第七章-高層建筑樁筏與樁箱基礎

第七章高層建筑樁筏和樁箱基礎,7.1高層建筑樁筏和樁箱基礎的現(xiàn)場實測研究,框筒結構與超長樁厚筏基礎工程概況與地基條件：該工程由26層、高94.5m的框筒結構主樓和5層裙房組成?；A埋深7.6m，筏基面積200m2；鋼管樁609.6mml2mm，樁長53m(入土深60.6m)，樁距1.911.95m，(3.13.2d)樁尖落在砂質(zhì)粉土中，共230根。主樓平面36.4m38.7m，筏板厚2.3m，布樁200根；裙樓外伸10.9m和14.15m，加兩層地下室，筏板厚僅1m，底下只布樁30根。地基條件見表71及如圖71所示，其中第3層灰砂質(zhì)粉土為筏基持力層；第9c層砂質(zhì)粉土為樁基持力層。試樁單樁容許承載力為2.6MN。,2、地基基礎變形,回彈由降水而下沉的量為1.452.59cm，平均2.04cm。基坑開挖回彈量為1.412.87cm，平均2.02cm；隨后暴露62天又平均回彈1.25cm。加上降水引起的下沉值，平均總回彈量為5.31cm.沉降變形具三階段特點(圖7.2)：自重應力卸荷與恢復變形階段、結構加載附加應力變形階段、結構竣工基本恒載變形階段；2)結構峻工時平均沉降為3.60cm，至交付使用時(3年5個月以后)平均沉降4.95cm，用雙曲線法外推實測最終沉降為6.66cm。,整體傾斜和縱向彎曲簡體結構在竣工時南北向的彎曲率僅為0.039，反映簡體核心部位剛性相當大。整體傾斜：南北向為0.08，東西向為0.035，明顯優(yōu)于無樁箱基的整體傾斜，建筑物可視作均勻下沉。,3、樁與筏的荷載分擔,筏底壓力分布特點筏底壓力隨施工加載的增加而緩慢地增長。筏底壓力分布略顯馬鞍形：當施工到5層時，空間結構的整體剛度已經(jīng)形成，此時筏底壓力分布形狀已經(jīng)形成，以后隨施工進展，該壓力分布形狀基本不變。這個過程與深埋箱形基礎反力分布形成過程類似,樁與筏荷載分擔,樁與筏的荷載分擔比例隨施工過程而有所變化，但在施工5層以后，地下水位逐漸穩(wěn)定，筏的荷載分擔比例也趨于穩(wěn)定，一般約為25；結構竣工時筏的載荷分擔比例為26。當扣除假定浮力60kPa，同時考慮筏底的有效面積，求得筏基底面真正分擔的荷載比例為8.5。說明即使是超長樁，樁間土對上部荷載的分擔仍然存在。,4、筏板內(nèi)鋼筋的應力,筏板內(nèi)鋼筋的應力的分類筏基澆筑后混凝土水化溫度升高產(chǎn)生的鋼筋應力；荷載引起的鋼筋應力。對前一類應力必須作修正。筏板內(nèi)鋼筋的應力的特點開始筏基應力隨著施工荷載增加而增大；但施工到5層結構剛度基本形成后，筏基鋼筋應力卻隨著施工荷載增加而有所降低，結構竣工后，筏基鋼筋應力多數(shù)比在5層時的應力小些。說明建筑物剛度時筏(箱)基鋼筋應力影響非常大。,結構竣工時筏基頂面部位承受壓應力，而底面部位承受拉應力，最大拉壓應力各為21.5MPa(G3處)兩值相等。筏基鋼筋應力隨時間(確切地說隨溫度)變化，呈正弦曲線形。等厚(東西)方向筏基內(nèi)鋼筋應力變化很有規(guī)律，從基礎端部到中部逐漸增大，筏基中部的彎矩最大。不等厚(南北)方向筏基內(nèi)鋼筋應力在筏厚度突變處最大+13.6MPa與12.2MPa；但相比鋼筋的承載能力(210MPa)卻仍然很小，只占8.45。中性軸仍在筏內(nèi)。盡管框筒結構剛度很大，但由于超長樁的存在，同樣加強了筏板的剛度，所以沒有看到中性軸上移至上部結構的現(xiàn)象,幾個規(guī)律,現(xiàn)象I證實了一個重要的觀點：即箱基的鋼筋應力很小，在施工荷載接近土的自重應力即建筑層數(shù)為45層時，箱基鋼筋應力為最大(此時結構剛度基本形成)，以后隨著荷載(層數(shù))增加，箱基鋼筋應力稍為增加或反而減小，說明建筑物剛度對箱(筏)基礎內(nèi)鋼筋應力影響很大。