单建式地下车库的底板及抗拔桩优化设计

吕颖

摘要：在水位变化的幅度相对比较大或者是水位相对比较高的地区，抗拔桩筏基础在单建式地下车库中得到了非常广泛的应用，但是现阶段有关抗拨桩对底板变形的影响以及抗拔桩实际分布的研究并不是很多，因此如何对抗拨桩～_-fS-布置从而使底板变形能够变得足够均匀是非常至关重要的。本文主要对单建式地下车库的底板以及抗拨桩的优化设计进行了分析，从而给工程建设提供一定的建议。

关键词：单建式地下车库；底板；抗拔桩优化设计

引言

现阶段不论是在国外还是在国内，对优化布桩问题都没有形成一个共同的认识，在具体的工程设计中也没有形成一个相同的计算方法，尤其是抗拨桩。因此，有关桩筏基础的桩顶反力分布，筏板内力，筏板变形以及变形特性是现阶段需要人们给予重视的一个课题。从抗拨桩筏基础来讲，其发生变形可以分为差异上浮变形和平均上浮变形这两种方式，如果出现差异上浮变形很有可能导致上部结构也会遭到破坏，因此需要人们增加对抗拨桩优化设计的重视。

1研究内容

可以将抗拨桩桩筏作为基础，采用有限元分析的方法，对单建式地下車库的底板及抗拨桩优化设计进行分析，提出优化设计方法。①保持筏板的桩间距以及相对刚度都不发生改变，只将地下水进行改变，观看抗拨桩基础的筏板变形，筏板内力，桩顶反力分布，沉降特性等。②将等间距分布桩的某些特定范围桩或者是加密的范围桩抽去，分析并且比较这两者对筏板内力，差异变形以及平均变形的影响。③对抗拨桩的具体优化布置方法进行分析论证，比较在相同桩数时，均匀分布桩和非均匀分布桩的筏板内力，变形差异的影响。④获得一个优化抗拨桩的设计方法。

2优化原理以及目标

2.1抗拨桩优化原理

在对抗拨桩进行优化设计时会用到的数学模型一般情况下是由约束条件，目标函数以及设计变量这三个关键要素组成。

（1）对结构进行优化设计时需要求解的对象即参与优化设计的各项参数，这些参数被称作是设计变量。在对抗拨桩筏基础进行具体的优化设计时，针对桩基，一般会选择桩数，桩间距，桩径以及桩长作为设计变量，有些时候，选择桩的具体布置方式也可以当做是设计变量。

（2）本文的抗拨桩筏优化设计中，优化的目的是在可以满足多种约束条件的基础上将造价有效的降低。一般情况下，筏板厚度是依据工程经验来确定的，而桩径以及桩长则是以地质条件作为依据来进行具体的确定的，在这些基础上，本文对抗拨桩基础的实际布桩方式进行优化，将总桩数最小化作为优化设计的目标函数。

（3）在进行优化设计时，离不开一定的边界约束条件，只有通过一定的约束条件才能使优化设计具有一定的实际意义。在抗拨桩优化设计中，具体的约束条件包括有，其一，强度约束，即需要保证优化设计的基础能够具备一定的承载力。其二，变形约束，即需要保证优化设计出来的基础不能出现过量的差异变形。其三，构造约束，该约束由施工经验以及现行规范来进行具体确定。强度约束一般情况下通过桩径，桩长以及桩数的上下限来进行具体的确定。

2.2优化目标

本文选择的是有限元分析的方法来进行抗拨桩优化，为的是可以在将筏板弯矩以及差异变形减少的基础上实现优化目标，从而提出具体的优化方案。在实际的工程中，地下水位有可能发生非常大幅度的变化，本文对最低水位以及最高水位进行假设，从而得到详细的优化设计方法。

3优化分析

3.1桩筏的基础模型

（1）基本的一些尺寸，其中桩型是50mmX500mm，筏板的厚度是700mm，柱距是9mX9m。图左为均匀布桩的模型平面图，图右是优化后的布桩模型图。

（2）参数的选取，其中桩身的竖向刚度是4.0X103KN/m，桩身的弯曲刚度是1.0X103KN/m，土体内的聚力是0.5X104MPa，内摩擦角的选取值是140.

（3）荷载的选取

其中最低水位的上浮力选取10KN/㎡，最高水位的上浮力选取50KN/㎡，筏板的自重是17KN/㎡。

3.2对不同布桩型式进行基础特性的分析

（1）筏板的变形特征

在单建式地下车库中，抗拨桩基础发生的变形可以分为差异上浮和平均上浮，平均上浮如果过大不会影响建筑的使用，但是如果差异上浮太大，就会导致上部结构出现损害，建筑无法正常使用。

单建式地下车库如果位于最高水位，则会出现上浮变形，而如果是处在最低水位，则会出现沉降变形。

（2）筏板弯矩

桩筏基础中，筏板弯矩以及筏板内力是非常重要的设计参数。在筏桩的基础处在抗压或者是抗浮状态时，柱位置以下的筏板弯矩会出现非常大的突变，产生这种突变的原因是因为柱底反力传到筏板上，但是在集中力作用扩散范围内，并没有其他的桩反力可以和该力进行平衡，这就需要依靠筏板来将这些没有与之平衡的力进行调解以及传递，因此就产生了弯矩突变现象。和均匀布桩的方式进行比较，优化后的布桩方式在柱底的反作用范围之内，增加了桩反力的设置，这样依靠筏板来调解的力便会减少，因此筏板弯矩也会呈现一种减缓的趋势。

4结语

综上所述，本文提出的优化设计方法是在柱底进行密布桩的设置，在沿筏板周边则进行稀布桩的设置，这样可以一定程度上减少平均变形，同时还减少了差异变形。优化设计后的布桩使筏板弯矩减小，所用总桩数也减少，同时也可以满足设计规范提出的要求，因此该设计方法是非常可取的。