[发明专利]一种大型桩筏基础结构及施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型桩筏基础结构，特别涉及一种桩顶与筏板连接强度高，可通过传力拱和拱形曲面筏板将基础上部荷载重分配，可有效承载不均匀荷载和循环、冲击荷载的桩筏基础结构，属于地基处理领域，适用于大型建筑基础工程，尤其适用于码头、机场、物流堆场等对荷载承载及工后沉降要求较高的基础工程。

背景技术

世界经济的快速增长在促进高层建筑和大型工业建筑兴起和发展的同时，对地基的承载能力和抗变形能力的要求越来越高。对于上部结构荷载较大，且具有循环性、冲击性时，一般的独立桩基础、条形基础常难满足建筑要求，这就需要把基础底面进一步扩大；同时，如果建筑物所在地区的地基土层不均匀，或者有不规则的软弱夹层时，常难准确查明软弱土的确切范围并采取有效的处理措施，这就需要一些适用范围更为广泛、加固效果较为可靠的地基处理结构。

桩筏基础是桩基础和筏板基础的有机结合，它兼具桩基础和筏板基础的特点，具有整体刚度大以及承载力高的优点，可调整和避免结构局部发生显著的不均匀沉降，既能满足软弱土质地基承载力的要求，又能有效地调节地基承载能力，提高建筑物的整体抗震性能等特点，已被广泛应用于高层或超高层建筑中，亦可用作机场港口、大型物流堆场的地基处理。

桩筏基础下部桩基的作用是把上部荷载传递给地基。在桩筏基础施工过程中，基坑开挖后，因应力得到释放，下层土会向上弹性回弹，对桩产生上拔力；在施加荷载初期，桩与土体共同承载，土体产生再压缩，使得筏底土体变形量大于桩体；随着竖向荷载的继续增加，筏底接触压力逐步增大。

筏板基础主要起到将上覆荷载传递给桩体、协调地基变形的作用，在筏板与桩端接触部位易发生冲切破坏，对此工程中常采用提高混凝土强度、增大纵向配筋量、增加板的厚度、扩大柱截面尺寸、减小板的跨度等措施。在混凝土板设计时常采用等厚度板，为满足冲切条件而普遍增大整个板厚，造成工程浪费。另外，当筏板的厚度过小时，筏板内部应力集中比较明显，抵制不均匀沉降的能力较弱；过厚时，则因刚度过大，不能充分发挥筏板潜在的抗弯、抗剪能力。因此适当减少筏板厚度不仅可降低工程造价，还可提高工程质量，增加基础可靠性。

虽然高层建筑基础广泛采用桩筏基础，但是现行地基处理规范中尚无桩筏基础的设计规范，设计单位只能根据自己的设计经验和计算能力，参照地基规范对筏板基础和桩基础中关于桩基及承台的设计要求来进行桩筏基础的设计。在工程设计中，亦存在诸多假定，如把地基处理桩—板筏基础—上部结构三者分离开来进行受力计算、不同结构间的连接多假定为固定连接、忽略基础底面土体分担荷载的作用等等，使得实际结构与设计计算模型之间存在较大偏差，计算设计结构的安全性和经济性难以保证。

目前，防止桩筏基础连接区域破坏的方法，除了增加板厚外，尚有其它一些办法，如调整板柱平面尺寸、减小板跨等，这些措施虽在适宜的工程条件下取得了良好的加固效果，但措施主要提高了结构的抗弯能力，对节点的受力性能改善并不突出，难以实现结构的延性破坏和协调变形。在板中掺入“次要加强筋”（如钢纤维、碳纤维聚丙烯纤维等），提高板的抗冲切承载力是现今较常见的一种处理措施，该措施既可以提高桩筏基础的抗冲切能力，又可以减小筏板的厚度，降低施工成本。但由于纤维类材料近似散体材料，掺入混凝土中具有不均匀性和不确定性，存在一定的安全隐患。

在桩筏连接部位配置抗冲切钢筋是较合理的结构强度增强手段，对改善筏板基础的延性和抗震性能也能起到十分有效的作用，合理的抗冲切配筋也确能产生可观的经济效益。常采用的抗冲切钢筋有箍筋、弯起钢筋和扁钢，但钢肢以外的锚固段较长，用材不够经济；工字钢片割料工作量大，生产成本不低。同样的配筋形式，扁钢与圆钢相比，由于其表面特征对粘结和挤压锚固有利，因而抗剪更为有效，设计选用时耗钢量较省，而且可减小保护层厚度，增大有效板厚，从而节约纵筋。

此外，目前桩筏基础的筏板多为水平的，上部竖向荷载对桩端表现为剪切力，既加大了桩与筏板连接部位的抗剪切强度，而且难以发挥筏板下土体的承载能力，造成设计可靠度低且不经济。

综上所述，桩筏基础可有效减少地基不均匀沉降，提升基础整体承载能力。但是，既有结构在实际工程中尚存在筏板基础抗冲切性能差、桩基与筏板结合部易发生损伤破坏、筏板下土体承载力得不到充分发挥、桩顶应力扩散并反射至筏板内造成筏板局部开裂等问题。

鉴于此，为了提高桩筏基础的整体性、筏板抗冲切能力，充分利用筏板下土体承载力，目前亟待发明一种承载能力高、节点连接强度大、抗冲切破坏能力强、材料用量省，并能充分发挥筏板下土体承载力的大型桩筏基础结构。

发明内容