑物之间设置后浇带与不设置后浇带的工作机理

49、是有区别的机理是有区别的. .高低建筑物之间不设置后浇带后，高低建筑物处于同高低建筑物处于同一个整体基础，主楼荷载向整体基础裙房下的部分扩散，一个整体基础，主楼荷载向整体基础裙房下的部分扩散，使得基础面积增大，基底总压力减小，裙房基础下面的桩使得基础面积增大，基底总压力减小，裙房基础下面的桩的功能不是抗拔，而是抗压，裙房基础是下沉的。的功能不是抗拔，而是抗压，裙房基础是下沉的。且裙房和主楼在整体基础的交界处的变形是连续的，它的受力状态与主楼和裙房间设沉降缝为两个基础的受力状态是不同的，使得整体基础的差异沉降和相对弯曲均有所改善。理论计算结果表明，带桩主楼和裙房处于一个整体基理论计算结果表明，带

50、桩主楼和裙房处于一个整体基础对高低建筑物的差异沉降是有好处的。础对高低建筑物的差异沉降是有好处的。在对配钢筋和桩的布置与数量进行调整后，对世界金对世界金融大厦决定考虑不设置沉降缝的方案，并在施工过程中取融大厦决定考虑不设置沉降缝的方案，并在施工过程中取消后浇带。消后浇带。2000年6月精装修结束，在正式投入使用前夕，主楼的最大实测沉降为主楼的最大实测沉降为48.9mm48.9mm，平均实测沉降为平均实测沉降为44.62mm;44.62mm; 裙房的最大实测沉降为裙房的最大实测沉降为46.84mm46.84mm，平均实测沉降为平均实测沉降为33.29mm33.29mm。 其倾斜和相对弯曲均在其倾

51、斜和相对弯曲均在0.10 0.10 以内以内，筏板整体基础，筏板整体基础在裙房和主楼的交界处未发现裂缝。在裙房和主楼的交界处未发现裂缝。 应用带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的理论应用带裙房的高层建筑与地基基础共同作用的理论在该工程的设计实践中获得成功。在该工程的设计实践中获得成功。因此，不设置后浇带的方案，不仅施工方便和缩短工期，并且节省钢筋等材料，获得较大经济效益，与原设计方案相比，仅仅材料费一项就节约人民币仅仅材料费一项就节约人民币120120万元。万元。6-4 6-4 本章小结本章小结1对带裙房的高层建筑箱（筏）基础的整体设计作了理论和实测研究，指指出出裙裙房房建在箱（筏）底板的悬挑

52、段是可行的，建在箱（筏）底板的悬挑段是可行的，提出悬臂长度与底板厚度之合适比值；2提出带裙房高层建筑桩箱（筏）基础整体设计的理论和建议，指指出出带带裙裙房房高高层层建建筑筑桩桩箱箱（筏筏）基基础础整整体体设设计计采采用用裙裙房房桩桩疏疏些些，桩桩长长度度短短些些，底底板板厚厚度度薄薄些些的的设设计计方方案案可可有有效效地地减减小小整整体体基基础础的的差差异异沉沉降降和和相相对对弯弯曲曲。提出主楼和裙房整体基础的相对弯曲的允许值应控制在提出主楼和裙房整体基础的相对弯曲的允许值应控制在0.850.85以内；以内；3笔者提出的上海地区各种典型桩持力层的建筑竣工时和长期使用时的桩基基床系数建议值，可供

53、设计使用，并可粗略估算建筑物的沉降值；4笔者提出的带裙房高层建筑桩箱（筏）基础整体设计研究成果在世界金融大厦决定考虑不设置沉降缝的方案并在施工过程中取消后浇带的实践中，获得成功。与原设计方案相比，仅仅材料费一项就节约人民币达120万元。第七章第七章高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础基础的变形控制设计理论的变形控制设计理论7-17-1、 概述概述7-27-2、 高层建筑桩箱（筏）基础的变高层建筑桩箱（筏）基础的变形控制设计理论形控制设计理论7-37-3、 计算实例计算实例7-47-4、 应用实例应用实例 7-27-2、高层建筑桩箱（筏）基础、高层建筑桩箱（筏）基础 的变形控制设计理论的变形控制

