高层建筑基础工程设计原理第7章桩筏（箱）基础

7.1概述7.2桩筏（箱）基础的设计原则与构造要求7.3桩筏（箱）基础内力的计算7.4桩筏（箱）基础设计验算7.5桩筏（箱）基础的沉降计算第7章

桩筏（箱）基础

7.1

概述

7.1.1

桩筏（箱）基础的功能特点桩筏(箱)基础就是置于桩上的筏形或箱形基础。对与高层或超高层建筑而言，当筏（箱）形基础下天然地基承载力或沉降变形不能满足设计要求时，可采用桩加筏（箱）形基础，形成桩筏（箱）基础。桩筏（箱）基础的受力与变形状态既不同于天然地基上的筏形基础和箱形基础，也不同于单纯的桩基础，它是由桩箱与桩筏基础与桩以及地基土三者组成的、相互作用的一个受力共同体，共同承受上部结构传来的各种荷载。上部结构荷载的一部分通过桩传递到更深处的土体，另一部分则由箱基或筏基底板下的土体承受。由于桩筏（箱）基础结合了筏（箱）形与桩基础的共同优点，在高层建筑基础中应用广泛。下面对桩筏（箱）基础主要特点进行介绍。（1）能够充分发挥地基承载力箱形和筏形基础都是满堂基础，与独立柱基、条形基础或十字交叉梁基础等相比较，基础底面积大，能够更好地发挥地基的承载力。同时，由于筏（箱）底板下桩基础的存在，还能够将荷载传递至地基深部，能够充分利用埋深较大的地基土承载能力。（2）有效控制地基不均匀沉降作为高层建筑的基础，箱形或筏形基础的埋深较大，基础本身所占的体积很大，挖去的土方重量往往大于箱形和筏形基础本身的重量，使之成为一种补偿基础，相应的基底附加压力值也会减小。所以在同样的上部结构荷载的情况下，箱形或筏形基础的沉降量本身就会比其他类型的基础小，当再结合桩形成桩筏（箱）基础时，就进一步控制了地基的整体沉降或者不均匀沉降。（3）具有良好的抗震性能力实际调查资料表明，箱形筏形基础具有良好的在地震中表现出了良好的抗震性能。其不仅沉降小，而且还能在轻度的地震液化保持整体性；而且桩基的存在加强了软弱地基，减小了沉降，并减轻了地基土液化引起的震害。（4）可充分利用地下空间箱形或筏形基础能够很好地对地下空间进行利用。许多高层建筑的地下，存在地铁车站或地下商场，筏形基础就适用于这类高层建筑；对于多层地下室，箱形基础就具有更明显的优势。将地下空间建设与桩筏（箱）基础结合起来，能够节省城市建设的总费用。7.1.2桩筏（箱）基础的应用条件

高层建筑与一般建筑一样，往往可采用多种基础方案。是否采用桩筏（箱）基础，应是多种基础方案进行比较的结果。影响方案选择的因素主要有：（1）上部结构特性上部结构形式不同，对基础的要求也不同。对地基不均匀沉降非常敏感的结构，需选择整体刚度大，调整不均匀沉降能力强的基础，例如桩筏（箱）基础。（2）地基土质条件当土质较好、地基承载力较高时，首先应考虑天然地基方案，例如北京的高层建筑，天然地基上的箱基应用较多。上海地区的软土层厚度大、承载力低，对于高度在40m以下的建筑，采用箱形基础是可行的。对于更高层的建筑，天然地基承载力就难以满足，可考虑采用桩筏（箱）基础。（3）建筑功能要求有些建筑有人防、地下车库和设备层的要求，如地质条件许可，采用筏（箱）形基础一举两得，既满足了使用要求，又满足了基础的技术要求。（4）抗震要求在抗震设防区，抗震要求是选择基础方案的必须考虑的因素。桩筏（箱）基础的抗震性能比较好，可供高中建筑物选用。（5）其他因素工程所在地区的环境、基础造价、材料和施工条件以及工期等均会对基础方案的选择产生影响。7.2.1桩筏（箱）基础的设计原则1.总体设计原则由于桩筏（箱）基础工作性状复杂性以及客观上存在的地基—桩—筏（箱）—上部结构的共同作用，使得桩筏（箱）基础的设计过程中，不仅应遵循一般桩基础和筏（箱）形基础的设计原则，还应注意其本身的特殊性。为确保建筑物的安全和正常使用，桩筏、桩箱基础设计时，必需满足以下三方面的原则：（1）基底总荷载不超过桩基承载力与桩间土容许分担荷载的总和；（2）地基计算变形量小于建筑物容许变形值；（3）满足水平荷载作用下建筑物抗倾覆和抗滑移稳定性要求。这三个要求也是高层建筑基础设计的基本要求，对于重要程度和使用年限不同的建筑物可分别对待。7.2桩筏（箱）基础的设计原则与构造要求

