毕业设计（论文）高层建筑桩—筏基础沉降分析.pdf

太原理工大学_硕士学位论文_ 高层建筑桩一筏基础厘分析 姓名：郭少林申请学位级别：硕士 专业：岩土工程指导教师:梁仁旺20030101太原理工大学工程顼士学位论文高层建筑桩一筏基础沉降分析摘要高层建筑的班、承台（或筏板）、地基共同作用特性，经过多年的研 究发展，已逐步开始应用于工程实践中，纵观许多描述桩一筏基础的实际 沉降和沉降发展过程的文献可知：桩一筏基础沉降实质是由多个主要分量 组成，进而产生的整体压缩变形，并且需耍历经数年甚至更长时间才能完 成的过程。由于高层建筑桩一筏基础与地基的共同作用非常复杂，其中的 影响因素也很多，桩、承台（或筏板）、地基形成一个共同工作体系，其 承载力、沉降均受相互作用的影响和制约。现规范推荐的桩基沉降计算方法，并不是一种纯理论的方法，其实质 是一种经验拟合的方法；本文结合太原地区的工程设计、现场试验、主体 沉降观测资料等，运用明德林（Mi ndli n）应力公式，然后按分层总和法 原理，采用MaJab软件计算程序进行沉降计算、分析，结果表明：高层 建筑桩一筏基础沉降较小，且较均匀，得出了太原地区的桩一筏基础沉降 计算的经验系数明，从而使设计、计算结果更接近于工程实际，同时考 虑筏板对上部结构荷载的分担是合理的、先进的，对高层建筑桩一筏基础 加强了认识。本文初步的、探索性的研究成果，对现行设计工作有明显的 指导意义，进一步丰富了桩一筏基础的理论研究。关键词桩一筏基础，布桩，承载力，沉降，共同作用太原理工大学工程硕士学位论文SETTLEMENT ANALYSIS OF PILE-RAFTFOUNDATIONS IN HIGH BUILDINGSABSTRACTAfter years of development,interaction characters of piles,rafts and foundations are widely applied in engineering practice.Literatures on actual settlement and development process of pile-raft foundations show that substance of pile-raft foundations settlement consists of many parts and then produces whole compressing distortion.It will take many years or even more years to finish distortion.Because interaction between pile-raft foundations and soil is very complex,whats more,there are many eflfect factors,piles and caps(or rafts)form a common working system whose bearing capacity and settlement are affected and restricted by interaction between them.The method of computing settlement that code provides is not a pure theoretic method and it is an experiential method in essence.In this paper,based on engineering designs of Taiyuan,in-site experiments,observation data of structure settlement and so on,settlement is analyzed and computed by applying Mindlin stress fonnula and using software Matlab The results show that settlement of pile-raft foundations in high buildings is quite little and even.Experience computing coefficients of pile-raft foundations settlement