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摘要：本文主要针对地下车库抗浮设计的核心问题：拔桩合理化设计进行探讨。文中利用PKPM的JCCAD模块的抗拔群桩桩筏基础的有限元分析方法，对单建式地下车库承受竖向抗荷载，附建式地下车库局部承受竖向上拔荷载的桩筏基础两种情况分别进行计算与分析。
Abstract: This article mainly aims at the underground garage of anti floating design core issues: rational design of uplift pile. In this paper, using the PKPM JCCAD module tension pile raft foundation finite element analysis method, the Dan Jian type underground garage to bear against vertical load, underground garage locally subjected to vertical uplift load of pile raft foundation in two cases were calculated and analysis.
关键词：地下车库、一体化、拔桩合理化设计
Key words: underground garage, integration, reasonable design of uplift piles
中图分类号：[F213.2]文献标识码：A文章编号：
引言
随着城市建设的发展和居民生活水平的不断提高，开发利用地下空间作为停车设施已成一种趋势。地下停车库在国内还是一个刚起步发展的建筑类型，在设计中会遇到许多与常规建筑设计所不同的问题，其中又以抗浮设计的问题最为突出。
抗拔桩筏基础优化设计方法
1、单建式地下车库的优化分析模型及参数选取情况
（1）均匀布桩的桩筏基础模型
单建式地下车库有限元模型建立。基本尺寸：柱网:8mx8m,筏板厚度:700mm.桩型400mm x 400mm方桩。
(2)参数选取:
桩身竖向刚度:Ku = 4.O x 1护KN/M，桩身弯曲刚度:Km =1.0x103KN/M，桩底土的压缩模量: E, =10.5MPa，土体内聚力:c=0.5x100 Pa，内摩擦角: 140
(3)荷载选取:
最高水位上浮力:50KN/m气最低水位上浮力:1OKN/ms,筏板自重:17.5KN/m2，
(4)均匀布桩的桩筏基础特性分析
2、筏板的变形特性
对单建式地下车库，抗拔群桩基础的变形分为平均上浮和差异上浮，平均上浮过大，虽然不一定引起上部结构的破坏，但会影响建筑物的正常使用:差异上浮过大，则会造成上部结构的损坏，影响建筑物的安全。
在考虑最高与最低水位两种工况的情况下，对本节中的桩筏基础进行计算分别得到各工况下的的筏板的变形等值线图。如下图所示。
图1 最高与最低水位筏板变形图
由上图可推测，当单建式地下车库处于最高水位的时候，出现上浮变形的状态;在最低水位时，出现沉降变形的状态。均匀布桩这种方式，无论桩筏基础处于抗浮或抗压状态下，其筏板的差异变形比较大，变化幅度较快，且在柱下位置筏板变形均产生了突变。
3、桩顶反力
由图1可以看到，桩顶反力的分布与变化与地下车库所处的受力状态(即所处的工况)有着直接的关系。在桩筏基础处于抗浮状态下，桩均发挥竖向抗拔的作用，且反力大小较为均匀;在桩筏基础处于抗压状态下，桩均发挥竖向抗压的作用，在柱位置处的桩顶反力较大，筏板周边桩顶反力较小。
4、优化布桩的桩筏基础模型
对均匀布桩的桩筏基础特性分析后，提出了柱底密布桩，筏板四周稀布桩，其他位置基本不布桩的优化布桩方案。其基本尺寸，参数及荷载选取均与均匀布桩的桩筏基础模型相同。
图2 优化布桩模型平面图
在此模型的基础上，分析在地下车库处于最高与最低水位时，分析优化布桩方案的四周边桩和柱底桩的桩顶反力，以及对基础平均变形(上浮或沉降)、差异变形、筏板弯矩的特性。
对上述模型进行分析后（由于篇幅有限，具体分析过程及图示不再此赘述）可得出以下结论：
(1)筏板的变形特性
相比于之前均匀布桩的筏板变形，优化后的筏板变形曲线的等值线变化幅度趋缓，提出了同时沿周边区域布桩方式，这样对减少基础平均变形的效果较好。
