新旧桩混合的桩基均匀沉降判定方法及桩基整体沉降计算方法

摘要

本发明提供了一种新旧桩混合的桩基均匀沉降判定方法及桩基整体沉降计算方法。所述判定方法是针对同时存在新旧端承桩的情况，首先计算不同参数新旧端承桩的单桩压缩变形量，并将计算的不同参数端承桩的单桩压缩变形量进行比较，并根据单桩压缩变形量的差值判断整体端承桩群沉降是否均匀，为利用既有桩基的桩基设计提供理论支持，避免建筑物因新旧桩基沉降不均匀的问题出现倾斜。并在任意两根不同参数端承桩的单桩压缩变形量差值均小于1mm时，判断为新旧桩混合的桩基沉降均匀时，通过本发明中的桩基整体沉降简化计算方法对桩群整体沉降量进行计算，其计算中忽略了在沉降过程中桩间土介入工作后，对沉降控制发挥的作用，计算方法可靠。

说明书

技术领域

本发明专利涉及岩土工程领域，具体为一种针对存在既有端承桩的条件布设 新的端承桩后新旧桩混合的桩基均匀沉降判定方法及桩基整体沉降计算方法。

背景技术

桩基础具有整体性好、承载力高和沉降量小、结构布置灵活等优点，因而 在结构设计中被广泛采用。桩基础中，当桩端支承在低压缩性土层上时(比如嵌 岩桩)，一般可不做沉降计算，但在一些特殊的情况下，如利用既有的端承桩基 时，新布设的端承桩和既有的原始端承桩同时作为受力桩基，此时由于原有的桩 基尺寸、配筋等参数已经固定，新桩基的选型(尺寸、配筋等参数)与既有桩基 会存在不匹配的情况，新旧桩的不匹配会导致既有桩基影响整体端承桩群的不均 匀沉降的问题；而且在布设新桩时，新布设的桩和旧桩还会存在变形不协调的问 题，也会导致新旧桩的沉降不均匀；出现新旧桩沉降不均匀的问题，严重时会导 致整个建筑物出现倾斜。因此利用既有端承桩和新布设的端承桩同时作为受力桩 基，需要对新旧桩混合后的桩基的沉降是否均匀进行判断，但是目前针对该问题研究较少。

同时，在建筑设计过程中，规范要求体形简单的剪力墙结构高层建筑桩基的 最大沉降量不大于20cm，但由于端承桩一般不需要做沉降计算，所以目前并没有 针对存在既有端承桩的情况下布设新端承桩后整体桩群总沉降量的计算方法，对 于利用既有桩基的特殊基础，其总沉降量能否满足规范要求也是设计中关心的问 题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供一种针对存在既有端承桩的条件布设新的 端承桩后新旧桩混合的桩基均匀沉降判定方法及桩基整体沉降计算方法，该方法 能够判断出混合布设有新旧端承桩的情况下桩基沉降是否均匀，并能计算出桩基 整体沉降量，为桩基设计提供依据。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种新旧桩混合的桩基均匀沉降判定 方法，所述判定方法针对存在既有端承桩条件下布设新的端承桩时，对新旧端承 桩的桩基沉降均匀进行判断，具体步骤如下：

(1)根据新旧端承桩布设设计图确定所有受力的既有端承桩和新布设端承桩 的桩体参数；

(2)计算不同参数新旧端承桩的单桩压缩变形量，每根端承桩的单桩压缩变 形量按照以下过程计算：

由于端承桩的桩基为钢筋混凝土结构，由钢筋混凝土基本原理，其单根端承 桩轴力N采用桩基截面混凝土的应力σ

N＝σ

则得到公式②：

由应力应变关系有公式③：

单桩压缩变形量Δl可表示为应变量ε

Δl＝ε

将公式②和③代入公式④计算出端承桩的单桩压缩变形量Δl：

其中：N为单根端承桩轴力，取单桩竖向极限承载力标准值；

l为单根端承桩的长度；

A

A

E

E

(3)将步骤(2)中计算的不同参数端承桩的单桩压缩变形量进行比较，并根 据单桩压缩变形量的差值判断整体端承桩群沉降是否均匀，其判断过程如下：

a.当任意两根不同参数端承桩的单桩压缩变形量差值均小于1mm时，则整体 端承桩群沉降变形协调，即新旧桩混合的桩基沉降均匀；

b.当任意两根不同参数端承桩的单桩压缩变形量差值大于或等于1mm，则说 明整体端承桩群沉降变形不协调，即新旧桩混合的桩基沉降不均匀。

本发明进一步的技术方案：所述步骤(1)中的桩体参数包括桩径、桩长、配 筋、单桩竖向极限承载力标准值。

本发明进一步的技术方案：所述步骤(3)的a中，当任意两根不同参数端 承桩的单桩压缩变形量差值均小于1mm时，则认为新旧端承桩的变形是协调的， 可进入下一步计算。

本发明进一步的技术方案：所述步骤(3)的b中，当任意两根不同参数端 承桩的单桩压缩变形量差值大于或等于1mm，需对所有新布设的端承桩的桩径、 桩长、配筋及单桩竖向极限承载力标准值进行调整后，重新试算至任意两根不同 参数端承桩的单桩压缩变形量均小于1mm为止。

