樁基沉降計算方法及存在的問題
一、目前樁基沉降計算方法及存在的問題
1、目前樁基的計算方法
對于群樁基礎(chǔ)（樁距小于和等于6倍樁徑），在正常使用狀態(tài)下的沉降計算方法，目前有兩大類。一類是按實體深基礎(chǔ)計算模型，采用彈性半空間表面荷載下boussinesq應(yīng)力解計算附加應(yīng)力，用分層總和法計算沉降；另一類是以半無限彈性體內(nèi)部集中作用下的mindlin解為基礎(chǔ)計算沉降。后者主要分為兩種：一是poulos提出的相互作用因子法；第二種是gedes對mindlin公式積分而導(dǎo)出集中力作用于彈性半空間內(nèi)部的應(yīng)力解，按疊加原理，求得群樁樁端平面下各單樁附加應(yīng)力和，按分層總和法計算群樁沉降（如《上海地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》dgj08-11-1999，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》gb50007-2002）。
上述方法存在如下一些些問題：
（1）實體深基礎(chǔ)法，其附加應(yīng)力按boussinesq解計算與實際不符（計算應(yīng)力偏大），且實體深基礎(chǔ)模型不能反映樁的距徑比、長徑比等的影響；
（2）相互作用因子法不能反映壓縮層范圍土的成層性；
（3）geddes應(yīng)力疊加-分層總和法要求假定側(cè)阻力分布，并給出樁端荷載分擔比；
（4）所有的計算方法都依賴經(jīng)驗參數(shù)，以上計算方法均是以彈性力學的基本原理為基礎(chǔ)，計算的可靠性與經(jīng)驗系數(shù)關(guān)系密切；
（5）不能考慮上部結(jié)構(gòu)剛度對變形的影響。
2、舊規(guī)范沉降計算方法存在的問題
舊規(guī)范的沉降計算方法——等效作用分層總和法的一個科學、實用的計算方法，能反映群樁基礎(chǔ)的各因素對沉降的影響，如樁的距徑比、長徑比、樁數(shù)等。其存在的問題是對于長樁，特別是樁側(cè)土較好的長樁基礎(chǔ)，計算沉降量與實測值誤差較大，統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)計算值大，而實測值小。造成這種現(xiàn)象的原因是上部結(jié)構(gòu)的荷載借助于側(cè)摩阻力傳至承臺投影面積以外，使樁端平面的計算附加應(yīng)力遠小于實際受力。而舊規(guī)范的經(jīng)驗系數(shù)依據(jù)局限于上海地區(qū)的資料，當時的超高層建筑很少，對應(yīng)的長樁基礎(chǔ)很少，經(jīng)驗系數(shù)存在一定的局限性。
二、調(diào)整的內(nèi)容
新規(guī)范維持了舊規(guī)范的基本計算方法，針對舊規(guī)范沉降計算中存在的問題進行了調(diào)整。
1、對于樁中心距不大于6倍樁徑的樁基，調(diào)整了沉降經(jīng)驗系數(shù)。
2、樁的沉降計算考慮施工工藝的影響，原因是群樁基礎(chǔ)的變形是樁基影響范圍內(nèi)土的變形，而不同的施工工藝對土的影響不同。
3、增加了單樁、單排樁、疏樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)沉降計算。
三、規(guī)范推薦的計算方法
對于樁中心距不大于6倍樁徑的樁基礎(chǔ)計算，新規(guī)范維持了舊規(guī)范的基本計算方法，規(guī)范共涉及8條，即規(guī)范5.5.6至5.5.13條，具體詳見規(guī)范。
對于規(guī)范推薦的計算方法，應(yīng)重點理解以下幾方面內(nèi)容。
1、計算方法假設(shè)的理解
地基基礎(chǔ)工程的計算方法基本都有假設(shè)條件，規(guī)范推薦的沉降計算方法主要假設(shè)如下：
（1）將作用在承臺底的附加壓力，借助于群樁等效傳遞到樁端平面。此假設(shè)存在的問題是承臺底的附加壓力明顯大于樁端平面的附加壓力，樁越長、樁側(cè)土的性質(zhì)越好，附加荷載傳至承臺投影面積外的比例越高，樁端的附加應(yīng)力較承臺底越低。
（2）等效作用面積為承臺的投影面積。實際上，由于樁側(cè)摩阻力向群樁外包線外傳遞，樁端等效作用平面大于承臺投影面積，樁側(cè)土越好，誤差越大。
（3）不考慮樁身壓縮。群樁在荷載作用一定產(chǎn)生壓縮，但其占總沉降的比例很小。
（4）沒有考慮布樁因素如sa/d、l/d、lc/bc對沉降的影響。
對于以上假設(shè)存在的問題，規(guī)范推薦的計算方法從以下幾方面進行完善：
（1）用沉降經(jīng)驗系數(shù)ψ來修正前3條假設(shè)產(chǎn)生的誤差。這需要全國各地、各種條件下的樁基沉降資料，不逐步完善、提高經(jīng)驗系數(shù)的相對準確度。
（2）用等效沉降系數(shù)ψe來修正假設(shè)4。
2、基礎(chǔ)中點的沉降計算方法
樁基礎(chǔ)中點的沉降計算，規(guī)范推薦采用公式的第一項系數(shù)4是不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度的情況下的結(jié)果，即基礎(chǔ)中心點的沉降是角點沉降的4倍。實際上，由于受上部結(jié)構(gòu)剛度的影響，基礎(chǔ)中心點的沉降量與角點的沉降量比均小于4。當然，一些實測資料顯示基礎(chǔ)中心點的沉降量與角點的沉降量比大于4，一般發(fā)生在框架—核心筒結(jié)構(gòu)。造成的原因是，核心筒部分荷載水平遠高于平均水平。
3、樁基等效沉降系數(shù)ψe
樁基等效沉降系數(shù)ψe是彈性半無限體中群樁基礎(chǔ)按mindlin解計算沉降量ωm與按等代墩基boussinesq解計算沉降量ωb之比，用以反映mindlin解應(yīng)力分布對計算沉降的影響。
1）ωm和ωb
（1）運用彈性半無限體內(nèi)作用力的mindlin位移解，基于樁、土位移協(xié)調(diào)條件，略去樁身彈性壓縮，給出勻質(zhì)土中不同距徑比、長徑比、樁數(shù)、基礎(chǔ)長寬比條件下剛性承臺群樁的沉降數(shù)值解：
（2）運用彈性半無限體表面均布荷載下的boussinesq解，不計實體深基礎(chǔ)側(cè)阻力和應(yīng)力擴散，求得實體深基礎(chǔ)的沉降：
（3）兩種沉降解之比：
相同基礎(chǔ)平面尺寸條件下，對于不考慮群樁側(cè)面剪應(yīng)力和應(yīng)力不擴散實體深基礎(chǔ)boussinesq解沉降計算值ωb和按不同幾何參數(shù)剛性承臺群樁mindlin位移解沉降計算值ωm二者之比為等效系數(shù)ψe。按實體深基礎(chǔ)boussinesq解計算沉降ωb，乘以等效系數(shù)ψe，實質(zhì)上納入了按mindlin位移解計算樁基礎(chǔ)沉降時，附加應(yīng)力及群樁幾何參數(shù)的影響，稱此為等效作用分層總和法。