(2)筏板弯距
相比于均匀布桩，在优化布桩的方案下，筏板的弯距有一定程度的减少，筏板弯距比均勻布桩情况下的明显趋于平缓。
(3)桩顶反力
相比于均匀布桩，在优化布桩的方案下，无论是在最高或最低水位两种工况下，单桩抗拔承载力值或抗压承载力值均趋于平均化，即各桩都能充分发挥其承载力，从而达到了优化布桩的目的。
二、附建式地下车库的优化分析
1、优化布桩的桩筏基础模型
对于附建式地下车库，可以根据上节单建式地下车库优化方案的特性，提出在主塔楼下及其应力扩散范围内密布桩，在柱底密布桩，筏板四周稀布桩。其基本尺寸，参数及荷载选取均与均匀布桩的桩筏基础模型相同。
2、优化布桩的桩筏基础特性分析
(1)最高水位工况下
在附建式地下车库处于最高地下水位的情况下，可能出现桩基在主塔楼及其应力扩散范围内仍旧为抗压状态，而在其范围外地下车库下的桩基处于抗拔状态。
经分析可知，塔楼下密布桩群在受力上是抗压桩，并且可以减少塔楼及应力扩散范围内的沉降变形。由此可见，处在最高水位地下车库局部上浮的情况下，此优化布桩方案局部很好的调解局部变形，控制差异变形的作用。
(2)最低水位工况下
在附建式地下车库处于最低地下水位的情况下，可能出现在主塔楼及其范围外的地下车库范围的桩基础均处于抗拔状态。
经分析可知，处于最低水位地下车库整体沉降的情况下，此优化布桩方案使得上部荷载与桩反力之间传力途径较明确，且通过桩数调解可以有效的控制主塔楼与附建地下车库之间的沉降差。
3、附建式地下车库的桩筏基础优化方案
附建式地下车库的群桩优化方案为：在主塔楼下密布桩，在柱底及沿筏板周边稀布桩的方式。此优化布桩方案即减少了差异变形，又使得传力途径较为明确。由于以上两个有点，筏板的弯距及配筋也相应的减少了。因此，此附建式地下车库得群桩布置优化方案体系了经济性和合理性。
结论
本文利用PKPM的JCCAD有限元分析程序，对单建式地下车库进行了均匀布桩与优化布桩的有限元计算分析，同时，结合已经论证的单建式地下车库的优化方案，提出了附建式地下车库优化布桩方案，为工程设计人员提供了优化设计的依据。
参考文献
何思明.抗拔桩破坏特性及承载力研究门.岩土力学，2001,22(3):308-310.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
Abstract: This article mainly aims at the underground garage of anti floating design core issues: rational design of uplift pile. In this paper, using the PKPM JCCAD module tension pile raft foundation finite element analysis method, the Dan Jian type underground garage to bear against vertical load, underground garage locally subjected to vertical uplift load of pile raft foundation in two cases were calculated and analysis.
关键词：地下车库、一体化、拔桩合理化设计
Key words: underground garage, integration, reasonable design of uplift piles
中图分类号：[F213.2]文献标识码：A文章编号：
引言
随着城市建设的发展和居民生活水平的不断提高，开发利用地下空间作为停车设施已成一种趋势。地下停车库在国内还是一个刚起步发展的建筑类型，在设计中会遇到许多与常规建筑设计所不同的问题，其中又以抗浮设计的问题最为突出。
抗拔桩筏基础优化设计方法
1、单建式地下车库的优化分析模型及参数选取情况
（1）均匀布桩的桩筏基础模型
单建式地下车库有限元模型建立。基本尺寸：柱网:8mx8m,筏板厚度:700mm.桩型400mm x 400mm方桩。
(2)参数选取:
桩身竖向刚度:Ku = 4.O x 1护KN/M，桩身弯曲刚度:Km =1.0x103KN/M，桩底土的压缩模量: E, =10.5MPa，土体内聚力:c=0.5x100 Pa，内摩擦角: 140
