宋桂華 李俊才

樁筏基礎(chǔ)由于具有承重大、沉降小和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1],但在筏板的設(shè)計(jì)計(jì)算上、在筏板厚度確定的問(wèn)題上、在上部結(jié)構(gòu)—樁筏基礎(chǔ)—地基共同作用的問(wèn)題上等,并沒(méi)有清晰的思路,缺乏完善的方法,使得設(shè)計(jì)中有許多不合理之處[1-3]。在南京大學(xué)MBA大樓工程建設(shè)中,對(duì)筏板應(yīng)力和沉降進(jìn)行了原位測(cè)試,以期為筏板的理論研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供實(shí)測(cè)資料。

1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

南京大學(xué)MBA大樓,地上24層,建筑物高度89.2 m,框架筒體結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用整體樁筏式基礎(chǔ),筏板尺寸46.2 m×31.2 m× 2.1 m,設(shè)計(jì)荷載641 MN,工程樁采用預(yù)制管樁,直徑0.6 m,抗壓極限承載力不小于5.5 MN,共滿堂均勻布樁164根,樁心距3.0 m[4]。筏板面層和底層對(duì)稱雙向配筋Φ 36@150,在承重柱連線所成的軸線位置鋼筋直徑加大為40 mm,面層和底層鋼筋之間設(shè)置拉筋和箍筋。

筏板施工時(shí),在相應(yīng)于筏板1/4面積的西南角區(qū)域內(nèi)設(shè)置了8個(gè)筏板應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn),并在筏板上設(shè)置了沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),在筏板應(yīng)力監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)共有4個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4,5],監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖見圖1。

在筏板鋼筋綁扎過(guò)程中,在對(duì)應(yīng)于立柱、工程樁及兩者之間共8個(gè)位置上安裝鋼筋軸力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置見圖1。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝8支鋼筋軸力計(jì)和2支混凝土應(yīng)變計(jì),安裝示意圖見圖2,鋼筋軸力計(jì)的量程為-180 kN(壓)～360 kN (拉),混凝土應(yīng)變計(jì)的量程為-800 μ ε(壓)～500 μ ε(拉)。

鋼筋軸力計(jì)與筏板主筋采用直螺紋連接,以形成一個(gè)連貫整體;混凝土應(yīng)變計(jì)用細(xì)鐵絲固定在箍筋之間,安裝于筏板中層位置,在混凝土澆筑后與混凝土膠結(jié)在一起;沉降測(cè)點(diǎn)采用不銹鋼材質(zhì),安裝在承重柱等位置并與之牢固連接在一起。為避免因儀器損壞而無(wú)法得出應(yīng)測(cè)數(shù)據(jù),鋼筋軸力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)成對(duì)安裝,測(cè)值取平均值。

1.1 工程概況

1.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

在工程主體結(jié)構(gòu)施工期間,地下室部分約半個(gè)月澆筑一層,地面以上結(jié)構(gòu)每個(gè)星期至少完成一層,根據(jù)每層混凝土澆筑量及鋼筋用量等可推算出結(jié)構(gòu)自重荷載,推算值見表1。至主體結(jié)構(gòu)封頂時(shí),除個(gè)別儀器因施工損壞外,其他監(jiān)測(cè)儀器均工作正常,保證了測(cè)試數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性。

表1 結(jié)構(gòu)自重荷載

1.2.1 基礎(chǔ)沉降

因水準(zhǔn)觀測(cè)采光和視線等限制,沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在地下室施工完成后進(jìn)行設(shè)置并測(cè)定初始值,在地面以上結(jié)構(gòu)施工中,每完成一層,測(cè)試一次。

基礎(chǔ)沉降較為均勻,隨著荷載增加,沉降量緩慢增長(zhǎng),各測(cè)點(diǎn)之間相差不大。主體結(jié)構(gòu)封頂后,各測(cè)點(diǎn)中最大沉降14.9 mm,最小沉降11.0 mm,最大差異沉降3.9 mm(間距約20 m);分析各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布位置,位于筏板中心核心筒的測(cè)點(diǎn)沉降測(cè)值最大,位于筏板邊緣的測(cè)點(diǎn)測(cè)值最小。筏板應(yīng)力監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降測(cè)值過(guò)程線見圖3。

