沉降控制理論在某高層建筑中的運用和探討

1、沉降控制理論在某高層建筑中的運用和探討來源：中國論文下載中心 06-03-20 10:01:00 作者：鄭佑存 莊一舟 編輯：studa9ngns 摘要：沉降控制理論在某高層建筑中的運用和探討. 關鍵詞：沉降 高層建筑 結構理論 1 工程概況 樂清市煙草公司綜合樓工程的原設計單位是國內某建筑設計院，主樓地下1層(層高4.45m) ，地上16層(總高59.1m)，裙房3層，框剪結構，柱下承臺基礎。樁采用450mm450mm的空心預制樁，樁身混凝土C30，樁端進入-2層(砂礫石混粘性土)持力層500mm，要求單樁承載力標準值800kN。由于在樁基的施工過程中，樁沉至-1層(砂礫石混粘性土，厚度0.

2、53.4m )時出現(xiàn)不能穿透到達原設計的-2層，故工程建設單位邀請國內另一家建筑設計研究院的有關專家在對地質資料分析基礎上，提出工程樁基的修改和處理辦法：樁持力層為-1層(砂礫石混粘性土)，主樓基礎改為樁筏基礎(樁距1800mm1800mm)，要求單樁承載力標準值600kN (后經靜載試驗已達到要求)。 建設單位考慮到基礎與上部結構要統(tǒng)一及便于現(xiàn)場施工服務，決定由本院統(tǒng)一進行設計計算，繪制施工圖。根據原上部結構布置與另一家建筑設計院提供的樁位圖，經本院的計算分析 ，結果是：持力層下臥層(層淤泥質粘土)的強度仍然不夠。 2 工程地質及場地 地基土分布及工程特征為：場地地形平坦，地貌類型屬河海相沖

3、積-淤積平原。根據勘察揭露情況，將地基土劃分為： 層表部粘土：全場分布，直接出露地表，厚0.901.10m。 飽和，軟可塑狀，高中壓縮性。上部0.3m為耕植土。屬地表氧化殼，分布穩(wěn)定，具有一 定力學強度，但厚度小，經回填嚴實處理后可作為一般低層建筑物的天然淺基礎支承持力層，其fk70kPa,Es3.5MPa,qs13.0kPa。 -1層淤泥：全場分布，厚22.0022.10，飽和，流塑狀，高壓縮性，高靈敏度，其 fk40kPa,Es1.00MPa,qs5.0kPa；-2層淤泥質粘土：全場分布，厚4.705.80m ，流軟塑狀，高壓縮性，局部為軟粘土，其fk70kPa,Es3.00MPa,qs1

4、0.0kPa。該兩土層為低抗剪強度軟弱土層，力學強度很差，是受荷后的主要壓縮層，僅可作為樁周摩擦層使用。-1層粘性土混砂礫石：厚0.503.40m，飽和，稍密，低壓縮性，其fk200kPa, qs24.0kPa，qp1300kPa； -a層粉質粘土或粘性土混砂：為不良軟弱夾層，呈透鏡體狀不穩(wěn)定分布，厚0.501.10m。飽和，軟塑狀，高壓縮性。往下漸變?yōu)檎承酝粱熘屑毶?，其fk80kPa,Es2.7MPa, qs140kPa，qp500kPa；-2 層砂礫石混粘性土：厚1.00 4.20m，飽和，稍密，低壓縮性，其fk250kPa,qs35.0kPa，qp2000kPa。-1和-2 層，兩者呈漸

5、變過渡關系，力學強度較好，但礫、卵石含量變化大，力學強度均一性差，而且有不穩(wěn)定分布的-a軟弱夾層存在，大幅度降低了層的總體力學強度，不是理想的樁尖持力層。如果作為相對持力層，樁端承載力標準值要適當降低使用，同時須對下臥軟弱層進行強度和沉降驗算。 層粘土：厚0.8m，飽和，軟塑可塑狀，高中壓縮性。不穩(wěn)定分布，厚度小，力學強度一般，不宜作為樁尖持力層，其fk100kPa,Es3.20MPa,qs20.0kPa，Qp700kPa。 層淤泥質粘土：全場分布，厚3.104.0m，飽和，軟塑性，高壓縮性，底部有不穩(wěn)定分布的可塑狀粘土。低抗剪強度軟弱土層，力學強度較差，一般宜作為樁周摩擦層使用，其fk75k

