加载中…工程师手记之二十一 等效作用分层总和法的矛盾
(2010-12-17 12:20:35)
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杂谈 |
工程师手记之二十一
对于等效作用分层总和法，《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008未明确说明是否适用于桩距小于或等于5~6倍桩径的复合桩基。以下根据工程实例对这个问题进行探讨。
福州某住宅小区
《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008条文说明的表4“承台效应系数工程实测与计算比较”中第11～14项工程实例为福州某住宅小区中采用筏基加桩的复合桩基的6号楼、9号楼、10号楼、14号楼。该住宅小区中另有采用常规桩基的5号楼、8号楼、11号楼、13号楼，各与上述采用复合桩基工程的上部结构完全相同。这些工程桩基础进行了长期沉降观测。其等效距径比为3.4~4.4，均符合等效作用分层总和法的要求。
http://s9/middle/62c378d1h979381d98408&690
http://s7/middle/62c378d1h979384119b36&690
http://s11/middle/62c378d1h979385d527ca&690
http://s13/middle/62c378d1h9793896f21dc&690
现对上述工程分别采用等效作用分层总和法与明德林应力公式法进行沉降计算，取桩
基沉降计算系数Ψ=1.0。等效作用分层总和法与明德林应力公式法计算结果见表1。
等效作用分层总和法与明德林应力公式法计算结果
|
工程名称 |
基础形式 |
桩长 |
桩径 |
桩数 |
LC |
BC |
Ae |
Sa/d |
C0 |
C1 |
C2 |
nb |
Ψe |
P0 |
实测沉降 |
等效法计算沉降 |
明德林公式法计算沉降 |
备注 |
|
(m) |
(m) |
|
(m) |
(m) |
(㎡) |
(kPa) |
(㎜) |
(㎜) |
(㎜) |
|||||||||
|
5号楼 |
常规桩基 |
15.5 |
0.4 |
89 |
14.67 |
14.67 |
215.2 |
3.89 |
0.046 |
1.531 |
8.219 |
9.43 |
0.445 |
106.2 |
65.0 |
53.1 |
81.7 |
上部结构 完全相同 |
|
6号楼 |
复合桩基 |
15.5 |
0.4 |
65 |
14.67 |
14.67 |
215.2 |
4.55 |
0.046 |
1.509 |
7.234 |
8.06 |
0.440 |
106.2 |
70.0 |
52.5 |
82.0 |
|
|
8号楼 |
常规桩基 |
15.5 |
0.4 |
214 |
40.40 |
11.30 |
456.5 |
3.65 |
0.141 |
1.682 |
6.485 |
7.74 |
0.519 |
106.2 |
71.0 |
62.3 |
96.0 |
上部结构 完全相同 |
|
9号楼 |
复合桩基 |
15.5 |
0.4 |
154 |
40.40 |
11.30 |
456.5 |
4.30 |
0.152 |
1.661 |
5.819 |
6.56 |
0.521 |
106.2 |
90.0 |
62.5 |
100.0 |
|
|
11号楼 |
常规桩基 |
15.5 |
0.4 |
202 |
37.10 |
10.36 |
384.3 |
3.40 |
0.140 |
1.684 |
6.547 |
7.51 |
0.512 |
106.2 |
56.0 |
58.7 |
92.0 |
上部结构 完全相同 |
|
10号楼 |
复合桩基 |
15.5 |
0.4 |
122 |
37.10 |
10.36 |
384.3 |
4.40 |
0.153 |
1.658 |
5.741 |
5.84 |
0.505 |
106.2 |
80.0 |
57.9 |
98.0 |
|
|
13号楼 |
常规桩基 |
15.5 |
0.4 |
202 |
40.40 |
11.30 |
456.5 |
3.76 |
0.143 |
1.678 |
6.348 |
7.52 |
0.520 |
106.2 |
88.0 |
62.5 |
92.0 |
上部结构 完全相同 |
|
14号楼 |
复合桩基 |
15.5 |
0.4 |
156 |
