基于基床系数对桩基础设计影响的案例分析

刘 辉

(时代建筑设计院(福建)有限公司,福建 福州 350013)

基于基床系数对桩基础设计影响的案例分析

刘 辉

(时代建筑设计院(福建)有限公司,福建 福州 350013)

基床系数是计算桩基础的一个重要参数，结合江苏某住宅小区工程实例中桩基础设计，探讨了基床系数的取值对桩反力的影响，并分析了基床系数的取值对桩基础设计的影响，希望给以后类似工程提供参考借鉴。

桩基础，基床系数，复合桩基，桩土共同作用

1 工程概况

该项目为江苏某住宅小区新建项目，总用地面积33 056.83 m2，总建筑面积164 220.0 m2。主要建(构)筑物为商业用房、住宅楼及其他辅助设施，主要由9栋11层～33层高层建筑及单层地下室组成。单层地下室采用框架结构，高层部分采用框架剪力墙结构和剪力墙结构，基础采用桩基础。本工程地质土层分布及物理力学指标详见表1。

主要以4号楼主楼桩基础设计为案例分析，建筑为底部二层商业用房以上为住宅，高度97.55 m，裙房为二层商业。主楼采用桩承台基础；基础设计等级为甲级。桩基采用打入式混凝土预制方桩(PHC直径50 cm)，桩类型为摩擦桩，桩端持力层为第⑦层粘土，筏板(承台)底地基土位于第⑤层粘土。桩基础单桩竖向抗压承载力特征值取2 000 kN计算；筏板(承台)底地基土修正后的地基承载力特征值为193 kPa。桩基础采用盈科建基础设计软件(YJK-F)[1.8.0.0(Beta)]计算。

表1 工程地质土层分布及物理力学指标

2 基床系数对桩竖向承载力验算结果分析

工程4号楼首先按天然地基，常规桩基(不考虑土分担荷载)即基床系数K=0进行计算，计算所得桩基局部平面布置图及桩竖向承载力局部验算结果见图1，图2。

对编号为ZT5-20承台进行分析，按复合桩基(桩土共同分担荷载)分别取基床系数K=2 000 kN/m3，K=5 000 kN/m3，K=8 280 kN/m3，K=10 000 kN/m3,K=20 000 kN/m3,K=30 000 kN/m3进行计算，计算所得平均桩反力Nk,avg结果见表2，其中K=8 280 kN/m3为将地质资料输入盈建科软件中程序计算所得基床系数值；对编号为ZT5-31的承台进行分析，按复合桩基(桩土共同分担荷载)分别取基床系数K=2 000 kN/m3,K=5 000 kN/m3,K=7 091 kN/m3，K=10 000 kN/m3，K=20 000 kN/m3，K=30 000 kN/m3进行计算，计算所得平均桩反力Nk,avg结果见表3，其中K=7 091 kN/m3为将地质资料输入盈建科软件中程序计算所得基床系数值。

表2 ZT5-20平均桩反力Nk,avg统计

K/kN·m-3K=0K=2000K=5000K=8280K=10000K=20000K=30000平均桩反力Nk,avg/kN1926183817201621155513051124平均桩反力与K=0比较降低百分比/%—4.610.715.819.332.241.6

表3 ZT5-31平均桩反力Nk,avg统计

通过分析表2,表3可以看出因基床系数的取值不同，相比于不考虑基床系数情况下，桩反力相差值会超过40%。如果继续将基床系数取大，平均桩反力下降将更明显，显然基床系数的取值过大，很容易造成桩反力偏小，反而通过计算承台下地基土承担的反力偏大，这往往不符合工程实际。我们通过分析承台下地基土承载力有：承台ZT5-20底面积A=48.32 m2，承台底扣除桩基截面积的净面积Ac=43.32 m2，承台底地基土所能承担最大荷载QK1=43.32×193=8 360.8 kN，平均到单桩最大可以减小418 kN；ZT5-31底面积A=84.94 m2，承台底扣除桩基截面积的净面积Ac=77.19 m2，承台底地基土所能承担最大荷载QK1=77.19×193=14 897.7 kN，平均到单桩最大可以减小480 kN。由表2,表3软件根据地质资料反算得到的基床系数计算所得平均桩反力减少分别为：承台ZT5-20减小315 kN；承台ZT5-31减小322 kN。平均桩反力减少部分小于承台下地基土承载力，而且较为充分发挥承台下天然地基承载力并留有一定安全储备，相对是安全的。

根据盈建科软件基床系数推荐值及《地基与基础》顾晓鲁等主编所给出的基床系数K值见表4。

表4 基床系数K值

由表4可以看出，软件推荐值及《地基与基础》书本中所提供的基床系数K值差别较大且取值的范围也很大，取值范围与软件通过地质资料反算所得到的基床系数相差也很大。如果盲目的按照软件推荐值选取基床系数进行计算，而不综合考虑承台(筏板)下地基土承载力等因素影响，则很容易造成计算不符合实标。例如基床数我们利用软件推荐值根据软弱土层摩擦桩取K=30 000 kN/m3，相应计算得出承台下地基土所承担竖向荷载将远远大于承台(筏板)下地基土承载力，这显然是不合理的。这便给结构设计人员对该值的使用带来了很大的不方便甚至使用上的错误。

综上可以看出基床系数K是基础设计中非常重要的一个参数，它的取值直接影响到地基反力计算及桩基的平面布置等。如果按经验值输入K值或采用程序建议值对桩基础进行计算，因取值的偏差将对整个基础的设计造成较大的差异，并对基础的造价及安全可靠性有直接影响。鉴于软件给定的基床系数的范围较大而基床系数对基础反力影响又很大，因此合理K值的取值就显得至关重要。

3 结语

在桩基础的设计中，不能为追求减小桩数量和控制桩反力而盲目选取基床系数，对于基床系数的取值需综合考虑承台(筏板)下地基土层情况、勘察报告所提供各层土质资料情况、基础的沉降变形等各方面因素影响，同时适当控制承台(筏板)所承担总荷载的比例，为基础设计留有一定的安全储备空间。建议对较小承台(筏板)不考虑基床系数的影响；如果有条件基床系数利用现场载荷实验成果进行确定；如果利用计算软件反算所得到的基床系数计算时需把基础沉降变形控制在合理范围并做好实际沉降的观测，同时结合当地工程实践作为参考。因基床系数K值不是一个常量，它的确定也是一个相对复杂的问题，设计师需要根据计算结果和地质资料进行合理取值。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2] 顾晓鲁，钱鸿缙.地基与基础[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 黄昌乾，李国强，潘启辉.基床系数取值方法相关问题分析[J].建筑结构，2010(S1)：298-302.

[4] 宁向阳.基床系数的确定和调整方法[J].江西建材，2016(5)：63-64.

Thecaseanalysisbasedoninfluenceofcoefficientofsubgradereactionondesignofpilefoundation

LiuHui

(TimeArchitectureDesignInstitute(Fujian)Co.,Ltd，Fuzhou350013,China)

The coefficient of subgrade reaction is an important parameter to calculate the foundation of pile, combined with the design of a pile foundation in a residential district project in Jiangsu, the influence of the value of coefficient of subgrade reaction on pile reaction force is discussed, the influence of coefficient of subgrade reaction on the design of pile foundation is analyzed, hope to provide reference for similar projects in the future.

pile foundation, coefficient of subgrade reaction, composite pile foundation, the pile and the earth work together

TU473.1

A

1009-6825(2017)27-0081-02

2017-07-12

刘 辉(1987- )，男,工程师