JCCAD計算樁筏底板實例探討

JCCAD計算樁筏底板實例探討

【提要】

蘇州地區(qū)某超高層建筑的三層或四層外擴地下室（無上部建筑物）樁筏基礎(chǔ)的計算沉降居然為60～90mm。

同一幢高層建筑樁筏基礎(chǔ)按分層總和法（國家地基基礎(chǔ)規(guī)范）、JCCAD程序（國家地基基礎(chǔ)規(guī)范）、JCCAD程序（上海地基規(guī)范）計算樁基最終沉降量，居然得出相差甚遠的結(jié)果；而且似乎沒有找到問題之所在。

因此，蘇州地區(qū)某超高層建筑的樁筏JCCAD計算，可以作為一個相當(dāng)有趣的案例來進行探討。

前言

PKPM系列的JCCAD程序計算樁筏基礎(chǔ)的底板內(nèi)力與樁基沉降，從編制軟件者的角度看，可能已經(jīng)算是完成任務(wù)了。但從我們工程師的角度來說，那頂多只能算是半成品。因為至少對于軟土地區(qū)而言，計算結(jié)果實在難以直接應(yīng)用到工程實踐中去。

2011年2月的《建筑結(jié)構(gòu)》文“蘇州地區(qū)某超高層建筑基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計”（以下簡稱“文獻（一）”），給出一個應(yīng)用JCCAD計算樁筏基礎(chǔ)的底板內(nèi)力的工程實例，現(xiàn)在根據(jù)該文給出的結(jié)果進行一些探討。一、蘇州地區(qū)某超高層建筑資料

蘇州地區(qū)某超高層建筑由三棟塔樓與裙房組成。塔樓為一座地上34層（147.15m高）辦公樓與兩座地上29層（99.80m高）公寓；裙房4層（總高22.40m）；地下4層，地下室埋深17.50m?？偨ㄖ娣e267548平方米。地下室平面185m×182m。

立面簡圖見圖一：

圖一

立面簡圖

地面絕對標(biāo)高3.02～3.59m。地面以下110m深度內(nèi)為第四紀早更新世Q1及其后期的沉積土層，屬第四紀湖沼相、河口～濱海相松散沉積物。

±0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高3.60m，抗浮水位絕對標(biāo)高2.63m，歷史常年最低水位絕對標(biāo)高—0.21m。

地基承載力特征值及壓縮模量見表一。

表一

地基承載力特征值及壓縮模量

土層名稱fak

/kPaES

/MPa樁基沉降計算ES建議值/MPa

е-p曲線確定靜力觸探確定標(biāo)貫試驗確定建議值6粉質(zhì)黏土1305.4

7黏土2008.2

8粉質(zhì)黏土1806.8

9粉質(zhì)黏土1506.4

10粉質(zhì)黏土夾粉土1707.316.727.0

2011粉質(zhì)黏土1507.020.013.9

1612粉質(zhì)黏土夾粉砂1707.324.022.0

2213-1粉質(zhì)黏土1606.618.212.5

1813-2粉質(zhì)黏土夾粉土1707.325.620.0

2414黏土2209.525.9

2015粉砂26014.648

925016粉細砂28013.255

1006017粉質(zhì)黏土20010.129

2218粉砂28013.562

94.47519粉質(zhì)黏土2008.9

20粉砂28013.7

塔樓選用0.8m×50.6m鉆孔灌注樁，以15層粉砂為樁端持力層；塔樓以外地下室與裙房選用0.6m×21m鉆孔灌注樁，以10層粉質(zhì)黏土為樁端持力層。

塔樓核心筒區(qū)域樁長比外圍框架處加長4米。

采用PKPM系列JCCAD程序建立有限元模型進行沉降計算分析。

1、S1為分層總和法樁基最終估算沉降量：辦公樓S1=52.01mm，南北公寓S1=45.40mm；

2、S2為JCCAD復(fù)合樁基算法平均沉降計算值：辦公樓S2=188.1mm，南北公寓S2=114.4mm；

3、S3為JCCAD沉降控制復(fù)合樁基算法（上海地基規(guī)范）平均沉降計算值：辦公樓S3=114.71mm，南北公寓S3=21.81mm。

與JCCAD計算值相比，辦公樓、南北公寓復(fù)合樁基沉降計算值各為其分層總和法樁基最終估算沉降值的3.6倍和2.5倍；

分層總和法樁基最終估算沉降值又接近于已有實際工程的經(jīng)驗。

JCCAD算法的計算結(jié)果簡圖見圖二：

圖二

JCCAD算法的計算結(jié)果簡圖

主樓區(qū)域采用樁筏基礎(chǔ)，辦公樓與南北公寓區(qū)域底板厚度分別為2.8m與2.3m；塔樓以外和裙房區(qū)域采用柱下設(shè)置承臺+筏板+抗壓兼抗拔樁基礎(chǔ)，底板厚度0.9m，承臺厚度1.7m。

為了緩解不同區(qū)域、不同部位之間的不均勻沉降，避免筏板產(chǎn)生過大的應(yīng)力差，在主樓與裙房之間設(shè)置沉降后澆帶，須待主樓結(jié)構(gòu)封頂且沉降穩(wěn)定后方可封堵。

二、對外擴地下室JCCAD算法計算結(jié)果的探討

文獻（一）提供資料：±0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高3.60m，抗浮水位絕對標(biāo)高2.63m，歷史常年最低水位絕對標(biāo)高—0.21m。

