基礎(chǔ)變形控制及沉降后澆帶優(yōu)化設(shè)計(jì)

地基基礎(chǔ)變形控制設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用李偉強(qiáng)李偉強(qiáng)地基基礎(chǔ)與地下工程研究所（SES：SoilEngineeringServices）專(zhuān)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(zhuān)業(yè)理論扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)正高級(jí)工程師注冊(cè)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(píng)估l

變形控制的復(fù)合地基設(shè)計(jì)與優(yōu)化l

超高層建筑樁筏精益設(shè)計(jì)與優(yōu)化1地基基礎(chǔ)變形控制設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jì)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(duì)沉降有特殊要求的建筑北京CBD

核心區(qū)

Z15中國(guó)尊大廈利科西安國(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)沉降有特殊要求的建筑選用合適的持力層對(duì)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(jì)，調(diào)整樁長(zhǎng)、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(qiáng)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?jī)?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(diǎn)影響差異沉降的主要因素2沉降計(jì)算方法《巖土工程的工作方法》，張?jiān)诿鳌督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)算公式，都是基于分層總和法的基本原理，并考慮實(shí)際觀測(cè)值和理論計(jì)算值的統(tǒng)計(jì)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(xì)化仿真數(shù)值計(jì)算CBD

Z15（中國(guó)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(wèn)題的通用有限元系列軟件。它計(jì)算功能強(qiáng)大、運(yùn)算穩(wěn)定、界面友好，是解決現(xiàn)在與未來(lái)復(fù)雜巖土工程問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)計(jì)算分析工具。PLAXIS系列軟件擁有強(qiáng)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(shí)踐應(yīng)用，并可采用板、樁、錨桿和其他構(gòu)件對(duì)土體結(jié)構(gòu)和相互作用進(jìn)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(xì)模擬計(jì)算結(jié)構(gòu)單元豐富，可進(jìn)行地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)共同作用分析基于單元庫(kù)中的“SHELL”“BEAM”“PILEINTERFACE””P(pán)ILE

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

莫爾-庫(kù)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(qiáng)大的巖土本構(gòu)模型庫(kù)，計(jì)算結(jié)果符合工程實(shí)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(duì)比3典型工程案例超高層建筑案例——中國(guó)尊結(jié)構(gòu)及地層特點(diǎn)：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(jì)對(duì)策：p

變剛度樁基設(shè)計(jì)p

進(jìn)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(guó)尊）項(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)樁基變形設(shè)計(jì)案例——北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)概況?

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于北京市大興區(qū)和河北省廊坊市廣陽(yáng)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(wàn)人次、貨郵吞吐量200萬(wàn)噸、飛機(jī)起降量62萬(wàn)架次的目標(biāo)設(shè)計(jì)，建設(shè)4條跑道、70萬(wàn)平方米航站樓及相應(yīng)的貨運(yùn)、空管、停車(chē)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(jì)概況?北京新機(jī)場(chǎng)航站樓地下共2層，地下二層為軌道區(qū)及站臺(tái)，地下一層為軌道連接過(guò)廳及預(yù)留APM區(qū)，開(kāi)挖面積約16萬(wàn)平方米，其中深槽區(qū)開(kāi)挖面積11萬(wàn)平米，開(kāi)挖深度18.4m。地下二層平面圖地下一層平面圖核心區(qū)計(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果—航站樓軌道區(qū)域指廊計(jì)算模型西北東北西南東南中央指廊指廊計(jì)算結(jié)果樁基變形設(shè)計(jì)案例——東壩車(chē)輛段上蓋開(kāi)發(fā)12#線庫(kù)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(kù)?

二層：4.8m，小汽車(chē)庫(kù)（僅3#線庫(kù)、12#線庫(kù)有）?

首層：9.5m，列車(chē)停車(chē)、列檢、軌區(qū)上蓋樁基承臺(tái)+筏板+地梁車(chē)庫(kù)樁基變形設(shè)計(jì)案例——北京朝陽(yáng)站（星火站）樞紐車(chē)樓樞紐換乘

-11.500m地鐵換乘大廳-19.00mM3站臺(tái)

-25.50mR4站臺(tái)

-34.45m采空區(qū)抗變形設(shè)計(jì)案例時(shí)間初始活躍衰退變形量地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間可以根據(jù)最大下沉點(diǎn)的下沉與時(shí)間關(guān)系分為以下三個(gè)時(shí)期：①初始期：從移動(dòng)開(kāi)始（下沉10mm）至移動(dòng)活躍期時(shí)的持續(xù)時(shí)間；②活躍期：地表下沉速度每天大于1.7mm的持續(xù)時(shí)間；③衰退期：從活躍期結(jié)束到移動(dòng)穩(wěn)定（連續(xù)6個(gè)月下沉不超過(guò)30mm）的持續(xù)時(shí)間。采空區(qū)地表沉陷采空區(qū)專(zhuān)項(xiàng)勘察報(bào)告0~3mm/m10~350mm0~2.5mm/m最大值2cm最大值15cm依賴先進(jìn)的分析（數(shù)值分析）技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化計(jì)算，可作為抗變形設(shè)計(jì)依據(jù)優(yōu)化復(fù)合地基取消沉降后澆帶案例——京東集團(tuán)總部二期2號(hào)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(biāo)高埋深結(jié)構(gòu)類(lèi)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(dú)立承臺(tái)+抗水板純地下室-27.000

28.48/京東集團(tuán)總部二期2號(hào)樓項(xiàng)目結(jié)構(gòu)及地層特點(diǎn)：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(cāng)法施工設(shè)計(jì)對(duì)策：C座p

進(jìn)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(wàn)）本工程為大底盤(pán)多塔樓建筑，綜合工程地質(zhì)條件及建筑特點(diǎn)，以及跳倉(cāng)法施工要求，地基基礎(chǔ)特點(diǎn)與難點(diǎn)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(wèn)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(guò)對(duì)地基剛度（處理）、基礎(chǔ)剛度的優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到主裙樓差異沉降滿足設(shè)計(jì)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(jià)4總結(jié)a)

依賴經(jīng)驗(yàn)的工程判斷b)

依賴原位測(cè)試結(jié)果的半經(jīng)驗(yàn)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(jìn)的分析（數(shù)值分析）技術(shù)巖土工程師應(yīng)該盡量同時(shí)使自己具有這幾個(gè)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?jiān)诿鞴こ膛袛嗍紫润w現(xiàn)在工程參數(shù)的選用和取值上。因而強(qiáng)調(diào)定性分析與定量分析相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)綜合判斷。“經(jīng)驗(yàn)之果只有結(jié)在理論之樹(shù)上才有生命力。”ü

經(jīng)驗(yàn)公式法ü

數(shù)值計(jì)算法ü

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

程

經(jīng)

驗(yàn)工程經(jīng)驗(yàn)巖土工程設(shè)計(jì)對(duì)巖土工程數(shù)值分析的幾點(diǎn)思考

龔曉南巖土工程師在現(xiàn)有專(zhuān)