[發明專利]一種樁筏基礎結構的計算方法

有效

• 申請號: 201410377975.6
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104234066A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 唐金忠;潘世虎
• 申請（專利權）人: 上海市水利工程設計研究院有限公司
• 主分類號: E02D27/01
• 分類號: E02D27/01
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術領域

本發明涉及水工結構計算技術，尤其涉及一種樁筏基礎結構的計算方法。

背景技術

樁筏基礎是指筏形基礎下采用樁基，簡稱為樁筏基礎。樁筏基礎在水利工程中應用較多，天然地基尤其是軟土地基上，水工建筑往往難以滿足穩定性和沉降的要求，而樁基是較理想的基礎形式，水工建筑為筏形基礎時，當筏基底下采用樁就形成樁筏基礎。例如軟土地基上的泵房、閘室、擋土墻等建筑物，大多數都是筏形基礎，當采用樁基時，就形成樁筏基礎。

地基由于其復雜性，因而成為土木工程中比較復雜的問題，而樁筏基礎由于樁的加入，使地基問題更加復雜。為了計算地基基礎，目前已有各種各樣的地基模型，應用于工程設計的有文克爾地基模型、半無限深地基模型和有限深地基模型，但這些模型都不適宜計算樁筏基礎。

樁筏基礎內力計算，與筏板的剛度、樁的剛度、荷載的分布、地基的性質以及上部結構的剛度等很多因素有關，在工程設計中，通常根據不同的情況和需要，對某些因素作適當簡化，以便于計算分析。不同的簡化，則形成不同的計算方法。但由于樁筏基礎的復雜性，目前樁筏基礎內力計算方法有以下幾種：

(1)剛性板法

剛性板法是以靜力平衡為基本條件的簡化計算方法，即結構力學計算法。該類方法是把上部結構、筏板、樁基與地基作為彼此離散獨立的結構單元進行力學分析。受目前樁筏基礎的設計水平所限，這種結構力學分析還是主要計算方法。

樁筏基礎的剛性板法是一種結構力學法，它是將建筑物整個結構靜力平衡體系人為地分為多個部分，按各自獨立求解。假定外荷載全部由樁承擔，由外荷載和單樁承載力確定樁數；然后按材料力學要求或構造要求，確定基礎尺寸和配筋；在需要進行沉降驗算時，以上述計算的基底附加壓力或樁尖平面附加應力按柔性荷載計算地基的沉降。

剛性板法是采用“截板成梁”按多跨連續梁計算內力，是一種簡化的計算方法，與倒置梁法類似；但該方法不計板底地基反力，認為上部結構荷載全部由樁承擔，且各樁分配的荷載相等。參見圖1和圖2，計算時從縱、橫兩個方向，分別截取跨中至跨中或跨中至板邊的板帶，將板帶簡化為以板下的樁作為支撐的多跨連續梁，以板帶上的構件傳給底板的荷載，如墻、柱腳荷載，作為連續梁上的荷載，按結構力學方法近似計算各板帶的內力。

如前所述，剛性板法簡化計算的假設條件與實際情況差別較大，因此，剛性板法存在以下問題：

①剛性板法是按樁頂荷載相等，但樁頂反力并非相等，而是角樁、邊樁大，內部樁小，樁頂反力的差異，將導致筏板實際內力比計算結果大，因此，該方法筏板內力計算結果偏于不安全。

②剛性板法忽略了各板帶之間的變形協調和內力，其計算結果與實際情況不符。

③剛性板法無法對板帶進行縱、橫向荷載分配，計算中直接將縱橫板帶交點處的荷載分別作用在縱橫板帶上。

④計算筏板內力時未計及筏板整體彎曲的影響。

(2)彈性地基梁法

彈性地基梁法。該方法忽略了上部結構影響，僅考慮地基與基礎相互作用；對于天然地基，該方法地基基礎計算結果與實際狀況比較吻合；但該方法對于樁與筏板的作用，還難以定量計算。

顯而易見，樁筏基礎按普通彈性地基梁計算，地基模型的簡化與實際情況相差較大，使樁筏基礎樁頂反力和筏板內力的計算結果與實際受力情況不符。彈性地基梁使用非常廣泛,但是關于彈性地基梁的計算卻沒有簡便實用的方法。一些大型有限元軟件,例如ANSYS,SAP2000,MARC等，因為難以設置合理的參數,計算結果往往難以應用，且采用這些軟件建模計算過程通常比較復雜，因此,現有的軟件都不便于計算樁筏基礎。

(3)共同作用分析法

共同作用分析法是考慮地基、基礎與上部結構共同作用的基礎內力計算方法。采用該方法，通常只能運用有限元分析計算，但有限元計算存在計算工作量大，地基參數不便確定，很難直接用于工程設計，在水工基礎設計中，目前共同作用分析法還只能作為一種參考性的計算。其次，水工上部結構對基礎的影響較小，因此，在水工計算中很少作共同作用分析。

綜上所述,目前采用的上述幾種計算方法，都難以真正反映樁筏結構的實際受力情況，要解決這些問題，需要在計算模型上進行創新，為工程設計提供計算方便、計算結果更符合實際受力情況的計算模型。因此，需要專門針對樁筏基礎的結構計算，提出簡便而有實用價值的樁基分析方法是很有必要的。