由此可得外擴地下室（指無上部建筑物的地下室）底板底面地下水浮力為164kPa（按抗浮水位絕對標(biāo)高2.63m計）。即使按歷史常年最低水位絕對標(biāo)高—0.21m計，外擴地下室底板底面地下水浮力為136kPa。

外擴地下室為三層或四層地下室，按每層地下室平均重25kPa，900mm厚底板加面層重25kPa，則外擴地下室的重量125kPa小于地下水浮力136kPa，因此基底附加壓力小于零。

即使按地下水位于地下室底板底面以下計算，地下室底板底面處的土自重壓力為8×17=136kPa（此處仍按土的浮容重計算），大于地下室總重量125kPa，因此基底附加壓力小于零。

因此，外擴地下室（按箱型基礎(chǔ)天然地基）的理論計算沉降應(yīng)該等于零。

現(xiàn)在的外擴地下室至少是每一柱下布置一根21m長鉆孔灌注樁。而圖二提供的外擴地下室JCCAD計算沉降卻為60～90mm。

文獻（一）沒有提供外擴地下室沉降計算的詳細模式，因此難以判斷其問題之所在。但在同等條件下，有樁的地下室計算沉降比無樁地下室要大得多，這一點違反土力學(xué)基本常識應(yīng)該是確定無疑的，除非設(shè)計者有當(dāng)?shù)貙嵺`數(shù)據(jù)的支持，其計算結(jié)果方有說服力。

三、對34層辦公樓JCCAD算法計算結(jié)果的探討

由圖二可知，JCCAD算法計算34層辦公樓樁筏基礎(chǔ)，中心部位計算沉降值170mm，邊緣部位計算沉降值120mm，計算沉降差最大為50mm。難怪底板厚度要取2800mm。

這與上海計算樁筏底板沉降、內(nèi)力的“彈簧常數(shù)法”有所不同?！皬椈沙?shù)法”根據(jù)上海地區(qū)對高層建筑的長期沉降量與沉降差的觀測，得出結(jié)論：

當(dāng)荷載及布樁以及地基土均較均勻，各樁位置的沉降也較均勻時，各樁的計算沉降僅與樁頂荷載有關(guān)，而與樁的位置無關(guān)。

而在JCCAD算法中，各樁的計算沉降與樁頂荷載、樁的位置都有關(guān)系。因為JCCAD算法的依據(jù)就是可以采用明德林應(yīng)力公式法計算樁群中各點的沉降。這與上海地區(qū)的經(jīng)驗有著明顯的不同。

文獻（一）沒有介紹設(shè)計者為何不采用上?！皬椈沙?shù)法”作為計算前提的依據(jù)。

還有文獻（一）提供的JCCAD算法計算結(jié)果簡圖似乎不是最終結(jié)果，因為以往多次工程樁筏設(shè)計中從未見到這樣完美的橢圓形計算沉降曲線。這應(yīng)該是純粹根據(jù)明德林應(yīng)力公式法計算樁群中各點沉降的結(jié)果。

而且如果存在這樣大的計算沉降差，若在上海的話，設(shè)計審查人員就會告訴設(shè)計人員，這個樁基礎(chǔ)設(shè)計有相當(dāng)大的優(yōu)化余地。因為對于34層的高層建筑，上海地區(qū)的一般經(jīng)驗是采用1800～2000mm厚的筏板就能滿足設(shè)計要求。

四、討論

總之，出現(xiàn)這樣奇特的樁筏底板計算結(jié)果，是由于整個工程的沉降計算出現(xiàn)三個結(jié)果，而且是難以協(xié)調(diào)的結(jié)果：

1、采用分層總和法（國家地基基礎(chǔ)規(guī)范）計算樁基最終沉降量：辦公樓S1=52.01mm，南北公寓S1=45.40mm；

2、采用PKPM系列JCCAD設(shè)計程序計算樁基最終沉降量（國家地基基礎(chǔ)規(guī)范）：辦公樓S2=188.1mm，南北公寓S2=114.4mm；

3、采用PKPM系列JCCAD設(shè)計程序計算樁基最終沉降量（上海地基規(guī)范）：辦公樓S3=114.71mm，南北公寓S3=21.81mm。

文獻（一）指出，采用分層總和法（國家地基基礎(chǔ)規(guī)范）計算樁基最終沉降量，接近于當(dāng)?shù)匾延袑嶋H工程的經(jīng)驗。但分層總和法不能計算樁基礎(chǔ)每一點的沉降量。

同樣根據(jù)國家地基基礎(chǔ)規(guī)范采用JCCAD計算所得樁基最終沉降量，居然是分層總和法計算結(jié)果的3.6倍。而根據(jù)上海地基基礎(chǔ)規(guī)范采用JCCAD計算所得樁基最終沉降量，辦公樓計算沉降量居然是南北公寓計算沉降量的5.3倍。

文獻（一）沒有介紹對這種巨大差異的解釋，也沒有介紹從單位總工到設(shè)計審查的處理意見。足見他們似乎沒有得出一個確定的看法。

根據(jù)圖二所示，34層辦公樓樁筏基礎(chǔ)邊緣的JCCAD計算沉降為120mm，若外擴地下室計算沉降值按土力學(xué)基本常識取為零，則主樓與外擴地下室之間的沉降差高達120mm，顯然無法單靠后澆帶來消減由此產(chǎn)生的附加彎矩。

由此可見，或許是設(shè)計者按當(dāng)?shù)匾延袑嶋H工程實際沉降的經(jīng)驗，采取將外擴地下室計算沉降調(diào)大的技術(shù)處理手段，來降低底板內(nèi)力。只是沒有在文獻（一）中交代清楚來龍去脈。