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摘要：针对超高层基础沉降问题，本文结合工程实际，分析不同的计算模型的选择，桩距，布桩形式等方面对控制基础沉降的影响。
关键词：超高层 ；桩筏基础； 沉降控制 ；计算模型
超高层建筑的上部荷载一般较大，基础设计复杂，致使地基产生过量的变形和不均匀的沉降。地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能，不均匀的沉降也易造成建筑次应力的增生和上部结构的开裂。采用桩筏基础设计可以使较大的上部结构荷载在平面上得以扩散和向深层传递，从而提高基础承载能力并减少沉降。本文结合工程实际，从计算模型的选择，桩距，布桩形式等方面，分析对基础沉降的影响。
1.概述
某工程位于昆明市西山区,总建筑面积 104万m2 。其中11#住宅建筑面积26338.17m2，建筑层数为地下4层，地上44层，地上高度128m，抗震设防烈度8度，属B类高度建筑，抗震设防类别为标准设防类，结构采用剪力墙结构体系。
该住宅采用桩筏基础，基础底板厚1800mm，筏板顶标高-17.250m。桩基础采用预应力混凝土空心方桩，以第四系全新统冲湖积层粉土层作为桩端持力层。
工程场地位于昆明盆地西部边缘，属昆明湖积盆地地貌，现地形稍有起伏，总体来说西北侧高东南侧低，地面标高变化在1886.51～1899.17m之间（依孔口标高计）。根据钻孔揭露，场地主要分布在第四系全新统冲湖积层及以上沉积土层。建筑地下水位稳定在绝对标高1886.07～1897.67m。
2.不同参数对沉降计算的影响
实际受力环境下，建筑的沉降原因复杂，地基、基础、上部结构、周围环境均会对建筑的沉降造成影响。同时，为了得到与实际接近的沉降计算结果，需要选择合理的地基变形计算方法和计算参数。本文从概念设计入手，应用计算软件PKPM中JCCAD模块，分析不同变量对超高层沉降计算的影响。
2.1.不同有限元计算模型对沉降计算的影响
基底压力与地基反力和筏板变形与基础沉降是影响基础沉降及筏基内力的重要因素，不同的计算模型将得到不同的取值。在JCCAD中对桩筏基础进行有限元分析，有三大类有限元分析模型来描述基地分布压力和地基沉降的计算问题，即土的应力与应变关系：弹性地基梁板模型（桩土按WINKLEER模型）、倒楼盖模型（桩及土反力按刚性板假设），单向压缩分层总和法模型弹性解及修正解（弹性理论有限压缩层假定）。
弹性地基梁板法（WINKLER模型），是一种考虑基础与地基相互作用的模型，地基与基础是整体参与计算，以上部柱墙的反力为荷载，以地基为弹性支座，地基土的弹性刚度根据用户指定的基床系数取值，基底压力与地基反力互为作用力与反作用力，二者变形协调。
倒楼盖法，假定筏板刚性不变形，不考虑基础与地基相互作用。通过上部荷载假定地基反力的分布形式，也即力的边界条件，并以上部柱墙为支座，也即位移的边界条件，然后根据板壳理论计算出筏板的内力，其筏板沉降值是依据规范计算均布荷载矩形面积中心点沉降值。
单向压缩分层总和法，基于弹性理论法和规范有限压缩层法，是不考虑基础与地基相互作用的。假定土与桩为弹性介质，采用Mindlin应力公式求取压缩层内应力，用分层总和法求取单元节点处沉降。基于弹性半空间的地基模型假定地基土是均质的、各向同性的弹性半无限体，土体在建筑荷载下仅产生竖向压缩变形。然而实际上，地基土不可能是均质的、各向同性的弹性半无限体。其弹性模量也不会是一个值，所以，弹性半空间地基模型的计算结果也仅是一个近似解。但是由于弹性半空间地基模型是一种能够考虑非线性影响的连续性模型，所以从理论上讲，可以适用于各种地基土类型。
分别选取上述三种不同的计算方法对比计算，得图表3.1，可知在该工程背景下，弹性理论有限压缩层假定下的单向压缩分层综合法能较好反应筏板的整体弯曲效应，沉降分布规律接近实际情况。沉降结果按经验系数折减后也接近Winker模型。
2.3.不同筏板悬挑长度对沉降计算的影响
筏基可适当加设悬臂部分以扩大基底面积，减小基地附加应力，同时调整基底形心与上部荷载重心尽可能一致。改变筏板悬挑长度，对比悬挑长度2.5m的桩筏模型和不悬挑的桩筏模型，得知，不设悬挑的桩筏模型沉降量约256mm，设置2.5m悬挑的桩筏模型沉降约151mm，前者比后者多沉降69%左右，设置适当的悬挑将有利控制桩筏的沉降。
2.4.不同布桩方式对沉降计算的影响
分别以三角形方式布桩和正方形方式布桩，其他参数不变，得知，正方形布桩沉降约151mm,三角形方式布桩沉降约146mm，基础沉降基本一致，增减量并不大。总的来说，布桩方式的改变对桩筏基础的平均沉降和荷载承担比影响不大。但是由于三角形布置桩数较多，可以在不满足承载力要求的情况下，有效提高承载力要求。
3.结论及建议
影响筏板变形和内力分布的因素很多，土的弹塑性模型的选取、桩型、桩长桩径、桩数、桩间距、布桩方式从不同程度上影响着受力特性及变形特征。
为了得到与实测结果接近的计算结果，应选择合理的计算方法和计算参数，以保证计算结果的准确性。选用单向压缩Mindlin法在该项目具体地勘背景下可以取得比较理想的沉降值。
为了使建筑均匀合理的沉降，可以通过调整桩位布置，改变桩长、直径，调整筏板厚度和悬挑长度来改变桩筏特性，以期降低筏板内力和上部结构的次内力，减少板厚及配筋，得到均匀的沉降值，改善建筑物的使用功能。
综合对比计算结果可知，通过控制桩间距对控制基础整体沉降的影响不大；增加筏板悬挑长度可有效降低基地附加应力，控制基础沉降；布桩形式对基础沉降影响不大，但可以改变桩基的整体承载能力。
参考文献：
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[3]陈仲颐，叶书麟.基础工程学[M].北京：中国建筑工业出版社，1990.
[3]何子帅.高层建筑桩筏基础工作性状研究及变刚度调平设计[D].山东：山东大学，2010.
论文作者:马琳
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/20
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