are got,which make design and computation more coincident with engineering practice.Further more,it is reasonable and advanced that rafts share loads with upper structures and knowledge about pile-raft foundations in high太原理工大学工程硕士学位跄文buildings is strengthened.The primary research results of this paper hold great guiding significance and enrich theoretic research of pile-raft foundation.KEY WORDS:pile-raft foundation,collocation of piles,bearing capacity,settlement,interaction太原理工大学工程硕士学位论文第一章概述1.1前言基础工程和其它技术科学一样，是人类在长期生产实践中逐步总结提 高而形成的。它既有着悠久的发展历史，又是近六十年来才得到迅速发展 的一门科学。人类自远古以来就已广泛利用土进行工程建设，但是由于受 到社会生产力和科学技术条件的限制，直到18世纪中叶，人们对土的工 程特性认识还只是停留在感性认职阶段。地基基础是一项古老的工程技术，又是一门年轻的应用科学。追本溯 源，世界文化古国的远古先民，在史前的建筑活动中，就已创造了自己的 地基基础工艺技术。人类利用桩基础这一基础型式由来已久，桩基础的发 展，主要涉及桩的材料和成桩工艺两个方面。早在新石器时代，使用的是木桩。人类的湖泊和沼泽地里，栽木桩搭 台作为水上住所。1973年考古学家在浙江钱塘江南岸7000年前的河姆渡 文化遗址发现了较多的木桩和木构建筑遗迹，这是我国发现的最早的班基 工程。汉朝已用木桩修桥，到宋朝，桩基技术己比较成熟，上海的龙华塔 和太原的晋祠圣母殿等这一类较重要的建筑物都是现有的北宋年代修建 的桩基建筑物。在英国也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥的居民 点O随着人类社会的发展和地基基础的工程技术的广泛应用，19世纪20 年代开始使甩铸铁板桩修筑围堰和码头。到本世纪初，H型的钢桩在美国 受到营造商的重视。二次大战后，随着冶炼技术的发展，各种直径的无缝 钢管也被作为桩材用于基础工程。本世纪初钢筋混凝土预制构件问世后，太原理工大学工程硕士学位论文才出现厂制和现场预制钢筋混凝土桩。随着成柱工艺的不断改进及大型调 备的发展，出现了：沉管灌注混凝土桩、钻孔灌注混凝土或钢筋混凝土桩、挖孔灌注混凝土桩，钢筋混凝土桩在工程中得到了大量使用，并且随着科 学技术的发展而使其得到进一步发展和完善。桩是深入土层的柱型构件，桩与连接桩顶的承台组成深基础，简称桩 基。其作用是将上部结构的荷载,通过较弱地层或水传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层。在一般民用基础工程中，桩主要承受垂直的轴向 荷载，但在河港、桥梁、高耸塔型建筑、近海钻采平台、去挡建筑以及抗 地震力等水平荷载。桩基通过作用桩尖（或称桩端、桩底）的地层阻力和 桩周土层的摩阻力来支承轴向荷载，依靠桩侧上层的侧向阻力支承水平荷 载。竖向承载桩基础的功能是将作用于承台的竖向荷载递到深部土层，以满足上部结构物对于基础的承载力和变形的要求。由于现代建筑材料 性能和成桩技术的发展，对于各种地质条件、不同荷载大小，均可通过变 化桩的截面、长度和数量，以及进入良好持力层不同浓度等来实现上述要 求。承受竖向荷载的桩基础的应用范围十分广泛：高大、重型建筑物不仅 荷载大，而且安全等级高，对沉降、倾斜等的限制严格：抗震设防区还要 求基础埋深足够大，采用桩基可满足要求：地基软弱、地基土层分布不均 及荷载不同，桩基可将荷载传递到深部土层，并可根据地基土层和荷载分 布，合理布桩，从而实现减小总沉降和差异沉降的要求；当存在可液化土 层时，采用桩基将荷载传递到深部稳定土层，可避免液化引起地基承载力 失效而导致建筑物损坏或整体失稳；当自重湿陷性黄土层较厚且建筑物安 全等级高、荷载大时，采用桩基可避免地基土湿陷对建筑物的危害；当建 筑物之间的距离较小，由于地基的应力和变形场相互重叠将导致建筑物对 倾，在靠近现有建筑物建造新的高重建筑物，采用桩基可避免建筑物的不 太原理工大学工程硕士学位论文均匀沉降。