滿載式的樁筏或樁箱基礎設計中僅按土自重應力階段(或5層建筑荷載)進行鋼筋應力計算就可以了。上部結構剛度的變化對樁頂反力分布有很大的制約作用；在上部結構空間剛度還沒有充分形成時(3層以前)，各樁頂反力變化比較平緩，內(nèi)樁、邊樁、角樁受力大小差別不大，且主要荷載是由樁間土承擔。,當施工至4層時(接近于土的自重應力階段)上部結構空間剛度開始形成，此時各樁頂反力有比較明顯的增加，其中角樁增長最快，邊樁其次，內(nèi)樁增長較慢。從發(fā)揮樁的承載能力的角度考慮，樁的布置原則應當是：邊樁應布置得較密一些，中間部位的樁可適當稀疏一些，這樣可以充分發(fā)揮樁的承載能力。,二、高層建筑短樁箱基的現(xiàn)場實測研究,概述建筑概況該工程為剪力墻結構的高層住宅，南面起居室18層，北面附屬用房20層，總高57m，建筑物平面面積430m2?；A為半地下室箱基加短樁，箱基高2.9m，埋深1.7m，箱基底板為梁板結構，梁寬0.6m，板厚0.3m，平面面積為489.3m2，建筑物梁軸線下布置183根0.4m0.4m7.5m的鋼筋混凝土預制樁。場地地質(zhì)條件場地在地面下深度2.412.8m處為稍松粉砂層，層厚10m左右，作為短樁持力層，其下有厚16m的灰色粘土和灰色粉質(zhì)粘土，軟塑或流塑狀.,樁位布置圖,2、測試結果與分析,樁基沉降分析短樁基礎沉降變形三階段1）沉降發(fā)展初期階段。大致相應于建筑物施工到13層之前，樁頂平均荷載等于樁極限承載力的23，安全系數(shù)K僅為1.5。2）沉降發(fā)展中期階段。這是從施工超過13層直至結構到封頂后，樁頂平均荷載已達到單樁極限承載力。這一階段沉降速率明顯增大，沉降量為前一階段的5.5倍。,3）沉降收斂階段。結構到頂后再過半年時間，沉降速率明顯減小(此刻荷載增加很慢)，呈收斂趨勢。短樁基礎沉降量較大，但其沉降速率比天然地基較快地趨向穩(wěn)定。從實測資料看，施工結束后兩年多，地基反力變化不大，且群樁樁側(cè)摩阻力發(fā)揮很小，由此可以判斷短樁基礎的沉降主要是由樁尖下的軟弱下臥層的壓縮變形引起，樁的刺入變形量不大。短樁基礎沉降計算方法推薦使用考慮樁身應力擴散的分層總和法或同濟大學簡易理論計算法。,建筑物的整體傾斜,實測的建筑物整體傾斜如圖7-13所示。從圖中可見，建筑物向東北傾斜，縱向(東西向)平均傾斜0.87，橫向(南北向)整體傾斜圖體傾斜為1.48，均小于2的范圍?？梢姡词垢邔咏ㄖ虡断浠?，埋深較小(僅1.7m)，由于樁的作用，使其橫向整體傾斜大為改善。,2、樁與箱基分擔荷載的作用,樁分擔荷載分析角樁荷載最大，邊樁次之，內(nèi)部樁最小。高層建筑短樁箱形基礎群樁反力分布的性狀類似于彈性地基剛性基礎下地基反力的分布規(guī)律。,箱基底樁間土分擔荷載分析,施工到第五層以后，上部結構剛度形成，使基礎呈剛性性狀，地基反力分布呈馬鞍形。建筑物自施工結束兩年多來地基反力及其分布變化不大的事實說明，短樁基礎的刺人變形量不大。，當結構到頂后，樁承擔總荷載的92，基底下地基土只承擔8(扣除浮力)，兩年多來變化不大。凈地基反力加上浮力，箱基底板分擔上部結構的荷載在12左右。,3、群樁荷載傳遞特性,群樁樁端阻力群樁樁頂荷載7075傳至樁端，而單樁只有38的樁頂荷載傳至樁端，僅為群樁情況的一半，這是砂土中短樁基礎荷載傳遞的主要特征，短樁基礎群樁樁端阻力能充分發(fā)揮。角樁樁端阻力最大，邊樁次之，內(nèi)部樁最小。群樁樁側(cè)摩阻力單樁極限摩阻力高于群樁。群樁樁側(cè)摩阻力大致為單樁極限側(cè)摩阻力的4560。群樁樁端阻力大致為單樁極限端阻的1.72.3倍。,4、高層建筑短樁箱基礎的實測研究結果,群樁樁頂荷載70傳至樁尖，比單樁高出一倍。群樁樁側(cè)摩阻力發(fā)揮很小，只有單樁的45一60。建筑物荷載88由樁