54、设计理论1.PT情况（情况（P和和T的意义同第四章前）的意义同第四章前）这种情况的高层建筑通常为超高层，桩通常为超长桩。常规设计建筑物的沉这种情况的高层建筑通常为超高层，桩通常为超长桩。常规设计建筑物的沉降通常在降通常在50mm左右，使用变形控制设计理论，建筑物的允许沉降不宜太大。建左右，使用变形控制设计理论，建筑物的允许沉降不宜太大。建议允许沉降议允许沉降S为为150mm，则建筑物的沉降则建筑物的沉降S：S S=150mm(7-1)具体应用时，对常规设计有下列几种优化设计：具体应用时，对常规设计有下列几种优化设计：在桩数、桩径和桩长不变的条件下，建筑物加层的优化。在桩数、桩径和桩长不变的条件

55、下，建筑物加层的优化。要求加层后增加的压力由桩间土承担，需满足下式：要求加层后增加的压力由桩间土承担，需满足下式：（7-2）式中：式中：变形控制设计的总压力；变形控制设计的总压力；常规设计的总压力；常规设计的总压力； k 由于桩的设置引起的箱（筏）基础底土的面积及土的扰动系数，由于桩的设置引起的箱（筏）基础底土的面积及土的扰动系数，k=0.8-0.9；在在建建筑筑物物层层数数、桩桩径径和和桩桩长长不不变变的的条条件件下下，桩桩数数的的优化。优化。高层建筑桩箱（筏）基础常规设计是认为仅由桩来承受外荷载P的，即：(7-3)式中np1，np2，np常为桩数；Pu和Ap分别为桩的极限荷载和桩横截面积；

56、R为桩材料用边长为20cm的混凝土立方体试块的极限抗压强度。式中：f 为箱(筏)基础底土的承载力设计值，P ，Pu，PB，Ap，A意义同前。式式（7-67-6）表表明明减减少少桩桩数数后后，减减少少的的桩桩承承载载力力的的总和应小于等于桩间土可以承担的荷载。总和应小于等于桩间土可以承担的荷载。(7-5)(7-6)(7-4)图图7-230层高层住宅的层高层住宅的np-S曲线曲线在建筑物层数、桩径和桩数不变的条件下，桩长的优化。在建筑物层数、桩径和桩数不变的条件下，桩长的优化。对于桩长的优化，根据地质条件，首先用常规设计方法确定桩基持力层、桩径和桩数。在PT条件下:打入桩的桩径不宜小于打入桩的桩径

57、不宜小于500（方桩边长不宜小于方桩边长不宜小于450mm）；）；钻孔灌注桩桩径不宜小于钻孔灌注桩桩径不宜小于700，并使桩的长细比小于并使桩的长细比小于100。2PT情况（情况（P和和T的意义同前）的意义同前）这种荷载条件的高层建筑桩基础通常为短桩或长桩。层数相对要少些，使用变形设计控制理论，建筑物的允许沉降可以大一点，建议允许沉降为25cm，即建筑物的沉降为：即建筑物的沉降为：S25cm(7-6)在这种条件下同样可以进行建筑物加层的优化，减少桩数和缩短桩长的优化。建建筑物基础优化设计完成后，仍要进行桩与桩间土的整体承载力的校核。筑物基础优化设计完成后，仍要进行桩与桩间土的整体承载力的校核。

58、7-4 7-4 应用实例应用实例1应用实例应用实例1图图7-5罗山六小区罗山六小区高层建筑基础平面图示意（单位：高层建筑基础平面图示意（单位：m）图图7-7罗山六小区罗山六小区高层建筑的的桩长与沉降的关系高层建筑的的桩长与沉降的关系1995年年5月月17日结构封顶，历时日结构封顶，历时8个月，建筑物平均沉降个月，建筑物平均沉降22.2mm，最最大沉降大沉降27mm，最小沉降最小沉降19mm。小于预估的最终沉降小于预估的最终沉降83.2mm，实测结果实测结果证明，两幢高层桩长缩短证明，两幢高层桩长缩短2m是成功的。两幢高层可节约约是成功的。两幢高层可节约约10万元。万元。2应用实例应用实例2上海

