一：前述

    樁筏基礎也是這個道理，如果上部荷載直接通過柱下局部承臺的一組樁（特例時一柱一樁）或墻下條狀承臺一~幾排樁滿足設計要求時，這樣連接承臺之間的所謂的筏板（不受樁基的反力）就可以很薄，以構造控制，對于有地下水浮力來說，成為純粹防水板了。    當樁的承載力比較小，總樁數比較多，按最小樁基要求即使盡量布置在結構豎向構件的周圍也占了整個筏板基礎的一多半時，這時候再執(zhí)著的要求樁集中布置意義就不大了，不若按整個筏板均勻布樁，設計和施工都簡單。但遺憾的是實際工程中，很多工程師把它當成了樁筏基礎應該的布置方法而忘了布樁的基本原則。

二：樁筏基礎設計的故事

    朋友是一家大設計院的某民建設計所所長（結構出身），給我講了一個關于樁筏基礎設計的故事，為了描述形象，以“我”來講述：

    我部門招聘了一個985土木系研究生，小伙子基本概念清楚，也很勤奮。工作2年后，部門安排他做一個帶地下室的20層的混凝土剪力墻住宅項目，基礎為鋼筋混凝土灌注樁筏基礎，他布樁方案采用均勻布方案，因樁承載力較高，樁間距很大。經計算，底板厚度約1.3米。

     我給他講應該優(yōu)先考慮單排布置的墻下布樁，對個別墻體荷載較大時，可2排甚至三排、個別的電梯交通部位豎向很大時可成組布樁，筏板局部可加厚，這樣大部分的筏板基礎就可以薄一些了。

    他貌似謙虛的說：“我經驗不多，但我了解的樁筏基礎應該都是均勻布樁的呀，沒有你這樣布置的”。言外之意是你雖然是一注，在管理崗位多年了都不會做設計了。還說已經咨詢了院總工，總工也認為他的方案是沒問題的。

    總工是一位四十多歲工作多年的中年婦女（一注結構）。我客氣的向她請教，她說當然樁筏都是均勻布置的呀！并鄙夷的看著我，好像是說這事還用問，你的一注咋過關的？

    我無語了，也不方便進行理論。我把小伙子單獨叫到辦公室，給他搬規(guī)范（筏基規(guī)范6.4.2第4條；地基規(guī)范3.3.3第3條）找資料，講解布樁的基本受力原則，找參考圖紙對小伙子進行概念培訓。

    不愧是985的高材生，他接受能力極快，馬上理解了我的意思，回去改好了圖紙。采用了墻下條形承臺（洞口處不布樁、電梯井筒處樓梯間垂直荷載較大的地方成組布樁），承臺高800，非承臺處厚300。

    我說很好，方案很合理，但300的筏板太薄了，干脆統(tǒng)一做成800得了。

    他說，筏板不受力，我們的水位才1.5米高，不存在整體抗浮，只存在構件抗浮（概念很清楚，心里暗贊），已經算過了，構造300厚和構造配筋滿足1.0噸的抗浮要求，干嘛做800厚呢？太浪費了。

    我氣的都無語了，苦笑道：“你原來做1300厚振振有詞，現在300厚理由也很充分，兩頭有理呀”。

    他臉紅了，笑著說：“鐘總，我原來的概念不對，現在明白了，我覺的這樣設計一點問題也沒有，樁和承臺承擔上部荷載，筏板不受力只受浮力。

    我說：“從受力平衡上是這樣，但你考慮過樁基壓縮沉降變形后是筏板的受力狀態(tài)嗎？”

    他一愣，陷入思考中。過了一會兒他說：“鐘總，我似乎有點明白了。單純從受力來說，我的設計和理解沒有問題。但是任何基礎都有壓縮變形，當壓縮變形時，承臺會帶著筏板一塊下沉，這樣筏板除了承受水浮力，還要分擔上部荷載。分擔多少很難說清楚，但一定在零~均布荷載之間，對樁基來說因變形很小，分擔的就少，對天然地基來說，變形就大，分擔的就多，最極端的情況就是均布荷載。

    即使天然地基，硬土相對與軟土來說因變形很小，所以反力較集中在柱附近，反之就擴散成小波浪的形態(tài)。荷載越集中，筏板內力越小，反之就越大。

    北京院的獨立基礎加防水板的做法加泡沫架空層也是這樣的道理，如果是巖石的地基，不加泡沫也沒問題，但如果地基比較軟，不加泡沫但按防水板設計的就可能存在問題了”。

    他接著說：“ 設計不能只考慮受力平衡，也要考慮變形協(xié)調。假如果我們能夠算出地基的變形也就可以得出內力分布了，這樣在設計樁和筏板豈不是更準確嗎？”

    我暗暗佩服，不愧是985的高材生，悟性真高。

    我順勢引導著他說：“可惜呀，地基的變數太多了。我們總是希望能考慮上部、基礎和地基的剛度共同作用，算出精確的地基變形和內力分布進行基礎的配筋設計。上部結構相對好算準，但地基咋算的準呢。再精確的計算手段在模糊的地勘數據面前也是白搭，所以這時候概念就很重要。