正因为建筑物桩基具有良好受力特性和变形能力，确保了建筑 物的安全，从而受到了岩土工程界人士的高度重视。桩基础既是一种历史悠久的基础型式，又是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基础型式。诚市建设立体化、交通高速化以及改善综合居住 环境已成为现代岩土工程的特征。都会用到桩基技术，或者作为支承建筑 物重量的桩基础，或者作为基坑开挖的支护结构。随着科学技术以及工程 项目建设和工业技术的不断发展，桩的种类和桩基型式、施工工艺和机械 设备以及桩基理论和设计方法，都有了很大的演进。桩基已成为在土质不 良的地区修建各种建筑物，特别是高层建筑、重型厂房和具有特殊要求的 构筑物所广泛应用的基础型式。然而，由于土的变异性以及桩基与土相互作用的复杂性，迄今为止，关于桩基础理论仍然有许多需要和有待研究的地方。桩的应用，一开始就 是以群桩形式出现的：如墩基础、独立构筑物基础和现代高层建筑所采用 的独一柱基础、桩一梁基础、桩一墙基础、桩一筏基础、桩一箱基础等工 程中的桩，通常都是多根桩构成的群桩。群桩基础（特别是摩擦型群桩）承受荷载后，承台（或基础底板）、群桩、土体形成一个相互作用、共同 工作的体系，其承载力和变形，均受相互作用的影响和制约，均与单桩的 性状有所不同。群桩桩顶与承台相连，承台将荷载传递于各基桩桩顶，形 成协调承受上部荷载的承台一桩群一土体系。因而能使桩、上、承台三者 共同作用的低桩承台桩基在工业与民用建筑的桩基工程中得到更加广泛 的应用。1.2桩一筏基础理论与实践的研究现状随着桩基在工程实践中的大量应用，桩基础的计算分析也有了很大的 发展。目前传统的设计计算方法是：建筑物荷载全部由桩支承，再按照规 3太原理工大学工程硕士学位论文范提供的经验公式或桩的静载荷试验的基础上确定单桩承载力后，计算出 总桩数。桩位平面布置进兼顾建筑物上部荷载分布情况作适当调整，以便 使每根桩的承载力得到充分发挥。桩基础的沉降量是按“等效基础法”计 算，即把桩和桩间土看成是一个整体基础，等效作用面位于桩端平面，等 效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台（或筏板）底平均附加压力，然后等效作用分层总和法计算桩基础的最终沉降量闻 但对于低承台群桩承受荷载（较长桩）的桩基础，群桩效应改变了单桩侧 摩阻力从桩上部逐步向下发挥荷载传递过程，也改变了侧摩阻力大小、分 布、发展过程以及桩端部阻力的大小、发展过程，使地基土受力状态发生 变化：这与“等效基础法”所认为的全部竖向荷载传至桩端处的假设不相 同，以致于实测的最终沉降量小于计算的最终沉降量。另外，桩基础的设 计计算一般不考虑桩间土体、承台（或筏板）的竖向荷载分担比例，这也 是导致实际的沉降量小于计算的沉降量原因之一。群桩效应不仅使得群桩 承载力不能简单地看作为孤立单桩承载力的总和，而且使得群桩沉降及其 性状同孤立单桩有明显不同；因此，与群桩的其它问题一样，群桩沉降性 状也是一个非常夏杂的问题，它涉及到诸多因素。随着社会的不断进步，城市高层建筑的迅速发展及市场经济深入，岩 土工程界人士、设计工程师逐渐认识到传统设计计算方法与桩基工程的实 际工作机理不甚相符。若设计中能考虑桩一承台（或筏板）一土的共同作 用，使承台（或筏板）分担上结构荷载一定比例（大约是15%左右），国 内外工程学者对高层建筑桩一筏基础以及沉降关系做过探讨，在平均沉降 增加不多的情况下，疏布基桩是可行的，进而改善了桩一筏基础的受力状 态，减少了桩数，同时减薄筏板厚度，使地基造价大大降低，将会带来巨 大的经济效益和社会效益。许多研究学者的试验研究工作都已表明：桩一 4太原理工大学工程硕士学位论文承台（或筏板）一土是一个共同作用体系，三者相互制约、相互影响：群 桩承载力由桩的端阻、侧阻、承台（或筏板）反力组成，一般不应忽略承 台（或筏板）的承载能力。从近年来的有关桩基（桩一箱、桩一筏基础等）工程综合研究和有关论著、论文看，工程设计中考虑桩一承台（或筏板）一土共同作用在技术上是可行的、合理的，可使桩数减少、筏板减薄、建 筑物沉降减小皿皿皿。桩一筏基础共同作用分析及结构工程设计的优化相 结合是一种先进的设计方法，同时可取得良好的经济效益和社会效益。本 文就基于这样的现状，做一些初步的、探索性的工作，但所取得的成果分 析对于后续研究有重要的参考价值，对于现行设计亦有明显的指导意义。