基礎(chǔ)變形控制及沉降后澆帶優(yōu)化設(shè)計

地基基礎(chǔ)變形控制設(shè)計方法及應(yīng)用李偉強李偉強地基基礎(chǔ)與地下工程研究所（SES：SoilEngineeringServices）專注于“地基與基礎(chǔ)”及“巖土與結(jié)構(gòu)”相互作用的科學(xué)研究，專業(yè)理論扎實、實踐經(jīng)驗豐富，致力于復(fù)雜地基基礎(chǔ)工程難題。地基與基礎(chǔ)的研究方向與核心技術(shù)領(lǐng)域：所長正高級工程師注冊土木工程師（巖土）l

地基與結(jié)構(gòu)相互作用（SSI）技術(shù)研究l

沉降后澆帶優(yōu)化咨詢l

巖土工程數(shù)值分析方法工程咨詢l

深基坑與相鄰建筑相互影響分析評估l

變形控制的復(fù)合地基設(shè)計與優(yōu)化l

超高層建筑樁筏精益設(shè)計與優(yōu)化1地基基礎(chǔ)變形控制設(shè)計基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載存在復(fù)雜或不

較高的高層建良地質(zhì)條件筑相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大多塔樓大底板建筑對沉降有特殊要求的建筑緊鄰既有建筑

既有建筑加層巖溶工程案例：唐山市新世界超高層存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑采空區(qū)高層建筑地基基礎(chǔ)抗變形設(shè)計基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑最大值2cm緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑北京CBD

核心區(qū)

Z15中國尊大廈利科西安國際金融中心存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑存在復(fù)雜或不良地質(zhì)條件較高的高層建筑基礎(chǔ)附近有大面積填方或堆載相鄰基礎(chǔ)荷載差異較大相連建筑的高度和層數(shù)相關(guān)較大多塔樓大底板建筑緊鄰既有建筑既有建筑加層對沉降有特殊要求的建筑選用合適的持力層對濕陷性土、膨脹土等特殊地基控制地下水和地表水的影響變剛度調(diào)整設(shè)計，調(diào)整樁長、樁徑、樁數(shù)采用基礎(chǔ)或上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件跨越局部軟弱地層加強基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)剛度及相應(yīng)構(gòu)件承載力調(diào)整施工順序，先施工高層建筑再施工低層建筑設(shè)置沉降后澆帶或沉降縫沉降控制措施減小高層建筑沉降、加大低層建筑沉降匹配地基基礎(chǔ)形式：裙房優(yōu)先配重或錨桿抗浮措施荷載

地層分布

分布結(jié)構(gòu)剛度地層參數(shù)基礎(chǔ)剛度差異沉降是關(guān)注的重點影響差異沉降的主要因素2沉降計算方法《巖土工程的工作方法》，張在明《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》、《樁基規(guī)范》和《箱筏規(guī)范》中關(guān)于最終變形量的計算公式，都是基于分層總和法的基本原理，并考慮實際觀測值和理論計算值的統(tǒng)計誤差，加以修正。工欲善其事，必先利其器工具選擇巖土-結(jié)構(gòu)相互作用精細化仿真數(shù)值計算CBD

Z15（中國尊）PLAXIS是用于巖土工程的變形、穩(wěn)定性以及地下水滲流等問題的通用有限元系列軟件。它計算功能強大、運算穩(wěn)定、界面友好，是解決現(xiàn)在與未來復(fù)雜巖土工程問題的專業(yè)計算分析工具。PLAXIS系列軟件擁有強大的本構(gòu)模型，可用于精確模擬土的力學(xué)特性，模型的參數(shù)也充分符合巖土工程的實踐應(yīng)用，并可采用板、樁、錨桿和其他構(gòu)件對土體結(jié)構(gòu)和相互作用進行精確模擬。為結(jié)構(gòu)-地基-基礎(chǔ)共同作用分析提供了很好的工具?；诙嚆@孔地層數(shù)據(jù)精細模擬計算結(jié)構(gòu)單元豐富，可進行地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)共同作用分析基于單元庫中的“SHELL”“BEAM”“PILEINTERFACE””PILE

TIPINTERFACE””CONTACT”等庫存單元，可以精細模擬超高層基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)?

莫爾-庫倫（M-C）模型?

德魯克-普拉格（D-P）模型?

鄧肯-張（Duncan-Chang）模型?

蓋帽（D-P-Cap）模型強大的巖土本構(gòu)模型庫，計算結(jié)果符合工程實際?

修正劍橋（MCC）模型?

硬化土（HS）模型和小應(yīng)變硬化土（HSS）模型?

ECPHujeux模型?

成層節(jié)理（Multi-lamina?

霍克-布朗（Hoek-Brow?

混凝土老化（AgingCon?

多種蠕變模型模型對比3典型工程案例超高層建筑案例——中國尊結(jié)構(gòu)及地層特點：p

建筑高度528mp

上部結(jié)構(gòu)荷載巨大p

沉降后澆帶設(shè)置困難設(shè)計對策：p

變剛度樁基設(shè)計p

進行地基基礎(chǔ)協(xié)同作用分析p

取消沉降后澆帶p

取消裙房抗拔樁北京CBD核心區(qū)Z15地塊（中國尊）項目樁基設(shè)計樁基變形設(shè)計案例——北京大興國際機場北京大興國際機場概況?

北京大興國際機場位于北京市大興區(qū)和河北省廊坊市廣陽區(qū)之間。?

一期用地總面積約3031.9公頃。?

