林水育
身份证：46003319920810****
摘要：在填土较厚区域及软土地区，给排水建筑物常因地基土承载力不足而须使用灌注桩、预制桩等桩基承载，并根据工程实际、场地条件、造价等进行桩型的选择，在建立给排水构筑物结构模型时还应在桩基作用位置增设支座。支座主要有固接支座、弹性支座和铰接支座等型式。
关键词：给排水；构筑物结构；受桩基设计
1 桩基设计假定
1.1 桩基选择
1.1.1 端承桩
端承桩承载力主要来自桩端阻力，对于填土层较厚区域，碎石和风化岩为桩基主要持力层，桩型也大多采用单桩承载力较高的灌注桩，若忽略桩周土约束、桩底沉碴及嵌岩土侧阻力等因素，则其桩顶纵向位移主要由桩身压缩引起，随桩径比增大，其桩身压缩比较桩端持力层刚度增加更快。
1.1.2 摩擦桩
摩擦桩桩基同时靠桩端阻力和桩侧阻力承载，受力情况复杂，且桩身荷载在由上至下的传递过程中逐渐减小，作用于桩顶最高处的桩侧阻力值最大，由上至下逐渐减小。桩与土的荷载传递至桩土分界面后引发一定的桩土位移，摩阻力随桩土相对位移的增大而呈非线性增长趋势。桩端阻力发挥所需要的极限位移比发挥桩侧阻力所需的极限位移值大，所以桩侧阻力的发挥通常早于桩端阻力。
1.2 弹性支座的设置
考虑到桩土互相作用及荷载传递过程的复杂性，当桩顶荷载作用时引发桩身沉降和桩土的相对位移，且桩侧阻力和桩端阻力主要发挥承载作用。出于加强给排水建筑物结构设计的目的，应在产生纵向位移的桩基作用点处设定弹性支座才能与实际受力相吻合。
弹性支座设置过程中应当加强支座刚度的选取与控制，以便能真实反映结构受力状况。
考虑到桩土作用过程中受力过程的复杂性、动态性和瞬时性特征，应选择契合给排水构筑物实际的等效刚度替代桩土之间的真实刚度。
若在给排水构筑物结构模型建立时在桩基作用位置增设铰接支座，则不存在等效刚度问题，若增设弹性支座，则应在支座设定过程中将支座弹性刚度输入软件。弹性刚度的选择直接关系到给排水构筑物结构计算的准确性，在给排水构筑物结构设计中，应取等效刚度代替弹性刚度以简化计算过程，并保证结果的准确性。
等效刚度取单桩桩顶荷载设计值与给排水构筑物总沉降值之比，在软件中输入等效刚度值以反映上部结构荷载作用下摩擦桩和周边土体相对位移情况及桩基沉降和相对位移的变量关系，且与具体工况吻合度高，可操作性强。
2 工程应用
2.1 工程概况
某待建构筑物场地内主要为积水洼地、房屋建筑物、道路、草坪、菜地等，属于滨海平原地貌类型，且场地内地质条件较为稳定，不存在崩塌、滑坡等不良地质问题。
拟建构筑物采用桩长35 m的PHC-500-AB-150预应力高强混凝土预制管桩，5 1-1粘质粉土层为桩端持力层，中密，压缩性中等，桩侧阻力25 k Pa，且均匀分布于拟建场地，土层稳定性良好。
桩身所穿越的土层主要包括2淤泥质粘土层（桩侧阻力15 k Pa）、3粘土层（桩侧阻力20 k Pa）、4 1粘质粉土层（桩侧阻力60 k Pa）、5 1-1粉质粘土层（桩侧阻力50 k Pa）、6 1-2粉质粘土层（桩侧阻力65 k Pa），见表1。
表1 土层主要物理力学性能k Pa
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2.2 结构计算
该构筑物下部为净宽6 m、净高4 m的两仓结构钢筋混凝土水池，上部为层高6 m的生产用钢筋混凝土框架结构建筑物，在进行结构计算时取其上部框架结构建筑物一榀框架进行二维分析，一榀框架底梁截面尺寸为40 cm×100 cm、中梁截面尺寸为30 cm×60 cm、顶梁截面尺寸为38 cm×80 cm、外池壁柱截面尺寸为40 cm×80 cm、内壁柱截面尺寸为40 cm×40 cm，底梁下共设置7处桩基，单桩桩基承载力1 250 k N。
2.2.1 支座型式的选择
本工程构筑物下方为两仓水池1座，水池净宽6.5 m，净高4.0 m，为钢筋混凝土结构，水池上方为钢混结构的生产性构筑物，层高6.0 m。