6、Pa,Es2.8MPa,qs12.0kPa，qp400kPa。 -1層粘性土混砂礫石：厚1.80m，飽和，稍密，低壓縮性，力學強度好，其fk210kPa,qs26 .0kPa，qp1400kPa。-2層砂礫石混粘性土：厚2.30 3.70m，飽和，稍密中密，低壓縮性，力學強度較好，其fk250kPa,qs35.0kPa，qp2000kPa。該兩土層合并可作為擬建建筑物的樁尖持力層，但總厚僅2.703.70m，當選作樁尖持力層時要注意其厚度較小的特征。 -1層粘性土含砂礫石：厚1.11.4m，飽和，高壓縮性，礫卵石含量較少，力學強度較差，僅作為樁周摩擦層使用，其fk100k Pa,Es4.0,q

7、s18.0kPa ，qp800kPa；-2層粘性土混砂礫石：厚0.501.60m， 飽和，礫卵石、砂含量較高，力學強度較好，但厚度小，分布不穩(wěn)定，不宜作為樁端持力層，其fk210kPa,qs26.0，qp1400kPa。 層粘土：控制厚度1.103.50m，未穿，控制深度40.544.5m，飽和，軟塑狀，高中壓縮性，力學強度不均一，承載能力較低，為相對較弱下臥層，局部含礫砂，其fk90kPa,Es3.0MPa,qs18kPa，qp800kPa。 場內地下水主要為孔隙水，屬潛水類型，受季節(jié)大氣降水和人工排水等因素影響而變化，一般地下水位在自然地面下0.30.9m。 本場地未進行巖土波速測試，地基

8、土上部為巨厚的高壓縮性、高靈敏度淤積軟土，對地震波有放大作用，其抗震性能差。該場地為軟弱場地土，建筑場地類別為類。按全國地震帶劃分，樂清市位于東南沿海 地震帶東北段，為少震、弱震區(qū)，遠程地震波的波及影響是本地區(qū)的主要震害特征，基本地震烈度6度。擬建為一類高層，其建筑抗震設計應按現(xiàn)行建筑抗震設 計規(guī)范(GBJ 11-89)有關規(guī)定進行。 3 設計理論及方法 針對以上工程條件和現(xiàn)狀，采取了四種措施，以滿足建筑物的沉降變形和下臥層強度要求。3.1 應用沉降變形控制設計理論 先將樁一承臺基礎改為樁筏基礎，充分發(fā)揮筏板和地基間、樁間土的承載能力。按沉降變形控制設計的樁基礎(也稱減少沉降樁基礎、沉降控制復

9、合樁基或疏樁基礎，國外叫Creeppile，F(xiàn)riction piled foundation，Piled raft foundation等)是按控制地基沉降的原則設計的樁基礎，也即在設計時由基礎的沉降控制值來確定樁數和樁長。樁在基礎中除承擔部分荷載外主要起減少和控制沉降的作用，樁可視為減少沉降的措施，或作為減少沉降的構件來使用。它是現(xiàn)代樁土相互作用理論研究的重要成果之一。在實際工程中采用樁基礎的原因主要有兩個：一是因為地基承載力不夠，需要采用樁將上部結構荷載傳到深層土或支撐于堅硬持力層，二是因為地土將會發(fā)生較大的沉降變形，需要采用樁來減少沉降。因此，合理和恰當的樁基礎設計應根據采用樁基的目的