一期建設(shè)以2025年旅客吞吐量7200萬人次、貨郵吞吐量200萬噸、飛機起降量62萬架次的目標設(shè)計，建設(shè)4條跑道、70萬平方米航站樓及相應(yīng)的貨運、空管、停車樓、綜合交通樞紐等生產(chǎn)生活設(shè)施。地下結(jié)構(gòu)設(shè)計概況?北京新機場航站樓地下共2層，地下二層為軌道區(qū)及站臺，地下一層為軌道連接過廳及預(yù)留APM區(qū)，開挖面積約16萬平方米，其中深槽區(qū)開挖面積11萬平米，開挖深度18.4m。地下二層平面圖地下一層平面圖核心區(qū)計算模型軌道區(qū)域體模型航站樓軌道區(qū)航樓中心非軌道區(qū)域核心區(qū)沉降計算結(jié)果航站樓中心非軌道區(qū)域航站樓軌道區(qū)域工后沉降計算結(jié)果—航站樓軌道區(qū)域指廊計算模型西北東北西南東南中央指廊指廊計算結(jié)果樁基變形設(shè)計案例——東壩車輛段上蓋開發(fā)12#線庫咽喉區(qū)?

蓋上住宅：12~18層（3#線）、6層（咽喉區(qū)）、12~20層（12#線）?

蓋頂覆土層

：2m3#線庫?

二層：4.8m，小汽車庫（僅3#線庫、12#線庫有）?

首層：9.5m，列車停車、列檢、軌區(qū)上蓋樁基承臺+筏板+地梁車庫樁基變形設(shè)計案例——北京朝陽站（星火站）樞紐車樓樞紐換乘

-11.500m地鐵換乘大廳-19.00mM3站臺

-25.50mR4站臺

-34.45m采空區(qū)抗變形設(shè)計案例時間初始活躍衰退變形量地表移動延續(xù)時間可以根據(jù)最大下沉點的下沉與時間關(guān)系分為以下三個時期：①初始期：從移動開始（下沉10mm）至移動活躍期時的持續(xù)時間；②活躍期：地表下沉速度每天大于1.7mm的持續(xù)時間；③衰退期：從活躍期結(jié)束到移動穩(wěn)定（連續(xù)6個月下沉不超過30mm）的持續(xù)時間。采空區(qū)地表沉陷采空區(qū)專項勘察報告0~3mm/m10~350mm0~2.5mm/m最大值2cm最大值15cm依賴先進的分析（數(shù)值分析）技術(shù)進行精細化計算，可作為抗變形設(shè)計依據(jù)優(yōu)化復(fù)合地基取消沉降后澆帶案例——京東集團總部二期2號樓±0.000

基礎(chǔ)地下

地上

建筑高層數(shù)

層數(shù)

度（m）區(qū)域標高埋深結(jié)構(gòu)類型基礎(chǔ)形式

地基形式（m）

（m）A座B座5555191612-98.0

27.000

28.48

框架-核心筒80.0

27.000

28.48

框架-核心筒60.0

27.000

28.48

框架-核心筒CFG樁復(fù)合地基梁板式筏基C座天然地基天然地基獨立承臺+抗水板純地下室-27.000

28.48/京東集團總部二期2號樓項目結(jié)構(gòu)及地層特點：p

主裙樓結(jié)構(gòu)荷載差異大p

深厚砂層B座A座p

跳倉法施工設(shè)計對策：C座p

進行地基基礎(chǔ)協(xié)同作用分析p

取消沉降后澆帶p

優(yōu)化原CFG樁方案（節(jié)約200萬）本工程為大底盤多塔樓建筑，綜合工程地質(zhì)條件及建筑特點，以及跳倉法施工要求，地基基礎(chǔ)特點與難點分析如下：ü地基變形量、差異沉降控制難度大;ü本工程裙房、純地下室部分需要采用抗浮措施;ü需要解決高低層建筑差異沉降問題，取消沉降后澆帶基于地質(zhì)條件、基礎(chǔ)形式、上部結(jié)構(gòu)荷載分布，在滿足地基基礎(chǔ)承載力的前提下，通過對地基剛度（處理）、基礎(chǔ)剛度的優(yōu)化調(diào)整，達到主裙樓差異沉降滿足設(shè)計要求，最終取消沉降后澆帶。優(yōu)化復(fù)合地基取消沉降后澆帶

節(jié)約工期與造價4總結(jié)a)

依賴經(jīng)驗的工程判斷b)

依賴原位測試結(jié)果的半經(jīng)驗關(guān)系c)

依賴基于土力學(xué)和巖體力學(xué)一般理論d)

依賴先進的分析（數(shù)值分析）技術(shù)巖土工程師應(yīng)該盡量同時使自己具有這幾個方面的能力，并且能在工作中應(yīng)用自如，相輔相成，最后形成自己的“工程判斷(engineeringjudgment)”?！稁r土工程的工作方法》，張在明工程判斷首先體現(xiàn)在工程參數(shù)的選用和取值上。因而強調(diào)定性分析與定量分析相結(jié)合，強調(diào)綜合判斷?！敖?jīng)驗之果只有結(jié)在理論之樹上才有生命力?！报?/p>

經(jīng)驗公式法ü

數(shù)值計算法ü

解析計算法工程地質(zhì)資料土的工程性質(zhì)計算、分析綜合判斷土力學(xué)基本概念工

程

經(jīng)

驗工程經(jīng)驗巖土工程設(shè)計對巖土工程數(shù)值分析的幾點思考

龔曉南巖土工程師在現(xiàn)有專