桩土共同作用在太仓市第一人民医院中的应用

梅 晔

(华东建筑设计研究院有限公司，上海200002)

1 引言

随着经济技术的发展，应用在土建设计施工中的新技术新材料越来越多，而在桩基础的设计方面，多数仍采用一般的设计方法，即上部的建筑荷载全部由桩基承担，不考虑土的承载力。然而地基土的承载力是实际存在的，特别是带有地下室地基土的承载力较大，如不考虑地基土的承载力，实际上是造成了极大的浪费。

本文通过对太仓市第一人民医院行政楼(采用桩土共同作用)与医技楼(采用桩基承担所有上部荷载)不同的桩基设计来简要地说明桩土共同作用在实际工程中的应用。

2 工程概况和场地地质情况

太仓市第一人民医院主体建筑由住院楼(高层)、行政楼(多层)及门急诊医技楼(多层)组成，见图1。因为住院楼为高层框架剪力墙结构，荷载较大，受力体系复杂，所以基础仍按常规设计，本文不再累述。行政楼及门急诊医技楼均为地下一层(地下室层高5．5 m)，地上 5 层(高21．550 m)，经过比较，考虑到行政楼平面较规则，采用桩土共同作用地基基础，而医技楼荷载及柱网均与行政楼相近，采用常规设计，通过对比可以比较直观地反映出桩土共同作用的经济性和实用性。

场地各土层的物理力学参数见表1。

图1 平面总图Fig．1 Layout plan

表1 各土层的物理力学参数Table 1 Physical and mechanical properties of soil

3 桩基选型及分析

3．1 常规桩

门急诊医技楼采用常规的桩基设计，设计方法在此不再累述。选取桩基类型如下:以5－5层粉质黏土夹粉土作为持力层，桩型选用预制PHC预应力高强混凝土管桩(PHC－AB－400(95)－39b)，根据抗压试桩报告，取用工程设计的单桩抗压承载力为1 100 kN(特征值)。桩位平面布置图见图2。

3．2 桩土共同作用

行政楼采用桩土共同作用的地基基础。由于规范未给出具体的计算方法，通过对桩土共同作用的简化分析，结合以往施工经验，将桩土共同作用的基础形式应用到实际的工程中。

3．3 桩土共同作用设计原则

(1)在常规设计桩基础时，考虑多种因素，单桩的承载力设计值往往小于或等于其极限荷载的一半，单桩的刺入量较小，桩基可能会出现承台底板与土体脱离的现象，这样就不能实现桩土共同作用。采用桩土共同作用的设计方法，单桩承载力采用单桩极限承载力，桩在初期承受上部荷载作用时，有一定的沉降，使底板与土体充分接触，并发挥其承载力。

(2)同一承台下布置常规桩，间距较小的情况下，会产生明显的挤土效应，不能充分发挥桩基和土体独立状态的承载力。由于太仓与上海地质条件相近，参考上海《地基基础设计规范》(DGJ08—11—2010)［1］关于沉降控制复合桩基的规定，桩间距采用5倍的桩径。

图2 门诊医技楼桩位图Fig．2 Pile layout

(3)采用桩土共同作用的基础设计方法时，基础梁及底板所受荷载的取值与常规设计方法不同。由于土体承受的上部荷载是通过基础梁及底板传递，所以底板所承担的力，不仅包括水浮力，还包括地基反力，在计算时，要按不同的工况计算，取最不利工况计算配筋。

3．4 桩土共同作用的设计应用

1)桩土共同作用

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需要桩有一定的沉降，使土体充分参与工作。所选桩端持力层与门急诊医技楼不同，为5－3层粉质黏土，桩型选用预制PHC预应力高强混凝土管桩(PHC－AB－400(95)－27b)，根据试桩报告，单桩承载力取其极限值1 450 kN。根据上部荷载，对柱下进行布桩，总桩数为420根。桩位平面图见图3。

2)桩土共同作用的强度验算

桩土共同作用的强度验算参考上海《地基基础设计规范》(DGJ 08—11—2010)［1］:

式中，Fd为上部结构传至承台顶面的竖向荷载设计值(kN);Gd为承台自重和承台上覆土重的设计值，地下水位下应扣除水浮力(kN);n为桩数;Rk为单桩极限承载力标准值(kN);Ac为承台底面积(m2);fk为承台下地基土极限承载力标准值(kPa);γR为复合桩基承载力综合分项系数，取2．0～2．2。

图3 行政楼桩位图(单位:mm)Fig．3 Pile layout(Unit:mm)

3)基础梁荷载计算

基础梁的荷载计算分别按以下三种情况取大值计算。

第一种情况:(上部荷载(D+L)－桩承担荷载)/地板面积

第二种情况:取一柱下较大荷载(D+L)

Nmax=8 980．4 kN

4桩承担荷载:4×1 450=5 800 kN

面积 S=7．2 ×7．8=56．16 m2

Q=(8 980．4 －5 800)/56．16=56．63 kN/m2(设计值)

第三种情况:完全考虑水浮力

取最高水位(室外地面以下500 mm)

水头高度:H=5．5+0．5 － 0．45 － 0．5=5．05 m

底板自重:

0．5 ×25=12．5 kN/m2

垫层自重:

0．3 ×20=6．0 kN/m2

Q=10 ×5．05 －12．5 －6=32．0 kN/m2(标准值)

按第二种情况计算基础梁及底板配筋。

4 施工过程中沉降监测结果分析

4．1 沉降观测

为检验桩土共同作用在实际应用中的效果，在建筑周边设置沉降观测点，见图4及图5，从基础完成后即进行沉降观测，每施工一层观测一次，竣工后每1～2月观测一次。两栋楼最大沉降观测点沉降量见图6。

图4 行政楼沉降观测布置点Fig．4 Settlement observation point arrangement

图5 医技楼沉降观测布置点Fig．5 Settlement obserbation point arrangement

图6 沉降实测结果Fig．6 Settlement observation results

4．2 对比分析

行政楼及门急诊医技楼上部荷载及土层分布基本相同，通过对表2的对比可以发现，采用桩土共同作用基础比一般桩基础具有明显的经济优势，虽然每平方米用桩量基本相同，但桩长明显减少，可大量地缩短施工周期。

表2 沉降对比表Table 2 Settlement comparison

5 结论

(1)在相同的地质条件下，采用桩土共同作用的基础，相比普通的桩基础，可以采用更短的桩长，以满足规范和使用的要求，其经济效益非常明显。

(2)桩土共同作用的应用，适用于软土地基，需要有一定的沉降量，才能使基础与土体充分接触，并充分发挥地基土的承载力。

(3)本文所采用的设计方法，虽然具有较高的可操作性，但还需结合现场场地和设计经验，采用合理的设计方法。

［1］ 上海市城乡建设和交通委员会．DGJ 08—11—2010地基基础设计规范［S］．上海:2010．ShanghaiUrban Construction and Communications Commission．DGJ 08—11—2010 Foundation design code［S］．Shanghai:2010．(in Chinese)

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