如何合理确定桩筏基础的筏板厚度

关键词：筏板厚度整体弯曲局部弯曲变刚度调平

桩筏基础筏板厚度的确定应根据承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别按下列规定进行计算和验算：抗冲切、抗剪；正截面受弯；变形和裂缝。

1、抗冲切、抗剪。

冲剪验算包括桩对筏板和柱、剪力墙对筏板冲剪验算。柱和剪力墙对筏板的冲剪一般可通过在柱下或剪力墙下布置桩的方法来消除冲剪破坏。

^[1]国外规范对于各种构件，何种应当验算剪切、何种应当验算冲切，皆有明确规定。例如，美国与新西兰规范规定：单向受力构件，验算剪切强度，例如梁（但深梁除外）；双向受力构件，验算冲切强度，例如双向板，柱下扩展基础（后者在某些情况下也需验算剪切）。而且对于验算剪切强度，规定其验算截面是横跨整个构件截面，而不是在构件中间截取一段来验算。因此，筏形基础的双向底板，仅验算其抗冲切强度即可。

2、变形与裂缝。

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）5.5.4条对建筑桩基沉降变形允许值作了具体规定。

筏板裂缝验算同一般混凝土构件。

3、正截面受弯。

筏板的弯曲由整体弯曲和局部弯曲两部分组成。

筏板整体弯曲是指筏板上柱、墙之间相对位移产生的弯曲，即由基础的沉降差引起的弯曲。

筏板整体弯曲与上部结构刚度、基础刚度（筏板厚度）、土质条件（地基土压缩性）、布桩情况等有关。当地基为不会产生压缩变形的坚硬岩石时，筏板将不会产生整体弯曲变形，不发生整体弯曲应力；当基础或者上部结构二者之一为理想绝对刚体时，建筑物只能产生均匀沉降或整体倾斜，也不产生整体弯曲变形；不论地基状况如何，也不论上部结构及基础的刚度如何，如能将荷载调整得当，使地基表面的沉降完全均匀，则基础与结构也不会产生整体弯曲变形，也不会产生整体弯曲应力。因此减小筏板整体弯曲不能光从增加筏板厚度着手。

筏板的局部弯曲就是假定筏板上柱、墙之间没有相对位移（即没有沉降差、整体弯曲）情况下，筏板下桩、土、水压力作用下产生的筏板弯曲。此时如能做到柱、墙下布桩或在柱、墙冲切角范围内布桩，则只需考虑土、水压力作用下产生的局部弯曲；如同时又不考虑桩土共同作用，则只需考虑水压力作用下产生的局部弯曲。

筏板的总弯矩为整体弯矩和局部弯矩之和。筏板的正截面受弯承载力计算与一般受弯构件相同。

桩筏基础的筏板厚度在考虑上述因素的基础上，可通过试算法确定合理厚度。具体操作步骤如下：

1预估筏板厚度、布筏板——2布桩——3桩筏有限元计算、沉降计算——4根据计算结果调整筏板厚度及布桩

1预估筏板厚度、布筏板

可根据桩对筏板冲切、柱墙对筏板冲切及筏板的最大跨距（板厚约为最大跨距的1/12~1/8倍，此经验值为考虑局部弯曲的经验值）预估筏板厚度。也可根据文献^[4]的简化计算方法预估筏板厚度。

文献^[5][6][7][8]提出了桩筏体系相对刚度的概念，并在此基础上提出了根据筏板相对刚度的刚性点(即刚性筏板与柔性筏板的分界点)确定桩-筏基础筏板厚度的方法，此方法可作为估算筏板厚度的参考。

2布桩

针对传统布桩方法导致的筏板基础蝶形沉降、土反力马鞍形分布的情况，为减小差异沉降和筏板内力，可按变刚度调平设计^[3]的原则进行布桩。

3桩筏有限元计算、沉降计算

桩筏有限元计算时应考虑上部结构刚度。

有限元计算结果的合理性关键在于沉降计算。沉降的计算，对于桩筏基础，由于桩—桩、桩—土相互作用机理复杂，其沉降变形性状与桩数、桩长、桩径、桩间距、桩土刚度比等因素密切相关。沉降计算中，地方经验非常重要，体现在桩基沉降计算经验系数的确定，该系数需根据地区沉降观测资料及经验确定。

PKPM系列JCCAD软件计算桩基沉降时，单桩刚度的确定直接影响计算结果。软件可自动按照规范方法根据地质资料计算单桩刚度，此时需设计人员输入地质资料，设计人员可利用实测Q-S曲线单桩刚度进行修改，程序采纳群桩最新科研成果自动将单桩刚度转换成群桩中的单桩刚度。

4根据计算结果调整筏板厚度及布桩

根据计算结果，当抗冲剪、正截面抗弯承载力、最大沉降量及裂缝验算均满足要求时，看筏板厚度合理与否关键是看沉降差是否满足规范要求。规范^[3]规定：框架、框架—剪力墙、框架—核心筒结构相邻柱（墙）基的沉降差允许值为0.002l₀，l₀为相邻柱（墙）二测点间距离。如计算沉降差大于允许值，则需增加筏板厚度；如计算沉降差小于允许值，则表明筏板厚度有减小的空间，减小筏板厚度后还需查看其它条件是否仍能满足。筏板厚度调整后，再进行桩筏有限元计算，根据计算结果再判断筏板厚度合理与否。

参考文献：

1、北京市建筑设计研究院编.建筑结构专业技术措施，北京：中国建筑工业出版社，2007

2、钱力航主编.高层建筑箱形与筏形基础的设计计算，北京：中国建筑工业出版社，2003

3、中华人民共和国行业标准.建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）.北京：中国建筑工业出版社，2008

4、楼晓明、芮晓玲、于勇、陈标.确定桩筏基础筏板厚度的简化计算方法. 结构工程师，2003（1），35~38

5、杨敏.上部结构与桩筏基础共同作用的理论与试验研究：[博士学位论文].上海：同济大学地下建筑与工程系，1989

6、董建国、赵锡宏.高层建筑地基基础—共同作用理论与实践. 上海：同济大学出版社，1997

7、董建国、杨敏、赵锡宏.高层建筑桩筏基础整体弯矩确定的新方法. 结构工程师，1992（1-2合刊），60~64

8、董建国、赵锡宏、杨敏等.软土地基超长桩箱（筏）基础设计的若干问题. 同济大学学报. 1995,23(5)：501-511

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