    比如你設計的設計理念是樁基根據力的平衡，樁受上部荷載、筏板抗浮。

    這種理念單純從安全角度可能沒問題，但是從使用角度可能存在問題，比如樁基沉降時，防水板也分擔了地基的反力，在樁基還遠遠達到承載特征值的情況下，防水板已經開裂破壞了，漏水了。雖然結構安全沒有問題，大不了我們把防水板重新做一下，但這不符合正常使用也不行。

    可考慮一部分樁基的荷載分給筏板（樁荷載不減）來計算筏板，比如我按均做800的板厚就是這樣考慮的，雖然算不清，但我用實踐經驗和概念來保證我的方案是安全與經濟的”。

     他說：“嗯，鐘總你說的對，我聽你的”。

     我說：“我考你個問題，你回去思考一下。同樣材料同樣斷面的的鋼拉索長度不一樣時，那個受拉承載力高呢？”

     他不加思索的說：“你是想考我腦際急轉彎吧，當然是一樣的了”。

     我說：“這可不是腦筋急轉彎，別著急回答，回去思考一下”。

    第二天，他又來到我辦公室，說：

   “鐘總，假如我們都按上部荷載來布樁，從理論上筏板就可以不受力了，那點壓縮變形帶來的應力分布，總比平均布置的反力小多了，這樣就可以大大減少基礎筏板的內力了。那么框筒結構，筒的荷載比周邊框架大的多，樁應該在內筒多布置。我覺的這是個很好的設計理念”。

     我問他：“你知道什么是樁變剛度調平設計嗎？”

    “不知道！”

    “你這就是變剛度調平設計，規(guī)范有明確規(guī)定。”

    “這還需要專門規(guī)定嗎？本身就應該這樣設計呀。”

      我苦笑了一下：心里想：你真行，見點陽關就燦爛！

      他接著說：

     “你說的那個鋼拉索的問題.......,”我：“......”。

       這個住宅項目規(guī)模很大，甲方委托了三家設計院，另外兩家的都是采用的均勻布樁的厚筏板基礎，配筋也很大，而我們做的比他們的省多了，后來甲方的老總（也是結構出身）請我吃飯說，你設計的我一看概念就是對的，你們院設計的十幾棟房子能給我們節(jié)約上千萬，不過我們就是要快，一平米賣好幾萬也不在乎這點鋼筋水泥。

    想一想這都是十幾年前的事了，那時候的設計真幸福呀！  

三：變剛度調平設計

    上部結構的荷載在地基土中的分布與豎向受壓構件的布置有關，如果豎向構件直接放在地基土上，結構無法承受地基土的巨大的沉降。故需通過基礎承載面積（獨基、筏板）的擴大分散上部豎向構件的荷載均勻的地基土中，從而減少地基的沉降，這樣卻增加了基礎的造價。如果地基足夠硬，比如巖石時，結構的柱子直接錨如巖石，無需做基礎了，但大部分情況不是這樣幸運。

    天然地基我們無法控制地基土的分布，但如果人工地基像樁基、復合地基、地基處理等，按上部荷載來確定人工地基的剛度的分布，這樣就可以減少基礎的內力甚至可以不用做基礎，比如大直徑的一柱一樁，對樁基來說這個理念就是樁基的變剛度調平設計。

    概念并不復雜，故事里的小伙子自己就可以悟出來。

    獨立承臺的設計必然如此（按上部構件的荷載分別布置樁），普通的框架和剪力墻的高層的筏基也應該這種理念。

    作為高層的框筒結構是非常有必要單獨列出來強調要變剛度調平設計的，因為這種結構形式其交通核心的部位主要是密集厚重的鋼筋混凝土抗剪筒體，其自重是周邊框剪的1.5~2.0倍，上部荷載嚴重不均勻（分布不均勻，但建筑重心與形心是重合的，重心與形心或剛心不重合時是上部結構抗震扭轉問題，而地基關注的是豎向荷載分布），所以規(guī)范在講到變剛度調平設計時主要指的是框筒結構。

    1：調平設計的原理不用多說了，上面的故事已經說的很清楚了。舉一個例子。

    我審圖的一個150米高層的的框筒結構，地質還不錯，采用的是CFG樁復合地基。原設計單位均勻布樁，基礎底板后2.5米。核心筒巨大的荷載壓向筏板并下沉，周邊的筏板沉降很小，所以筏板像扁擔一樣挑著中間的筒體，我似乎聽到扁擔被折斷時的咔嚓的聲音。