1.3本文的研究目的及主要工作竖向承载桩基可由单根桩或多根桩构成，但实际工程中大多数为多桩 构成的群桩。群桩桩顶与承台（或筏板）相连，承台（或筏板）将荷载传 递于各基桃桩顶，形成协调承受上部结构荷载的桩群一承台一土体系。尽 管桩基础一开始就是以群桩的形式出现的，但对于群桩工作机理的系统研 究直到本世纪50世纪才开始，最初的研究主要是模型实验，根据模型实 验的成果，提出了采用群桩效率系数和沉降比来计算群桩承载力和沉降量 的方法。60年代，Poulos等人对桩群的变形进行了理论研究，应用弹性 理论解，并考虑桩的相互影响来计算桩群的变形70年代，ot t avi am 对群桩的工作性状进行了数值模拟，利用有限元法分析了荷载传递机制和 承台的作用皿。Hai n等分析了桩一筏体系的工作性状，考虑了桩的相互 影响和筏板的作用，并取得理论分析和实测的一致。以后，Randolph 等以单桩的性状为基础，引入荷载沉降比的概念和桩的相互影响系数分析 了群桩的变形特性。O Nei ll等利用原型试验分析了群桩荷载传递机 制，并把群桩和单桩的情形进行了比较皿。另外,Cooke,Poulos,Ch eung 太原理工大学工程硕士学位论文等学者利用理论分析方法和实验分析方法分析了桩一承台（或筏板）一土 共同作用加：刈。我国对于群桩的研究起始于50年代末期，尤其是我国70年代末期实 行改革开放的政策后，许多地区开始兴建大量的高层建筑，建筑物荷载日 益增大，为了提高地基的承载能力，保证建筑物的稳定性和控制沉降量的 要求，桩基础作为一种有效的基础式而被普遍采用。基础、桩群和土体的 共同作用的研究也就在深度和广度方面取得了较大的进展，人们在研究中 发现，应把上部结构、基础、桩群、地基土作为一个整体综合加以分析，这在理论和实践中得到充分的证实。共同作用研究已成为我国基础工程学 科的一个重要分支，而且很快接近世界水平，在厚型实验研究等方面甚至 超过了国外水平。我国的研究工作主要也是从试验研究入手的，不仅进行 了室内外的模型群桩试验，而且还进行了大规模的野外大型群桩试验 皿丽。同时对大型筒仓建筑和高层建筑桩基础的荷载传递规律和沉降变 形进行了厚型测试研究。在理论研究方面，对桩群一承台（或筏板）地基 土的共同工作作用机理进行了大量的分析工作，并应用于多层和高层建 筑，取得了很好的效果。1.3.1单桩的工作性状对群桩基础的共同工作作用的研究离不开对单桩的分析研究。研究桩 的荷载传递主要就是要理解和认识桩在竖向荷载作用下，桩侧摩阻力与 桩端阻力共同承担外荷载的关系，以及它们的发展变化过程和分布规律。大量原位测试模型试验表明，桩穿过不同性质的土层把上部结构荷载传递 到桩周和桩端的土层中去，形成一个复杂的桩土共同作用系统。荷载首先 传给桩侧土，随着荷载的增加，桩侧摩阻力充分发挥，桩端阻力也逐渐发 挥，但桩端阻力的发挥慢于侧阻的发挥。桩周土体的荷载最终也将扩散分 6太原理工大学工程硕士学位论文布于桩端持力层，持力层受征端荷载和桩例荷载而压缩，桩基因此产生沉 降。单桩的承载力及沉降随桩的几何尺寸与外形、桩的入土深度、桩周与 桩端土的性质及分布、成桩工艺等而变化。桩基的研究和分析表明：单桩在竖向荷载下的破坏由以下两种强度破 坏状态之一而引的：地基土强度破坏或桩身材料强度破坏。单桩的荷载一 一沉降特性是同桩的破坏模式联系在一起的。通常桩的破坏不是由于地基 土强度破坏而引起。由于桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来（支承于坚实 基岩的短桩除外），因此单桩承教力的极限状态一般由桩端阻力的破坏所 制约（纯摩擦桩除外）。采用经验法估算单桩承载力简便而经济，对于地区性规范而言这是一 种切实可行的办法。但对于地域辽阔的国家，由于地质条件多变，各地区 工程经验差异较大，不加分析地应用统一的经验系数往往可能出现偏差；同时桩身荷载的分布随时间而变化，即荷载传递也存在时间效应，一般情 况下桩身荷载随时间的推移有向下部和桩端转移的趋势，沉降因土的固结 随时间而发展是一种普遍现象。因此，单桩承载力和沉降计算只能以此作 为初步设计的依据或结合当地经验作适当调整，选取合理的计算参数，才 能达到与实际情况一致。1.3.2群桩的工作性状群桩基础受竖向荷载后，承台（或筏板）、班群、土形成一个相互作 用、共同工作体系，其变形和承载力均受到相互作用的影响和制约。群桩 和单桩在承载机理和破坏模式方面有所区别的。