在測(cè)試初期,各測(cè)點(diǎn)沉降量均隨荷載線性增加,各測(cè)點(diǎn)之間相差不大,沉降量幾乎相等;在荷載達(dá)到150 MN左右(第7層)后,各測(cè)點(diǎn)沉降速率開始有所差異,筏板中心沉降逐漸大于筏板邊緣的沉降,此時(shí)H25沉降3.2 mm,H24沉降3.4 mm,H19沉降3.7 mm,H20沉降4.3 mm;在荷載達(dá)到200 MN左右(第13層)后,各測(cè)點(diǎn)沉降速率逐漸減小,沉降量逐漸趨于穩(wěn)定,此時(shí)H25沉降7.4 mm,H24沉降8.1 mm,H19沉降9.7 mm,H20沉降10.1 mm;在主體結(jié)構(gòu)封頂后,H25沉降11.0 mm,H24沉降12.5 mm,H19沉降13.0 mm,H20沉降13.9 mm,位于筏板中間的H19,H20沉降大于位于筏板邊緣的H24,H25,其中H20位于核心筒位置,沉降量最大。

1.2.2 鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變

混凝土澆筑后水化熱和收縮徐變對(duì)筏板應(yīng)力有非常大的影響,如果要完全消除水化熱和收縮徐變等非荷載因素的影響,應(yīng)至少需1個(gè)月的時(shí)間。本工程中,因施工工期和施工工序等要求,在混凝土初凝后即進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的施工,難以精確選取鋼筋軸力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)的初始值,則計(jì)算時(shí)把筏板混凝土澆筑前的測(cè)值作為初始值,計(jì)算所得的測(cè)值包含了水化熱和收縮徐變等的影響。

鋼筋軸力計(jì)測(cè)值為軸力,可根據(jù)所測(cè)鋼筋直徑將軸力值換算為應(yīng)力值;混凝土應(yīng)變計(jì)測(cè)值為應(yīng)變。筏板澆筑完成后,鋼筋軸力計(jì)測(cè)值顯示鋼筋迅速處于受壓狀態(tài),混凝土應(yīng)變計(jì)測(cè)值顯示混凝土處于受拉狀態(tài);在荷載達(dá)到100 MN左右(第1層)后,面層和底層的鋼筋軸力計(jì)測(cè)值開始出現(xiàn)差異,面層鋼筋壓力值繼續(xù)增大,底層鋼筋壓力值逐漸減小,混凝土拉應(yīng)變逐漸減小。鋼筋應(yīng)力測(cè)值(拉為正,壓為負(fù))過(guò)程線見圖4,混凝土應(yīng)變測(cè)值(拉為正,壓為負(fù))過(guò)程線見圖5。

地下室施工期間(荷載：0 MN～100 MN),鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變測(cè)值過(guò)程線均存在明顯的跳躍行為,這是由混凝土的水化熱和收縮徐變引起的,地下室施工完成時(shí)距筏板澆筑已有2個(gè)月,可以認(rèn)定此后的測(cè)值基本不再受水化熱和收縮徐變的影響。分析筏板應(yīng)力時(shí),可以第1層澆筑前后(荷載100 MN左右)的應(yīng)力測(cè)值為原點(diǎn)和初始值。