10、不同而分三種不同的情況處理：所有荷載由樁承擔;樁和筏板基礎分擔上部結構荷載，樁既承擔荷載，同時也起到減少沉降變形的作用：樁用于減少或控制沉降，基礎的承載力主要由基礎板(梁)承擔。目前的樁基礎設計理論都是建立在滿足承載力的基礎上，也即在樁基礎設計時均按上述第一種情況處理，完全由上部結構荷載來確定樁數和樁長。顯然，對于沉降過大而采用樁基礎的情況來說，這種傳統(tǒng)的樁基礎設計方法是過于保守的并且在設計目的上也不明確。以沉降控制的基礎設計方法，目前主要應用于層數小于8層的多層建筑，且多使用直徑小于25cm的預制鋼筋混凝士微型樁。某10層辦公樓樁筏基礎按變形控制設計理論，成功地將原設計的110根650鉆孔灌

11、注樁減少到76根。在國外，1986年，此理論已應用于11層的建筑物樁基礎設計中，但尚未見樁箱(筏)基礎與地基共同作用應用于超過18層的高層建筑樁箱(筏)基礎的報道。高層建筑樁筏基礎按變形控制設計理論的核心是認為高層建筑樁箱(筏)基礎能否正常安全工作，主要是讓建筑物的實際沉降量小于允許沉降量。對樁的承載能力沒有很嚴格的要求，只要單樁荷載小于單樁極限承載力即可，并對24層的高層住宅作了加層的嘗試，獲得成功。 采用樁、筏共同作用的優(yōu)點是：充分利用和發(fā)揮了樁對控制基礎沉降的能力，并使筏板底地基也充分發(fā)揮承載能力，大大降低了工程造價。本工程提出的計算公式：FGd(nPuAfu) 式中F作用于樁基承臺頂面

12、的豎向荷載設計值； G樁基承臺和承臺上土自重設計值； Pu單樁極限承載力; d綜合承載力系數，一般取0.50.6; A承臺基礎面積； fu基底土的極限承載力。 3.2 措施 (1)通過將樁-承臺基礎改為樁筏基礎和運用沉降變形控制理論設計方法，使d(nPuAfu)項比原來的設計(所有荷載由樁承擔)值增大，充分發(fā)揮單樁和地基土的極限承載力。 (2)減少F:采用減輕上部結構重量方法,將框剪結構改為框架結構，將部分磚墻改為輕質隔墻。 (3)減少G:采用增加一層地下室，減少土體自重，增大地下水浮托力的辦法，減少基底的壓應力。這是本工程樁基設計中的重要一個環(huán)節(jié)，也是本文的創(chuàng)新點。為安全起見，G的減少量僅取

13、0.8倍地下室有效土體重。 經過以上(1)、(2)和(3)三項措施處理后，經驗算房屋的整體沉降、局部沉降及樁端下軟弱下臥層的強度均可滿足要求。 (4)運用實時調控的方法和技術進行半逆作法施工,為了防止出現(xiàn)不均勻沉降或整體沉降量過大，本工程還采用了預留的安全措施,即后補預制樁技術，使地基、樁筏和由于計算模型、計算方法及各種參數的不確定性因素也得到解決和檢驗，具有實時檢驗和控制作用。在建筑物的四角和對沉降控制敏感的區(qū)域，巧妙合理地預設倒錐形孔位，為將來需要時補壓預制樁，預先作好考慮和準備，做到萬無一失。4 展望 本文介紹的設計方法，雖屬于為了工程處理目的，但經過進一步深入研究和實踐考驗，相信可以推廣應用。目前該工程已進入基礎開挖階段。 但由于某些計算理論的不成熟和缺乏實際工程的實踐經驗，為了較詳細地了解其真實受力、變形過程，與設計計算值比較，并為研究同類問題提供借鑒和經驗，在施工和使用的規(guī)定時期內除了常規(guī)的檢測外，有意識地設置了部分儀器和測點，進行沉降觀察和壓力測試。最后的結果要等到大樓結頂和投入使用一段時期后才能得到和驗證。