单桩的承载力主要取决于 桩侧及桩端土的性质，而群桩的承载力则不仅与土的性质有关，而且与群 桩的几何特征等因素有很大的关系。由端承桩组成的群桩基础，通过承台 分配于各桩桩顶的竖向荷载，其大部由桩身直接传递到桩端。由于桩侧阻 7太原理工大学工程硕士学位论文阻力分担的荷载份额较小，因此桩侧剪应力的相互影响和传递到桩端平面 的应力重叠效应较小。加之桩端持力层比较刚硬，桩的单独贯入变形较小，承台底土反力较小，承台底地基土分担荷载的作用可忽略不计。因此，端 承型群桩中基桩的性状与独立单桩接近，群桩相当于单桩的简单集合，桩 与桩的相互作用，承台与土的相互作用，都小到可忽略不计。端承型群桩 的承载力可近似取为各单桩承载力之和，即群柱效率系数由于端承 型群桩的桩端持力层刚度大，因此其沉降也不致因桩端应力的重叠效应而 显著增大，沉降基本等同于单桩的沉降。由摩擦桩组成的群桩，在竖向荷载作用下，其桩顶荷的大部分通过桩 侧阻力传布到桩侧和桩端土层中，其余部分由桩端承受。由于桩端的贯入 变形和桩身的弹性压缩，对干低承台群桩、承台底边产生一定的土反力，分担一部分荷载、因而使得承台底面土、班间土、桩端土都参与工作，形 成承台（或筏板）、桩、土相互影响共同作用，群桩的工作性状趋于复杂.桩群中任一根基桩的工作性状明显不同于独立单桩，群桩承载力将不等于 各单桩承载力之和，其群桩效率系数。可能小于1也可能大于3群桩沉 降也明显地超过单桩。由于应力叠加的影响，群桩桩端平面的竖向应力比单桩博大，群桩中 的每根桩的单位端阻力也较单桩大，群桩端阻力将受到桩距、承台、土质 和成桩工艺等因素的影响。桩侧阻力只有在桩间土产生一定相对位移的条 件下才能充分发挥出来，由于承台的因素，低承台的设置限制了桩群上部 的桩土相对位移，从而使整个班群的侧阻力减小，同时还将影响荷载传递 过程。桩侧阻力还与桩距、土质和桩长等因素有关。群桩侧阻力和端阻力 因群桩效应而产生的变化综合反映于桩顶荷载的分配。桩顶荷载的分配规 律一般是角桩的荷载最大，边桩次之，中心桩最小。荷载分布的不均匀程 8太原理工大学工程硕士学位论文度随承台刚度的增大、桩距的减小、可压缩性土层厚度的增大、土的抗拉 强度（粘聚力）提高而增大。桩顶荷载的分布在一定程度上受成桩工艺的 影响。在常用桩距条件下，由于相邻桩应力的重叠导致桩端平面以下应力 水平提高和压缩层加深，因而群桩的沉降一般要大于单桩的沉降，群桩效 应对沉降的影响，比对承载力的影响更为显著和重要。即群桩中各桩承受 的荷载与单桩承受的荷载相同时，群桩的沉降大于单桩；若单桩与群桩的 沉降相同，则群桩中每根桩的平均承载力就小于单桩。群桩的沉降与桩数、桩距、桩的长径比等因素有关。群桩的破坏模式一股分为整体破坏和非整 体破坏两种：整体破坏是指桩、土形成整体，如同实体基础那样工作，桩 侧阻力的破坏面发生于桩群外围。非整体破坏是指各桩的桩土之间的产生 相对位移，侧阻力的破坏面发生于各桩层侧面。群桩侧阻的破坏模式主要 受土性、桩距 承台设置方式的影响。关于桩端阻力的破坏，可分为整体 剪切、局部剪切、冲剪三种模式、它与桩的埋深和土的压缩性有关。群桩基础承受的结构功能在于将荷载传递到各桩桩顶。试验与工程实 测结果表明：由于承台（或筏板）作用，低承台群桩的群桩效率随桩距增 大而增大，承台（或筏板）分担荷载的作用在一定条件下是显著的。承台 土反力主要是由干桩端产生贵入变形，桩土间出现相对位移而产生。现高 层建筑中多采用桩一梁、桩一筏、桩一箱基础，其中的连接结构梁、筏、箱基也可认为是广义上的承台。承台士反力的大小及其分担荷载随桩端持 力层性质、承台底土的性质、桩距的大小、承台面积和荷载水平等因素的 变化而变化。桩与承台（或筏板）的相互制约、相互影响、相互依存的复 杂的共同作用过程,提高了桩一筏基础的承载力，基础的沉降得到了控制,具有较大的经济效益（图1.2）.在实际的工程应用中，应把群桩的桩距、桩数及桩长、土层压缩模量Es作为重要几何参数看待，采用增加桩数、太心.见工人3 J程旗士学位治文加桩数、减小班距以提高并桩的承我力，降低基础沉降的办法是不可取的。8 0 0g 2 4 W 1111 一 龙对-180-200-20-15-10 0 三 1C 15 20f i l 3ffi T：,：#.!图L 1省中区院一商的：我实温俏、计算值曲线图图：.2 行口也院一而住楼 c曲线示意图10太原理工大学工程硕士学位论文1.3.3本文的研究目的及主要工作近年来，随着城市建设的不断发展，社会的进步，经济的振兴和科技 的发展，多层及高层建筑大量涌现，地基基础中的桩一筏基础采用较多。