40.40 |
11.30 |
456.5 |
4.30 |
0.152 |
1.661 |
5.819 |
6.60 |
0.522 |
106.2 |
67.0 |
62.7 |
94.0 |
由表1可以得出以下结论：
1.等效作用分层总和法的计算沉降值一般比实测推算最终沉降值小些，前者与后者之比平均为0.805；若取桩基沉降计算系数Ψ=1.2，则等效作用分层总和法的计算沉降值与实测推算最终沉降值吻合；
2.明德林应力公式法计算沉降值均大于实测推算最终沉降值，两者之比平均为1.26；
3.在上部结构相同的条件下，有的工程桩数少的计算沉降值反而比桩数多的计算沉降值要小，虽然绝对值不大，但不合逻辑。
在表1中6号楼与5号楼上部结构完全相同，但6号楼采用65根桩复合桩基，计算沉降值为 52.5mm，而5号楼采用89根桩常规桩基，计算沉降值为53.1 mm；又如10号楼与11号楼上部结构完全相同，但10号楼采用122根桩复合桩基，计算沉降值为57.9mm，而11号楼采用202根桩常规桩基，计算沉降值为58.7mm；再如14号楼与13号楼上部结构完全相同，但14号楼采用156根桩复合桩基，计算沉降值为62.7mm，而13号楼采用202根桩常规桩基，计算沉降值为62.5mm。这样的计算结果不合常理，也不符合该工程的实测沉降值。
现按福州某住宅小区的地基土进行进一步计算。
上部结构按5号楼与6号楼，基础平面采用筏基，尺寸为14.67 m×14.67m，分别计算56根桩、65根桩、72根桩、89根桩、100根桩、150根桩的桩基等效沉降系数ψe与沉降值，取桩基沉降计算系数Ψ =1.2。桩数与计算沉降值见表2。
桩数与计算沉降值
|
桩数 |
Ψe |
|
Sa/d |
桩基沉降计算经验系数 |
实测沉降 (㎜) |
等效作用分层总和法计算沉降 (㎜) |
备注 |
|
56 |
0.4412 |
106.2 |
4.90 |
1.2 |
— |
63.2 |
复合桩基 |
|
65 |
0.4401 |
106.2 |
4.55 |
1.2 |
70.0 |
63.0 |
|
|
72 |
0.4407 |
106.2 |
4.32 |
1.2 |
— |
63.1 |
|
|
89 |
0.4450 |
106.2 |
3.89 |
1.2 |
65.0 |
63.7 |
常规桩基 |
|
100 |
0.4416 |
106.2 |
3.67 |
1.2 |
— |
63.2 |
|
|
150 |
0.4425 |
106.2 |
3.00 |
1.2 |
— |
63.4 |
由表2可以看出，计算沉降值完全不能反映桩数增减的影响.
5号楼与6号楼的桩数-沉降曲线见图5。
http://s14/middle/62c378d1h97938b9e1bad&690
对8号楼与9号楼分别计算124~259根桩的沉降值，取桩基沉降计算系数Ψ=1.0，计算过程从略。8号楼与9号楼的桩数-沉降值曲线见图6。
http://s10/middle/62c378d1h97938d3a86a9&690
再对10号楼与11号楼分别计算124~259根桩的沉降值，取桩基沉降计算系数Ψ=1.0，计算过程从略。10号楼与11号楼的桩数-沉降值曲线见图7。
http://s1/middle/62c378d1h97938e5ce3a0&690
对13号楼与14号楼分别计算124~259根桩的沉降值，取桩基沉降计算系数Ψ=1.0，计算过程从略。13号楼与14号楼的桩数-计算沉降值曲线见图8。
http://s12/middle/62c378d1h758ec1b7d34b&690
由表1与表2以及图5~图8可以看出，等效作用分层总和法不适用于复合桩基。采用等效作用分层总和法计算常规桩基的沉降值，随着桩数的增加，有时又会出现桩越多，计算沉降值反而越大的现象，且没有规律，因此也无法采用某个系数加以修正。
以上计算分别由六位工程师在互不交流的情况下进行，结果也确实完全出乎他们的意料之外。因此是可靠的。
由此可见，计算桩基础沉降时，等效作用分层总和法并不比实体深基础法更可靠合理，何况计算过程繁琐多了。
下一篇文章，我将用实际计算证明等效作用分层总和法并不能像《建筑桩基技术规范》所宣称的那样，可以准确地计算桩基础中各部分的沉降量，而是相反。
总而言之，无论对于哪种规范，只要它不提供完整的、可以供工程师验证的数据，我就不会无条件地相信并接受它的结论甚至公式，一定要凭借自己收集到的资料进行证伪！！！
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