59、控江路北块旧区改造九州花园南北两幢高层原系24层高层住宅，采用5050cm2预制钢筋混凝土方桩，桩的有效长度为34m，总桩数184根，箱基埋深4.2m,总压力375.5kPa（包括箱基荷载），受甲方委托，对南、北两幢高层建筑加层的可能性进行评估。甲方委托时北楼已造至两层，南楼基坑尚未开挖。图图7-8九州花园高层建筑基础平面示意图九州花园高层建筑基础平面示意图(单位单位:m)图图7-9九州花园南北楼的九州花园南北楼的p-S曲线曲线总荷载总荷载p（kPa）375.5390.5405.5沉降沉降S(mm)南楼南楼189215242北楼北楼152166178表表7-4九州花园南、北楼高层住宅关于加层的

60、计算最终沉降量九州花园南、北楼高层住宅关于加层的计算最终沉降量现在，南南、北北高高层层住住宅宅仅仅加加一一层层，成成为为25层层高高层层住住宅宅。至1996年10月4日已经基本建筑竣工（外墙装饰已至底层），北楼历时两年又两个月，南楼历时两年，两两幢幢大大楼楼的的实实测测沉沉降降分分别别为为86mm86mm和和82mm82mm，均均在在预预估估的的最最终终沉沉降降量量166mm166mm和和215mm215mm以以内内。实测证明，这两幢大楼通过高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计理论的预估，实现了加层，并获得成功。两幢大楼加一层可得到超过1500m2的建筑面积，使业主可多创利约使业主可多创利约18

61、0万元。万元。图图7-10北楼沉降北楼沉降-时间时间-沉降速率曲线图沉降速率曲线图3应用实例应用实例3上海四联大厦地上23层，地下一层，建筑物总高度85m，总建筑物面积19422m2,上部结构为高层建筑剪力墙结构，基础采用桩箱基础，箱基面积733m2，箱基埋深4.4m，桩群均布置在剪力墙下，为轴线桩布置，箱基底板厚60cm，剪力墙下设置高1.2m，宽1.1m的基础梁至上部结构。桩采用钻孔灌注桩，共95根。地下水埋置深度为0.5m。钻钻孔孔灌灌注注桩桩原原设设计计为为桩桩长长57.4m57.4m，桩桩直直径径为为0.85m0.85m。经经过过计计算算分分析析，与与设设计计院院商商量量，改改成成桩

62、桩长长52.4m52.4m，桩桩直直径径0.80m0.80m，仅仅桩桩基基础础一一项项的的变变化化和和修修改改，就就为为甲甲方方节节省省投投资资6060余余万万元。元。下面介绍修改的依据。图图7-11四联大厦箱基平面和桩位布置四联大厦箱基平面和桩位布置图图7-12四联大厦桩长与沉降的关系四联大厦桩长与沉降的关系图图7-13四联大厦桩径与沉降的关系四联大厦桩径与沉降的关系3实施情况实施情况该大楼1996年7月16日基础施工结束，1997年1月29日结构封顶，19971997年年5 5月月5 5日建筑竣工，实测沉降日建筑竣工，实测沉降12mm12mm， 过两年半后，过两年半后，19991999年年

63、1212月月2727日，居民全部入住，实测沉降日，居民全部入住，实测沉降17.1mm17.1mm，沉降速率为沉降速率为0.0053mm/0.0053mm/天，已小于天，已小于上海规范上海规范沉降稳定沉降稳定0.011mm/0.011mm/天的标准。用双曲线天的标准。用双曲线法外推实测的最终沉降为法外推实测的最终沉降为20.9mm20.9mm。7-57-5.本章小结本章小结1本本章章提提出出高高层层建建筑筑桩桩箱箱（筏筏）基基础础变变形形控控制制设设计计理理论论，这这理理论论可可以以解解决决需需用用多多少少根根桩桩才才能能使使建建筑筑物物的的沉沉降降控控制制在在允允许许范范围围内内的的问问题题，