相信随着科学技术的不断发展和研究工作的深入开展，人们将逐一解决这 一领域的各个问题，同时进一步掌握高层建筑桩一筏基础与地基共同作用 的设计思想、桩一筏基础的工作性能，可广泛应用于工程的建设中，在工 程设计中合理、安全、经济布桩，具有现实的意义。本文通过工程实录，针对高层建筑地基基础的特点，面向工程实践分 析了桩一筏基础中的桩、筏板、沉降等，并进行了现场实测桩的承载力、沉降及建筑主体沉降观测情况，同时分析了太原地区实测值与计算值的比 值，即桩基沉降计算经验系数。希望能丰富桩一筏基础设计领域，对当地 高层建筑桩一筏基础设计有指导意义，以便于实际应用，同时对本地制定 相关标准、规范、规程提供素材有所参考价值。第二章桩基沉降计算理论高层建筑桩一筏基础的工作性状和承载性能比上部结构更为复 杂，它不仅涉及到桩基结构材料（自身）的性能，而且更主要的是与 变异性很大的地基土的物理、力学性质有关，桩一筏基础又是在隐蔽 条件下受工程地质、水文地质因素影响的情况下施工，其质量的变异 性很大。高层建筑的桩一筏基础中布桩一般情况是：一柱一桩、一柱几桩、墙 下布桩或多数情况是由多根桩组成的群桩，荷载通过承台（或筏板）传递 给各桩桩顶。竖向荷载作用下群桩中任一根桩的工作性状明显不同于孤立 单桩，群桩承载力将不等于各单桩承载力之和，其群桩效率可能小于也可 11太原理工大学工程硕士学位论文能大于1,群桩沉降也明显地超过单桩。在常用桩距条件下，由于相邻应 力的重叠导致桩端平面以下应力水平提高和压缩层加深，因而群桩的沉降 量和延续时间往往大于单桩。2.1单桩的沉降当竖向荷载逐步施加于单桩桩顶，桩身上部受到压缩而产生相对于土 的向下位移，与此同时，桩侧表面受到土的向上摩阻力，直至桩端阻力达 到极限，柱端持力层的大量压缩，塑性挤出，位移增大，速度显著加大。在采用一柱一桩的情况下，单桩的沉降计算成为一个实际课题，沉降 因土的固结和次固结随时间而发展是一种普遍现象（或桩中心距大于6的 桩基）。单桩的沉降计算时要适当选取土的计算参数及方法。单桩受到荷载作用后，其沉降量主要由下述两部分组成：（1）由于桩 侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降；（2）由于桩 端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。单桩沉降组成不仅同桩的 长度、桩与土相对压缩性、土的剖面有关，还同荷载水平、荷载持续时间 有关。桩基础最终沉降量的计算采用单向压缩分层总和法：S”是守（2-1）式中：S 一桩基最终计算沉降量（mm）；用一桩端平面以下压缩层范围内土层总数；旦,一桩端平面下第j层土第i个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量（MPa）;工、,啦泮;太学工和;r乎位诂式为一桩端平面下第j层上的计算分C数：M一桩段平面下第j层土的弟i个分层噂度(m)：一桩端平面下第j层土笫i个分层的竖向附加应力(kPa)可分别按Boussi nesq公式和Mi ndli n公式确定:匕一桩基沉降计算经验系数，各地区应根据当地的工程实测资料统计对 比确定。地基沉降计算深度工，按 你.SQ.“25s确定。依一由计算深度向上取 厚度为AZ的土层计算变形值.采用Mi ndli n应力公式计算地平中的见点的竖向附加应力值时，可将 各根桩在该点所产生的附加应力，逐极显加按F式计算:叫.，(2-2)c IQ为单桩在竖向荷载的准永久在合作用下的附加荷载，由桩端阻力。，和桩侧摩阻力0,共同东拉，H.：0“=,a是桩端阻力比。桩的端阻 力假定为集中力，桩恻摩迎力川暇定为沿桩身均匀分布和沿桩身线性增长 分布两种形式组成，共把分别为闻和(1-m 回弹率：15.98%序号荷载(kN)历时(mi n)沉降(mm)本级累计本级累计00000.000.00110001501501.071.07215001803302.403.47320001805103.997.46425002107204.3611.82530002109304.5716.396350018011104.9121.307400042015306.0827.388450033018605.6333.019500033021905.9838.99104000602250-0.0138.98113000602310-0.9038.08122000602370-0.7537.33131000602430-2.1035.231402402670-2.4732.7621太原理工大学工程硕士学位论文试验桩号：SZ-1测试日期；2000-1 0-24 1出长：27.5m桩径：800nB荷载(kN)0100015002000250030003500400045005000沉降(mm)0.001.073.477.4611.8216.3921.3027.3833.0138.99Q-s曲线0 00 0 45 50 加 12。