(3)荷载选取:
最高水位上浮力:50KN/m气最低水位上浮力:1OKN/ms,筏板自重:17.5KN/m2，
(4)均匀布桩的桩筏基础特性分析
2、筏板的变形特性
对单建式地下车库，抗拔群桩基础的变形分为平均上浮和差异上浮，平均上浮过大，虽然不一定引起上部结构的破坏，但会影响建筑物的正常使用:差异上浮过大，则会造成上部结构的损坏，影响建筑物的安全。
在考虑最高与最低水位两种工况的情况下，对本节中的桩筏基础进行计算分别得到各工况下的的筏板的变形等值线图。如下图所示。
图1 最高与最低水位筏板变形图
由上图可推测，当单建式地下车库处于最高水位的时候，出现上浮变形的状态;在最低水位时，出现沉降变形的状态。均匀布桩这种方式，无论桩筏基础处于抗浮或抗压状态下，其筏板的差异变形比较大，变化幅度较快，且在柱下位置筏板变形均产生了突变。
3、桩顶反力
由图1可以看到，桩顶反力的分布与变化与地下车库所处的受力状态(即所处的工况)有着直接的关系。在桩筏基础处于抗浮状态下，桩均发挥竖向抗拔的作用，且反力大小较为均匀;在桩筏基础处于抗压状态下，桩均发挥竖向抗压的作用，在柱位置处的桩顶反力较大，筏板周边桩顶反力较小。
4、优化布桩的桩筏基础模型
对均匀布桩的桩筏基础特性分析后，提出了柱底密布桩，筏板四周稀布桩，其他位置基本不布桩的优化布桩方案。其基本尺寸，参数及荷载选取均与均匀布桩的桩筏基础模型相同。
图2 优化布桩模型平面图
在此模型的基础上，分析在地下车库处于最高与最低水位时，分析优化布桩方案的四周边桩和柱底桩的桩顶反力，以及对基础平均变形(上浮或沉降)、差异变形、筏板弯矩的特性。
对上述模型进行分析后（由于篇幅有限，具体分析过程及图示不再此赘述）可得出以下结论：
(1)筏板的变形特性
相比于之前均匀布桩的筏板变形，优化后的筏板变形曲线的等值线变化幅度趋缓，提出了同时沿周边区域布桩方式，这样对减少基础平均变形的效果较好。
(2)筏板弯距
相比于均匀布桩，在优化布桩的方案下，筏板的弯距有一定程度的减少，筏板弯距比均勻布桩情况下的明显趋于平缓。
(3)桩顶反力
相比于均匀布桩，在优化布桩的方案下，无论是在最高或最低水位两种工况下，单桩抗拔承载力值或抗压承载力值均趋于平均化，即各桩都能充分发挥其承载力，从而达到了优化布桩的目的。
二、附建式地下车库的优化分析
1、优化布桩的桩筏基础模型
对于附建式地下车库，可以根据上节单建式地下车库优化方案的特性，提出在主塔楼下及其应力扩散范围内密布桩，在柱底密布桩，筏板四周稀布桩。其基本尺寸，参数及荷载选取均与均匀布桩的桩筏基础模型相同。
2、优化布桩的桩筏基础特性分析
(1)最高水位工况下
在附建式地下车库处于最高地下水位的情况下，可能出现桩基在主塔楼及其应力扩散范围内仍旧为抗压状态，而在其范围外地下车库下的桩基处于抗拔状态。
经分析可知，塔楼下密布桩群在受力上是抗压桩，并且可以减少塔楼及应力扩散范围内的沉降变形。由此可见，处在最高水位地下车库局部上浮的情况下，此优化布桩方案局部很好的调解局部变形，控制差异变形的作用。
(2)最低水位工况下
在附建式地下车库处于最低地下水位的情况下，可能出现在主塔楼及其范围外的地下车库范围的桩基础均处于抗拔状态。
经分析可知，处于最低水位地下车库整体沉降的情况下，此优化布桩方案使得上部荷载与桩反力之间传力途径较明确，且通过桩数调解可以有效的控制主塔楼与附建地下车库之间的沉降差。
3、附建式地下车库的桩筏基础优化方案
附建式地下车库的群桩优化方案为：在主塔楼下密布桩，在柱底及沿筏板周边稀布桩的方式。此优化布桩方案即减少了差异变形，又使得传力途径较为明确。由于以上两个有点，筏板的弯距及配筋也相应的减少了。因此，此附建式地下车库得群桩布置优化方案体系了经济性和合理性。
结论
本文利用PKPM的JCCAD有限元分析程序，对单建式地下车库进行了均匀布桩与优化布桩的有限元计算分析，同时，结合已经论证的单建式地下车库的优化方案，提出了附建式地下车库优化布桩方案，为工程设计人员提供了优化设计的依据。
参考文献
何思明.抗拔桩破坏特性及承载力研究门.岩土力学，2001,22(3):308-310.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。