64、高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计理论同时考虑了桩间土的承载力。2利用高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计理论，对对3030层层公公寓作了算例分析，指出此理论必须变形和承载力双满足。寓作了算例分析，指出此理论必须变形和承载力双满足。3利利用用高高层层建建筑筑桩桩箱箱（筏筏）基基础础变变形形控控制制设设计计理理论论作作了了工工程程实实践践，进进行行了了数数幢幢高高层层建建筑筑桩桩箱箱( (筏筏) )基基础础的的优优化化设设计计，并并获获得得了了成成功，使甲方获得数百万的经济效益。功，使甲方获得数百万的经济效益。图图1实体深基础的底面积实体深基础的底面积第二个问题是不能应用沉降计算结果与第二个问题是

65、不能应用沉降计算结果与实测结果相差太大的沉降计算方法，实测结果相差太大的沉降计算方法，这样会这样会造成直接经济损失或浪费基础的投资。造成直接经济损失或浪费基础的投资。 第三个问题是不能用文克勒模型的第三个问题是不能用文克勒模型的计算结果来考虑建筑物的差异沉降的估算。计算结果来考虑建筑物的差异沉降的估算。第四个问题是高层建筑桩箱（筏）基础的工作状第四个问题是高层建筑桩箱（筏）基础的工作状态为态为: :在常规设计条件角桩和边桩与内部桩反力之比在常规设计条件角桩和边桩与内部桩反力之比值很大，达到值很大，达到2倍以上，倍以上，随着外荷载的增加，这个随着外荷载的增加，这个比值逐渐减小，当达到极限设计时，

66、角桩，边桩，比值逐渐减小，当达到极限设计时，角桩，边桩，内部桩反力趋于均匀，即角桩和边桩反力增加很内部桩反力趋于均匀，即角桩和边桩反力增加很少或不增加，但内部桩反力增加很多。少或不增加，但内部桩反力增加很多。这种情况这种情况类似于高层建筑箱形基础在软土地基地基反力的类似于高层建筑箱形基础在软土地基地基反力的分布，因箱形基础底板角，边部分下的土体的应分布，因箱形基础底板角，边部分下的土体的应力进入塑性状态，应力重分布使得地基反力趋于力进入塑性状态，应力重分布使得地基反力趋于平缓。平缓。即：即：建筑物的外荷载增加，可以充分利用内部建筑物的外荷载增加，可以充分利用内部桩的承载力。桩的承载力。第八章第

67、八章结论与展望（略）结论与展望（略）8-18-1、结论、结论通过高层建筑地基基础设计理论与实践的研究，特别是高层建筑桩箱（筏）基础与地基共同作用的研究和实践，已完成下面几方面工作：1独独立立完完成成国国内内外外罕罕见见的的高高层层建建筑筑超超长长桩桩箱箱基基础础与与地地基基共共同同作作用用的的现现场场实实测测研研究究。实测研究证明：桩桩对对准准剪剪力力墙墙的的轴轴线线布布置置的的设设计计方方法法是是合合理理可可行行的的。这幢30层建筑物的荷载为500kPa，箱基底板厚度采用60cm，实测最大底板钢筋拉应力发生在底板的上排钢筋处，其值小于30MPa，可见轴线桩的设计可以大大减薄箱基底板的厚度。提

68、提出出在在高高层层建建筑筑桩桩箱箱基基础础底底板板设设计计中中，桩桩箱箱基基础础整整体体弯弯矩矩可可以以不不计计，桩桩箱箱基基础础的的底底板板弯弯矩矩按按局局部部弯弯曲曲计计算算。指指出出高高层层建建筑筑群群桩桩基基础础对对箱箱形形基基础础的的刚刚度度是是有有影响的。并指出高层建筑物的温差引起的箱基底板钢筋应力的变化不容忽视。影响的。并指出高层建筑物的温差引起的箱基底板钢筋应力的变化不容忽视。群群桩桩基基础础的的试试验验表表明明：桩桩间间土土从从施施工工一一开开始始就就分分担担上上部部荷荷载载了了，这这是是高高层层建建筑筑群群桩桩基基础础的的工工作作机机理理。欲欲解解决决需需用用多多少少根根桩