为了达到上述技术目的，本发明还提供了一种新旧桩混合的桩基整体沉降计 算方法，其特征在于：所述桩基整体沉降计算是针对存在既有端承桩条件下布设 新的端承桩时桩基整体的沉降量进行计算，其计算过程在按照权利要求1至3中 的新旧桩混合的桩基均匀沉降判定方法判定新旧端承桩群沉降均匀后进行，具体 步骤如下：

当任意两根不同参数端承桩的单桩压缩变形量差值均小于1mm时，则认为 所有端承桩的压缩变形量均相同，将所有端承桩的压缩变形量设为Δ；设第i根桩 的压缩变形量为Δ

将Δ

解得所有端承桩的压缩变形量Δ，即为总的沉降量：

当所有桩长相等时(l

其中：Δ为所有端承桩的压缩变形量即总沉降量

G

A

A

l

E

E

本发明中的桩基均匀沉降判定方法是通过对既有端承桩和新布设的端承桩 单桩压缩变形量进行试算，以判断新桩基的选型(尺寸、配筋、单桩竖向极限承 载力标准值)是否与既有桩基匹配，既有桩基的存在是否会影响整体端承桩群的 不均匀沉降，为利用既有桩基的桩基设计提供理论支持，避免建筑物因新旧桩基 沉降不均匀的问题出现倾斜；在新旧桩基混合后的整体端承桩群沉降均匀的前提 下，通过本发明中的桩基整体沉降简化计算方法，可以满足在新旧混合端承桩共 同受力的条件下，对桩基整体沉降进行简化计算；本发明中的沉降计算中忽略了 在沉降过程中桩间土介入工作后，对沉降控制发挥的作用，因此，该沉降简化计 算方法偏于保守，计算可靠。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。以下对实施例中展现的技术方案为 本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例：针对某建筑物基础，该建筑物基础竖向承载体采用桩基础+剪力墙 结构，地质分层较为简单，所有岩土层基本水平，建筑面积范围内每一层岩土层 厚度变化很小，建筑物在标准组合下的总重量为239242kN；基桩为嵌岩桩，基 桩为钢筋混凝土结构，桩身混凝土强度C30，混凝土弹性模量E

表1为实施例中四种不同参数的嵌岩桩的参数表

计算不同参数的单桩压缩变形量，每根端承桩的单桩压缩变形量按照以下过程计算：

首先用应力表示单根嵌岩桩的轴力，嵌岩桩的桩群属于端承桩，沉降量仅为 桩的压缩变形量，因此，总的沉降量的计算即为端承桩群的桩身压缩变形量；由 于嵌岩桩的桩基为钢筋混凝土结构，由钢筋混凝土基本原理，其单根端承桩轴力 N采用桩基截面混凝土的应力σ

N＝σ

根据公式①换算出桩基截面混凝土的应力σ

由应力应变关系有：

单桩压缩变形量Δl可表示为应变量ε

Δl＝ε

将公式②和③代入公式④计算出端承桩的单桩压缩变形量Δl：

其中：Δl为单桩压缩变形量；

N为单根端承桩轴力，计算时取单桩竖向极限承载力标准值；

l为单根端承桩的长度；

A

A

E

E

通过上述公式⑤计算不同参数的单桩压缩变形量，其中混凝土的截面面积(A

表2为表1中四种不同参数嵌岩桩的单桩压缩变形量计算结果

由上述表2中的计算结果可知：对于设计中出现的4种不同的桩(其中三种 桩径不同，另有2根直径1200mm的桩虽然桩径与部分新桩相同，但配筋不同)， 其单桩的压缩变形量相差很小(最大沉降差0.64mm＜1mm)，由此可知新桩基的 选型与既有桩基是匹配的，既有桩基的存在不会影响整体端承桩群的不均匀沉降， 新旧桩混合的桩基沉降是均匀的，整体端承桩群沉降变形是协调的，因此在整体 端承桩群的桩身压缩变形计算中可假定4种桩的变形量相同，进入下一步计算。

(2)计算端承桩群的基础沉降量；

根据步骤(1)所得结论，设所有桩的变形量均为Δ，即Δ

将Δ

解得所有端承桩的压缩变形量设为Δ，即为总的沉降量：

当所有桩长相等时(l

其中：Δ所有端承桩的压缩变形量即总沉降量

G

A

A

l

E

E

上述实施例中：∑N

因此，该建筑桩基础沉降量为2.325mm。由此，根据新旧桩基的尺寸、配筋、 长度、单桩竖向极限承载力标准值等基本参数，能够通过简化计算得到建筑物基 础的总沉降量。由计算结果也可知，考虑既有桩基的存在的端承桩群的沉降量很 小，远小于规范要求的体形简单的剪力墙结构高层建筑桩基的最大沉降量允许值 20cm，因此，考虑既有桩基的存在的端承桩群这种特殊结构的沉降量满足要求。

以上所述，只是本发明的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能 因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于 本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。