对于桩箱基础，由于其箱基具有较大的结构刚度，一般按墙下板受冲切承载力计算确定板厚，按构造要求配筋即可满足设计要求。而桩筏基础，由于其底板和地下室结构刚度有限，其在上部结构荷载作用下的整体和局部弯曲所产生的内力，特别是弯矩的影响不可忽视。限于目前的设计计算水平，桩筏基础的桩顶反力、桩土荷载分担以及筏板内力的计算等还不够规范，设计单位需根据自己的设计经验和计算能力，参照地基规范对筏形基础和桩基规范对桩基及承台的设计要求来进行桩筏基础的设计。2.桩的布设原则对于桩筏或桩箱基础中桩而言，其布置应符合下列原则：（1）桩群承载力的合力作用点宜与结构竖向永久荷载合力作用点相重合；（2）同一结构单元应避免同时采用摩擦桩和端承桩；（3）桩的中心距应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的相关规定；（4）宜根据上部结构体系、荷载分布情况以及基础整体变形特征，将桩集中在上部结构主要竖向构件(柱、墙和筒)下面，桩的数量宜与上部荷载的大小和分布相对应；（5）对框架—核心筒结构宜通过调整桩径、桩长或桩距等措施，加强核心筒外缘1倍底板厚度范围以内的支承刚度。以减小基础差异沉降和基础整体弯矩；（6）有抗震设防要求的框架—剪力墙结构，对位于基础边缘的剪力墙，当考虑其两端应力集小影响时，宜适当增加墙端下的布桩量；当桩端为非岩石持力层时，宜将地震作用产生的弯矩乘以0.8的降低系数。7.2.2桩筏（箱）基础的构造要求箱基底板一般为等厚度平板；筏板分为平板式和梁板式两种类型，应根据土质及布桩情况、上部结构体系、柱距、荷载大小以及施工条件选定。（1）当箱形基础的底板和筏板仅按局部弯矩计算时，其配筋除应满足局部弯曲的计算要求外，箱基底板和筏板顶部跨中钢筋应全部连通，箱基底板和筏基的底部支座钢筋应分别有1/4和1/3贯通全跨，上下贯通钢筋的配筋率均不应小于0.15％；（2）底板的平面尺寸，应根据布桩情况、上部结构布置以及对地基分担荷载的要求等因素确定。底板边缘至外排桩桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分的宽度不应小于150mm。（3）基础底板的厚度应满足整体刚度及防水要求，桩布置在墙下或基础梁下的基础板，其厚度不得小于300mm，且不宜小于板跨的1/20；满堂布桩的平板式筏基和箱基底板的板厚应满足受冲切承载力的要求。（4）梁板式筏基，基础梁的宽度除满足剪压比、抗剪承载力外，尚应验算其局部受压承载力。基础梁与地下室地层柱、剪力墙的连接构造尺寸见图7.2-1和7.2-2。（5）桩上筏形与箱形基础的混凝土强度等级不应低于C30；垫层混凝土强度等级不应低于C10，垫层厚度不应小于70mm。（6）当基础板的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，应验算柱下或桩上基础板的局部受压承载力。基础板的厚度除应满足承载力计算要求外，其厚度与最大双向板格的短边净跨之比不应小于1/14，且不应小于400mm；早板式筏基的板厚不应小于500mm；当筏板厚度大于2000mm时，宜在板厚中间设置直径不小于12mm、间距不大于300mm的双向钢筋网。（7）桩与箱基或筏基的连接应符合下列规定：桩顶嵌入箱基或筏基底板内的长度，对于大直径桩，不宜小于100mm；对于中小直径的桩不宜小于50mm；桩的纵向钢筋锚入箱基或筏基底板内的长度不宜小于钢筋直径的35倍，对于抗拔桩基不应小于钢筋直径的45倍。7.3.1不考虑共同作用的简化计算方法以桩筏基础上的高层框架结构为例来说明不考虑上部结构共同作用的简化计算方法。这一计算方法是沿框架地层柱脚切断，将上部结构视为柱底固端约束的独立结构，用结构力学方法求出外荷载作用下的结构内力和柱底反力；然后将求出的柱底固端力作用于基础，假定外荷载全部由桩承担，由外荷载和单桩承载力确定桩数，再按材料力学要求或构造要求确定承台基础尺寸和配筋。内力计算的刚性板法即属于不考虑共同作用的计算方法。按截条多跨连续梁法，计算时从纵横两个方向分别截取跨中到跨中或跨中到板边的板带，将板带简化为以板下的桩作为支座的多跨连续梁，以板带上的墙、柱脚荷载作为连续梁的荷载，按结构力学法近似计算各板带的内力。这种计算方法不考虑板底地基土对荷载的分担作用，认为上部结构荷载全部由桩来承担且各桩分配的荷载相等；同时也不考虑各接触点的变形协调。因而，该方法仅满足了总荷载与总反力的静力平衡条件，未能考虑上部结构与基础的连接点、基底及桩身以上介质接触点的位移连续条件。7.3桩筏（箱）基础内力的计算

该方法存在以下几方面问题:（1）桩筏基础的黏顶反力并不是相等的，但角桩、边桩、小内桩、桩顶反应有很大的区别，这种差异将导致筏板的内力，尤其是板的弯曲力矩。因此，刚性板法的计算结果是不安全的。（2）刚性板法忽略了各板带之间的变形协调和内力，其计算结果是相当粗糙的，有时可能会导致严重的失真。（3）刚性板法算得的是各板带的平均内力，不能反映内力沿板带宽度上的分布。（4）刚性板法计算的内力没有