69、桩才才能能使使建建筑筑物物的的沉沉降降控控制制在在允允许许范范围围内内的的问问题题，必必须须建建立立在在高高层层建建筑筑群群桩基础的工作机理上。桩基础的工作机理上。2介绍了国内外常用的单桩和群桩沉降分析的计算方法,指出它们的利弊,本文主要介绍高层建筑桩箱(筏)基础沉降计算的简易理论法。3提出新的高层建筑桩箱(筏)基础沉降计算方法-简易理论法。高层建筑桩箱(筏)基础沉降计算的简易理论法可以计算各种桩长（7.5m-60m）的高层建筑桩箱(筏)基础的最终沉降；此法简单、方便，且可以手算；计算参数容易确定；计算结果均不需使用桩基沉降修正系数；考虑了桩间土分层的影响；能反映建筑物荷载与沉降的非线性关系；

70、计算沉降量与实测推算值相当接近，并在外地获得成功。用简易理论法的基本原理可以进行单桩分析，能获得单桩的理论的单桩刚度；给出荷载与沉降（Q-S）的非线性关系；短桩和长桩还给出理论的单桩极限承载力值。高层建筑桩箱(筏)基础沉降计算的简易理论法不管桩的长度为多少，用布西奈斯克解计算的沉降量大，用明特林解计算的沉降量较小；超长桩情况，明特林解计算的沉降量更接近于实测推算值，而对于短桩和中长桩情况，布西奈斯克解计算的沉降量更接近于实测推算值,且明特林解计算的沉降量误差较大；高层建筑桩箱高层建筑桩箱(筏筏)基础沉降计算用布西奈斯克解是可行的。基础沉降计算用布西奈斯克解是可行的。4高高层层建建筑筑桩桩箱箱（

71、筏筏）基基础础沉沉降降计计算算简简易易理理论论法法可可以以分分析析高高层层建建筑筑箱箱（筏筏）基基础础的的总总压压力力p和和沉沉降降S的的关关系系，桩桩数数与与沉沉降降的的关关系系；桩桩长长变变化化与与建建筑筑物物沉沉降降的的关关系系；下下卧卧层层压压缩缩模模量量对对沉沉降降的的影影响响；箱箱（筏筏）基基础础宽度宽度B对建筑物沉降的影响；建筑物平面面积对沉降的影响以及桩截面变化对沉降的影响。对建筑物沉降的影响；建筑物平面面积对沉降的影响以及桩截面变化对沉降的影响。通过对这些影响因素的分析研究，对高层建筑桩箱（筏）基础的工作机理有了深入的了解，可以自由地进行最优设计，使高层建筑桩箱（筏）基础的基

72、础设计做到既合理安全又经济，达到优化设计的目的。通过一实例分析可知，两幢建筑物合用一整体基础，应以整体基础的平面面积计算沉降，桩端下土层的压缩模量应采用自重应力至自重应力加附加应力对应的压缩模量。太太大大的的沉沉降降量量会会使使建建筑筑物物容容易易倾倾斜斜。桩的长度对建筑物的沉降量影响明显，桩的压入应以桩尖标高为准，不能用桩压不下去为理由不压到桩尖标高。5对带裙房的高层建筑箱（筏）基础的整体设计作了理论和实测研究，指出裙房建在箱（筏）底板的悬挑段是可行的，提出悬臂长度与底板厚度之合适比值；提提出出带带裙裙房房高高层层建建筑筑桩桩箱箱（筏筏）基基础础整整体体设设计计的的理理论论和和建建议议，指出