以第1層澆筑前后為原點(diǎn),忽略地下室施工對(duì)筏板應(yīng)力的影響,可得出這樣一個(gè)結(jié)論：在地面以上結(jié)構(gòu)施工期間,筏板面層鋼筋逐漸受壓,底層鋼筋逐漸受拉,位于筏板中層的混凝土逐漸受壓,各測(cè)點(diǎn)的鋼筋應(yīng)力值和混凝土應(yīng)變值均較小。在主體結(jié)構(gòu)封頂后,各測(cè)點(diǎn)面層鋼筋應(yīng)力值為-50 MPa～-10 MPa,G1～G5測(cè)點(diǎn),東西向測(cè)值比南北向測(cè)值略大些,G6～G8測(cè)點(diǎn),東西向測(cè)值比南北向測(cè)值略小些,各測(cè)點(diǎn)測(cè)值間的變化趨勢(shì)不太明顯;各測(cè)點(diǎn)底層鋼筋應(yīng)力值為5 MPa～50 MPa,東西向與南北向測(cè)值的關(guān)系與面層鋼筋相同,但各測(cè)點(diǎn)測(cè)值間的變化趨勢(shì)不太明顯;各測(cè)點(diǎn)的混凝土應(yīng)變值為-80 μ ε～0 μ ε,各測(cè)點(diǎn)測(cè)值間的變化趨勢(shì)不太明顯。

1.3 分析

基礎(chǔ)沉降較小,差異沉降也較小,這是由于荷載較小,在主體結(jié)構(gòu)封頂時(shí),推算荷載為309.23 MN,遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)荷載641 MN,同時(shí)筏板較厚且與工程樁剛性連接,則荷載小時(shí),基礎(chǔ)沉降和差異沉降也小。

在本次原位測(cè)試中,針對(duì)于筏板應(yīng)力的監(jiān)測(cè)也存在著幾點(diǎn)不足,應(yīng)加以完善：1)溫度等非荷載因素欠缺考慮,應(yīng)在筏板應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)增設(shè)無(wú)應(yīng)力計(jì),以消除溫度等非荷載因素對(duì)筏板應(yīng)力的影響。2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)拉大距離,對(duì)稱布置于整塊筏板上,這樣可更好地得出筏板應(yīng)力分布的情況。3)鋼筋軸力計(jì)與鋼筋不宜采用直螺紋連接,因直螺紋會(huì)讓儀器與鋼筋間存在空隙,從而使測(cè)值難以準(zhǔn)確反映受力情況。4)混凝土應(yīng)變計(jì)應(yīng)多設(shè)置幾個(gè)安裝高程,這樣可更好地反映筏板不同深度受拉狀態(tài)向受壓狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。5)地下室施工期間,基礎(chǔ)沉降和筏板應(yīng)力應(yīng)設(shè)法準(zhǔn)確測(cè)得。

2 結(jié)語(yǔ)

在上部結(jié)構(gòu)、樁筏基礎(chǔ)和地基三者之間,筏板作為承上起下的混凝土構(gòu)件,主要起著變形協(xié)調(diào)的作用,使上部結(jié)構(gòu)和地基變形趨于一致。目前,在筏板的設(shè)計(jì)計(jì)算上并沒(méi)有清晰的思路,缺乏完善的方法,使得設(shè)計(jì)中有許多不合理之處。

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出,各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降較小且均勻,各筏板應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力較小。由于筏板內(nèi)鋼筋應(yīng)力值較小,在工程設(shè)計(jì)時(shí)可酌情考慮減少配筋;由于基礎(chǔ)沉降均勻,筏板內(nèi)應(yīng)力較小,在工程設(shè)計(jì)時(shí)可考慮通過(guò)合理布樁,減少工程樁,減小筏板厚度,節(jié)約基礎(chǔ)工程造價(jià)。

[1] 馬威銘.樁筏基礎(chǔ)的筏板內(nèi)力計(jì)算方法與應(yīng)用[J].廣東土木與建筑,2006(4)：18-19.

[2] 郭宏磊,丁大鈞,李成江.樁筏基礎(chǔ)中筏板厚度確定的研究[J].工業(yè)建筑,2005,35(5)：28-32.

[3] 周定松,王鶯歌,張保印.考慮筒體結(jié)構(gòu)剛度影響的筏板內(nèi)力與變形研究[J].四川建筑科學(xué)研究,2003,29(2)：14-17.

[4] 宋桂華.疏樁基礎(chǔ)在高層建筑中的應(yīng)用研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.

[5] 李俊才.高層建筑疏樁筏板基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與分析[J].巖土力學(xué),2009,30(4)：1018-1022.