，1802*0 3钟 770；0.00 4#三*，.计彳-葛？?-_.150Q1N&43。V9 00-1一.2(XM)&N13 50-：-折.一_ _.+2500 kNI8.U。：f _*.一.、-3(XX)kN2NS0-.一27.00：_ 3gM j.。一 7.31.50 1 一4txx)kN?*,-.4s-lgQ曲线0.00-4.50-9.00、：13.30 二】8 00:42230 T27.00 4v31.小36.00 q4140.50-94S.00；.T s(mm)J丝蜜工丝一I、lcQ(kN)26太原理工大学工程硕士学位论文单桩竖向静我试验汇总表测试日期：2000-1 0-1 6 试验桩号：SZ-3 桩长；27.5m 桩径：HOOduo最大沉降量：73.55啦 最大回弹量：9.1 1 0 回弹率：12.39%序号荷载(kN)历时(mi n)沉降（mm）本级累计本级累计00000.000.00J10002702702.212.212150027054017.1819.39320002107503.8623.25425002409905.7128.965300027012606.5835.546350030015607.2042.747400042019809.6152.358450042024009.0461.399500096033601 2.1673.55104000603420-0.0273.53)13000603480-0.6572.88122000603540-1.1171.77131000603600T.8569.921402403840-5.4864.4427太原理工大学工程硕士学位论文试验桩号：SZ-3测试日身月:2000-1 0-1 6桩长：27.5m枇径：800mm荷载(kN)0100015002000250030003500400045005000沉降0.002.2119.3923.2528.9635.5442.7452.3561.3973.55Q-s曲线0.00 t7.50-15.00-22.50-30.00 二37.50 二43.00 352 50 5300工67.50 q75.00-128太原埋工大学工程硕士学位论文s-lgt曲线30 45 60 Vp 120 180 270390750,“IQ00 kHIjt(mm)13.00 L1 一一 2500 kNi，DUO kN”0()kN*4000 kN32.5(160.004500 kN67 50T7S.00 H(500 kN 2000 kN22.30-i5000 kN4,8，一s-lgQ曲线0.007.30-13.00-22.3030.00-37.30 二45.00：5X50-60.0067.5037S.00-野?曲一褥。UQ(kN)29太原理工大学工程硕士学位论文2.2标准平面布置根据现场试桩情况及综合考虑多种因素，单桩承载力（竖向）设计值 取用2250.00kN,钢筋混凝土灌注桩沿剪力墙下布置，共布桩128根，详 见图3.1。2.3桩一筏基础沉降计算运用明德林（Mi ndli n）应力公式，采用Mat lab软件计算程序，进行 计算，暂定桩外围尺寸：28.50mX 33.50m,计算结果详见图3.2。桩端土层分布情况表 表3.2土层分布厚度（ro）压缩模量（Mpa）干密度（kN/）粉细沙层1.5024.0316.05（9）粉粘层14.5018.5516.70（L0）园砾3.0025.001 8.00（11）粉粘层2.5016.5416.8530太原理丁大学工程破七字立沦文宜s三、一三aif瓯31太原理工大学工程硕士学位论文首中玉院及性发好皿H性而-:S二20 406080皿-n T T-2 sftK省中医院商住楼-15-10-5 0 5 10桩位置/-长3性轴一*长边I图3.2 沉降计算值曲线图32太原理工大学工程硕士学位论文三、检测及总结3.1.a桩高应变检测根据实测曲线拟合法分析，检测三根桩的极限承载力分别是 4463.OOkN、4200.OOkN.5300.OOkN,满足设计要求。