73、带裙房高层建筑桩箱（筏）基础整体设计采用裙房桩疏些，桩长度短些，底板厚度薄些的设计方案可有效地减小整体基础的差异沉降和相对弯曲。提出主楼和裙房整体基础的相对弯曲的允许值应控制在0.85以内；提提出出的的上上海海地地区区各各种种典典型型桩桩持持力力层层的的建建筑筑竣竣工工时时和和长长期期使使用用时时的的桩桩基基基基床床系系数数建建议议值值，可供设计使用，并可粗略估算建筑物的沉降值；笔笔者者提提出出的的带带裙裙房房高高层层建建筑筑桩桩箱箱（筏筏）基基础础整整体体设设计计研研究究成成果果在在世世界界金金融融大大厦厦决决定定考考虑虑不不设设置置沉沉降降缝缝的的方方案案并并在在施施工工过过程程中中取取消

74、消后后浇浇带带的的实实践践中中，获获得得成成功功。与与原原设设计计方方案案相相比比，仅仅仅仅材材料料费费一一项项就就节节约约人人民民币币达达120万元。万元。6提提出出高高层层建建筑筑桩桩箱箱（筏筏）基基础础变变形形控控制制设设计计理理论论，这这理理论论可可以以解解决决需需用用多多少少根根桩桩才才能能使使建建筑筑物物的的沉沉降控制在允许范围内的问题，高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计理论同时考虑了桩间土的承载力。降控制在允许范围内的问题，高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计理论同时考虑了桩间土的承载力。利用高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计理论，对30层公寓作了算例分析，指指出出此此理理论论必必

75、须须变变形形和和承承载力双满足。载力双满足。利利用用高高层层建建筑筑桩桩箱箱（筏筏）基基础础变变形形控控制制设设计计理理论论作作了了工工程程实实践践，进进行行了了数数幢幢高高层层建建筑筑桩桩箱箱(筏筏)基基础础的的优优化设计，并获得了成功，使甲方获得数百万的经济效益。化设计，并获得了成功，使甲方获得数百万的经济效益。通过上述高层建筑地基基础设计理论与实践的研究，可以获得优化的高层建筑地基基础设计，使高层建筑桩箱（筏）基础的设计理论有进一步的发展。8-2、展望、展望1优化设计优化设计高层建筑桩箱（筏）基础的优化设计主要是获得合理的桩数和合理的箱（筏）基础底板厚度，并能保证该高层建筑安全可靠。上述

76、高层建筑地基上述高层建筑地基基础设计理论与实践的研究，特别是群桩的正确工作机理及高层建筑桩基础设计理论与实践的研究，特别是群桩的正确工作机理及高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计的理论与方法，进一步深化，将使高层建筑箱（筏）基础变形控制设计的理论与方法，进一步深化，将使高层建筑桩箱（筏）基础的优化设计的全面完成提供条件。桩箱（筏）基础的优化设计的全面完成提供条件。2实践是检验理论的唯一标准实践是检验理论的唯一标准高层建筑群桩基础沉降计算是变形控制设计研究的基础，上上述述各各种种沉沉降降计计算算方方法法的的优优劣劣，应应以以实实践践为为标标准准，故故高高层层建建筑筑群群桩桩基基础础沉沉降降的的现现

77、场场实实测测资资料料应应测测试试到到建建筑筑竣竣工工后后2 2年年，才才能能有有完完整整的的可可以以推推算算到到该该建建筑筑物物最最终终沉沉降降的的资资料料，有有利利于于合合适适沉沉降降计计算算方方法法的的鉴鉴别别。这个工作的完成将给高层建筑桩箱（筏）基础设计带来更大的经济效益。3争取进入世界前沿争取进入世界前沿高层建筑桩箱（筏）基础变形控制设计的系列软件开发和群桩工作机理的深入研究，积极与设计院的配合使用，推动高层建筑地基基础设计理论与实践进一步发展，争取使我国在该方面的理论和设计水平进入世界前沿。4期望期望上述提出的结论，希望得到有关部门的关怀和支持，加以推广应用，以期不断积累经验，不断改进方法，不断完善理论，最后形成完整的设计工法。最后形成完整的设计工法。