根据结构设计，针对该构筑物的一榀框架进行二维平面分析，具体包括长×宽为40 cm×100 cm的底梁、长×宽为30 cm×60 cm的中梁、长×宽为35 cm×80 cm的顶梁、长×宽为40 cm×80 cm的外池壁柱、长×宽为40 cm×40 cm的内池壁柱共同构成封闭型框架结构。
将该框架结构放置在底梁以下，并根据框架结果受力特性将单桩承载力设计值确定为1 150 k N。
根据本构筑物桩基为摩擦桩的受力特性，其承载力主要来自桩侧阻力和桩端阻力，故对应弹性支座，按照桩顶荷载值和沉降值，分别取弹性支座等效刚度5 000,10 000,50 000,100 000(k N/m）的不同工况，进行铰接支座、弹性支座混合设置情况的对比分析。
构筑物平面结构受力分析及结构底板3处弯矩结果的比较主要采用理正工具箱。
构筑物底板测点1在铰接支座、弹性支座及铰接与弹性支座混合设置的工况下，弯矩值分别为–145.5,–37.8,–334.6 (k N·m），弯矩正负号在不同支座型式下并未改变，仅存在数值方面的差异。
构筑物底板测点2在铰接支座、弹性支座及铰接与弹性支座混合设置的工况下，弯矩值分别为–48.7,–210.1,344.6(k N·m），弯矩值正负号改变，绝对值相差较大。
底板测点3在铰接支座、弹性支座及铰接与弹性支座混合设置的工况下，弯矩值分别为–66.2,90.8,–756.5(k N·m），弯矩正负号改变，绝对值相差大。
根据不同支座形式下构筑物平面结构受力分析及弯矩结果的对比发现，针对相同的结构模型，不同支座形式会出现不同结果，且结果差距较大，并对后续配筋有较大影响，所以应加强支座型式选择的考虑。
2.2.2 弹性支座等效刚度取值
在弹性支座形式下，构筑物底板测点1在在等效刚度5 000,10 000,50 000,100 000(k N/m）的工况下弯矩值分别为–35.6,–38.8,–52.6,–62.4(k N·m），弯矩均为负值，且数值差异较小；构筑物底板测点2在等效刚度工况下弯矩值分别为–211.5,–215.4,–207.2,–202.5(k N·m），弯矩均为负值，数值差异不大；构筑物底板测点3在等效刚度工况下弯矩值分别为92.1,94.3,101.3,106.5(k N·m），弯矩值均为正值，数值相差不大。
根据对弹性支座等效刚度弯矩值的比较发现，若同一结构模型均采用弹性支座型式，则针对不同的等效刚度，同一弯矩的计算结果存在一定变化，但弯矩取值的正负号基本一致，仅表现为取值绝对值大小的差异。
3 结束语
在给排水构筑物结构计算过程中，若构筑物采用桩基础承载型式，则须进行其复杂构筑物的简化处理，并加强桩基作用点处支座设置型式的探讨，通过合理选择支座型式以保证结构计算的准确性与合理性。
根据给排水构筑物桩基受力特性，将常用的给排水构筑物桩型分为端承桩和摩擦桩2类，进行了不同桩型荷载传递特征的分析，并以具体工程为例，选取相同桩型并对构筑物底板支座型式进行特殊处理，并针对同一支座设定不同的等效刚度进行分析。
分析结果表明，对于碎石、风化岩等硬质持力层，端承桩单桩承载力通常由桩端阻力提供，且在简化结构计算模型后其桩基作用点应采用铰接支座；而对于桩端阻力和桩侧阻力均提供承载力的摩擦桩，在简化结构计算模型后其桩基作用点应采用弹性支座；弹性支座设定过程中应当输入弹性刚度。
在分析端承桩桩基设计假定对给排水构筑物结构计算的影响时，并未过多地论述嵌岩桩嵌岩部分的侧阻，而仅分析了理想状态下的纯端部承载的端承桩，针对上部结构较为复杂的构筑物其上部结构刚度对支座刚度的影响及上部结构刚度、周围土体约束、荷载、成桩质量等对支座选取的影响有待进一步研究。
参考文献
[1]丛海洋.不同桩基设计假定对给排水构筑物结构计算影响分析[J].城市道桥与防洪，2020(7):26,236–239.
[2]给水排水工程构筑物设计规范：GB 50069—2016[S].