    我后來提出來應該變剛度調平設計，設計單位不愿意改圖，后來甲方專門組織專家會議才解決這個問題。

    設計修改采用了框筒做加密加長樁的復合地基方案，基礎厚度減少到1500，配筋構造就基本夠了。我又仿佛感覺到大力士承扛著大麻袋，小家伙輕輕松松的扛著小口袋。

     2：樁基規(guī)范關于變剛度調平的條文說明非常詳盡，為了避免讀者再翻閱規(guī)范，故摘抄出來，并根據自己的理解增加備注。

    筆者注：上部結構的剛度會使本來荷載均勻（地基假設也均勻）的高層結構的地基反力成馬鞍型分布，減小了地基的沉降，但局部彎矩端部大于中部彎矩和馬鞍型的反力分布相對應。見下圖

這是以上部結構產生次應力做代價的。

    為什么均勻的荷載和地基會產生不均勻的地基反力呢？這是因為地基土受壓時的互相影響（布氏解應力分布可以揭示這一點），中部受到四周的影響沉降最大，而邊緣尤其角部影響相對很小，沉降也會小，但剛性的上部結構強迫（用自身的剛度迫使）地基沉降趨同，所以必須給予邊緣的壓力大于中部。

    核心筒結構的布樁應為下面的（b）（c）圖。 

     筆者注：均布荷載作用在均勻的天然地基上，其沉降分布一定是內大外小的碟形。但對于樁基應該和天然地基區(qū)分開來，不能混在一塊說，容易產生誤解。系列（九）說過，樁的受力和地基土的受力原理不同，雖然群樁效應下的樁土共同作用，但隨著樁間距的加大，這種影響逐漸變小，尤其對于端承樁，這種相互作用甚至不存在。換句話說，樁更像是獨立作用的彈簧，和溫克爾的基床系數的概念接近。樁土之間的相互作用比天然地基土相對小多了，即使發(fā)生蝶形的變形，其碟子的深度也淺的多。

    個人理解：對于在對于上部荷載比較均勻的建筑，無需按規(guī)范條文說明的下圖布置樁。在布置樁時，可以簡單的按上部荷載的大小來布置，無需考慮上部結構與基礎的共同作用。

     外形規(guī)矩但荷載分布明顯不均勻的是框筒結構，內部筒體的重力荷載往往是邊緣框架的1.5~2.0倍，所以有必要按該荷載進行布樁。理論上按上部重力荷載來布置樁可以完全避免上部結構的次應力,甚至基礎的內力為零。

     有些人按天然地基馬鞍型（外側地基反力大，內部反力小）的地基反力去進行布樁，會出大問題，本來邊柱上部荷載比內柱小約一倍，反而布樁外面多，弄巧成拙。為什么地基反力大，而不能多布樁呢？（不是上部荷載大）

      地基反力大，并非地基內部土的應力大，是因為它位于建筑的邊緣，受到的影響小。而中部的地基上部結構給于地基土的外部荷載并不大，但他受到的周邊的地基的影響大（布式解），因而地基土的應力疊加后比周邊的大，所以變形就大。這和上部結構的受力是不一樣的，心里要清楚。

     筏板受力是邊緣大，內部小，基礎底板配筋要按這個地基反力分布計算。所以筏板基礎的配筋和樁基的布置正相反。

     我最近審圖的一個南方某省一個20多層框剪辦公項目，上部荷載很規(guī)矩均勻，采用的是CFG均勻布樁復合地基，甲方請的優(yōu)化專家要求CFG復合地基布樁周邊多，內部少，還說我們不懂地基反力的馬鞍形分布原理。這些專家就是犯了這個錯誤。

      一遇到復雜的地基基礎，規(guī)范就給出三者的共同作用就萬事大吉了，但地勘給出地基和樁的本構關系是模糊不清的時候，再精確的計算手段都沒有意義（參考可以），所以地基基礎（樁基）變形與力的關系的概念設計就是非常重要的了。

    3、變剛度調平中的規(guī)范條文說明中的實驗數據如下：

     筆者注：該實驗邊樁比中間樁的受力大1.8倍，同樣我們不必擔心邊樁的沉降，擔心的恰恰是中間樁的沉降反而更大，同天然地基類似，這就是中間加長樁的原因

     上文說過，樁的互相影響不如天然地基的影響比較大，但該實驗數據看，樁之間的互相影響并不小，我認為是摩擦樁且間距比較密的的原因，也可能是實驗數據和實際的誤差造成的。理論上說，樁之間的互相影響一定小于天然地基，尤其是大間距的端承樁。

     在無法弄清樁之間的互相影響的關系時，樁的布置（樁數、樁長）建議以對應上部垂直荷載來決定。所以對于上部均勻的建筑，個人不建議中間布樁大于周邊樁數，那種因結構基礎的剛度造成的馬鞍形地基反力較大而邊緣增加布樁的做法根本是錯誤的。

    4、規(guī)范條文說明給出了很多的變剛度調平的案例如下：

參考文獻：

1：土力學  清華大學 李廣信等

2：基礎工程  清華大學 李廣信等

3：建筑地基基礎設計規(guī)范.

4：建筑樁基技術規(guī)范

5：地基與基礎 建工出版社

6：高層建筑箱基與筏基基礎技術規(guī)范