3.1.b桩低应变检测检测桩身完整性，设备采用RS-1 61 6K(P)型基桩动测仪，SV-7加速 度计，桩身波速介于3350.00m/s4460.00m/s属正常范围。其中I类桩 51根，占所抽检桩数的68%；II类桩24根，占所抽检桩数的32%。桩身完整性分类参考标准：I类：桩身完整，波形规则，波速正常。II类：桩身基本完整，波形基本规则，波速基本正常。III类：桩身混凝土质量较差，波形不够规则，波速偏低。IV类：桩身混凝土存在严重缺陷，波形不规则，波速低。根据低应变检测分析，本批工程桩桩身完整性可满足工程需要。3.2 现场实测沉降建筑物到目前总计沉降17.00twno3.3 总结设计应严格按国家的规范，规程进行，同时应做一定数量的静载荷试 验，以便取得更可靠的数据；施工中钢筋混凝土灌注桩应严格控制班侧泥 皮厚度、桩端沉渣厚度，以保证桩体承载能力。同时减小建筑整体沉降；进一步改善成桩工艺及采用新技术，可使用挤扩桩或后压浆工艺技术，进 一步改善桩一筏基础，以提供更高的承载力、减低建筑物沉降，取得更好 的经济效益和社会效益。太原理工大学工程硕士学位论文3.1.2山西医科大学二院4#高层住宅楼：一、工程项目及工程地质概况1.1 工程项目概况山西医科大学二院一 4,高层住宅楼位于太原市教场巷西侧二院宿舍院 区内。采用钢筋混凝土剪力墙结构体系，地上17层，地下1层，建筑面 积1 5000.00m)总高度是51.50m,基坑开挖深度5.00m,8抗震设防。拟建场地地貌单元属汾河东岸级阶地。地层是第四系冲洪积地层，由于受汾河冲积作用的影响，在场地内形成多层结构的粉上、粘性土、砂 层，其岩性特征反映出沉积环境变化。工程项目竣工后，近一年多的现场沉降观察结果表明：高层建筑桩一 筏基础设计是合理的、可行的，问时取得了很好的社会和经济效益。1.2 勘察地质情况分布如下：第层：人工填土，主要以杂填为主，含大量砖块、灰渣、水泥块等，杂乱、结构松散，分布不均匀，厚度1.50m8.50nu第层：粘土，局部夹有薄层粉质枯土，粉细砂、砾砂。分布不均匀，中密，中低压缩性，厚度6.50m1 40m第层：粘结，夹有薄层粉细砂、砾砂、中密、中压缩性，层厚3.50m-4.50m0第层：粘土，夹有砾石，粉质粘土，中密密实，中压缩性，层厚 5.10m6.50m(,第层：粘土，夹有粉质粘土，粉细砂、砾砂、密度，中低压缩性，层厚 4.20m7.50mo第层：中细砂，主要有中砂、细砂、粉砂组成，中密，层厚2.1 0m-2.80m.Eto.j o-o,=27.80Mpi 干密度 18.OOKN/m。34太原理工大学工程硬士学位论文第层：粘土，夹有中绒砂，中密，中低压缩性，层厚！.70m3.20叫 Eo.so/.m=20.30Mpa.干密度 18.OOKN/i n3o场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为HI类。二、地基基础设计2.1 确定单桩竖向承载力建筑物主体基础埋深5.00m,基底持力层位于第层人工填土，结构 松散，且较软弱。据上部结构荷教及主体沉降初算，天然地基不能满足设 计要求，综合分析多种因素及参照本地区工程建设经验，最后采用钢筋混 凝土灌注桩一筏基础(筏板厚度800.0()面)，桩端持力层是第层中细砂 层。钢筋混凝土灌注桩桩径700.00mm,有效桩长25.50m,桩身混凝土强 度等级G，建筑桩基安全等级二级。而由球+弘=0.70 xx(0.90()太原理工大学工柜硕士学位论文-!,.:L 100120140)60180200 一一8.3、sss二卜川：rt疝二-应力区和大学诙仔楼w o o O 0 2 4 6 ill-5/s!t3-15-10-5(I 5 10 15 20长中而长毡；留3.4沉除计算值曲线图47太原典i大竽二程领土学位论文三、检测及总结3.1桩低应变检测检测桩身完整性，设备采用RS-1 61 6K（P）型桩动测量，SV-7加速度 计，桩身波速介于3350m/s-4460m/s属正常范围。桩身完整性分类参考标准：I类：桩身完整，波形规则，波速正常。R类：桩身基本完整，波速基本正常，波形基本规则。III类：桩身混凝土质量较差，波形不够规则，波速降低。IV类：桩身混凝土存在严重缺陷，波形不规则，波速低。根据低应变测试分析，木批工程桩桩身完整性可满足工程设计需要。3.2现场实测沉降建筑物到目前，总计沉降12.00画。高层建筑地基基础设计应严格按国家的有关规范、规程进行，同时依 据地质勘察报告、现场的实际情况做一定数量的静载荷试验，以便取得更