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        高層建筑地下室補(bǔ)償基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究

        2011-12-20 03:49:24張志勇張曄李艷芳
        城市建設(shè)理論研究 2011年23期
        關(guān)鍵詞:樁間樁基底板

        張志勇 張曄 李艷芳

        摘要:現(xiàn)階段隨著高層建筑的不斷增多,但是在對(duì)其地下室樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),很少考慮樁間土對(duì)上層建筑的負(fù)荷,設(shè)計(jì)員在地下室補(bǔ)償基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),一般為了降低地下室基礎(chǔ)的沉降,通常會(huì)按照規(guī)范所規(guī)定的樁距來分布樁基,同時(shí)認(rèn)為樁基越多越密就越安全,這與實(shí)際情況并不相符并且增大了工程不必要的投入。本文以福州某地的某高層建筑為例,詳細(xì)說明了高層建筑中地下室補(bǔ)償基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的各種應(yīng)該注意和避免的問題。

        關(guān)鍵字:地下室;樁筏基礎(chǔ);樁間土;補(bǔ)償作用

        引言

        隨著城市建筑的規(guī)模在日益增大,高層建筑越來越普遍,對(duì)其地下室的補(bǔ)償基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的研究也越來越多。傳統(tǒng)的地下室補(bǔ)償基礎(chǔ)通常采用的是摩擦樁和端成樁,樁基具有承載力高、沉降量小而較均勻的特點(diǎn),幾乎可以應(yīng)用于各種工程地質(zhì)條件和各種類型的工程,尤其是適用于建筑在軟弱地基上的重型建(構(gòu))筑物,但是在地下室補(bǔ)償基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)員的設(shè)計(jì)完全由樁本身承重,沒有考慮到實(shí)際情況下樁間土體也承受了部分負(fù)荷的情況。在地下室補(bǔ)償基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),一般為了降低地下室基礎(chǔ)的沉降,通常會(huì)按照規(guī)范所規(guī)定的樁距來分布樁基,同時(shí)認(rèn)為樁基越多越密就越安全。然而事實(shí)并非如此。

        1 樁筏基礎(chǔ)樁—土反力實(shí)測(cè)結(jié)果分析

        筏型基礎(chǔ)又叫笩板型基礎(chǔ),即滿堂基礎(chǔ),是把柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或者條形基礎(chǔ)全部用聯(lián)系梁聯(lián)系起來,下面再整體澆注底板。由底板、梁等整體組成。建筑物荷載較大,地基承載力較弱,常采用砼底板,承受建筑物荷載,形成筏基,其整體性好,能很好的抵抗地基不均勻沉降。筏板基礎(chǔ)分為平板式筏基和梁板式筏基,平板式筏基支持局部加厚筏板類型;梁板式筏基支持肋梁上平及下平兩種形式。一般說來地基承載力不均勻或者地基軟弱的時(shí)候用筏板型基礎(chǔ)。而且筏板型基礎(chǔ)埋深比較淺,甚至可以做不埋深式基礎(chǔ)。

        根據(jù)樁筏基礎(chǔ)實(shí)際測(cè)量結(jié)果分析結(jié)果可知,對(duì)于一般的非欠固結(jié)土樁基土,無論是摩擦樁還是端承樁,客觀上樁間土反力是存在的,并且能穩(wěn)定分擔(dān)15%—35%的上部荷載。這樣看來,樁間土承載力發(fā)揮著不可忽視的作用,如果不考慮其影響在增加工程耗費(fèi)的同時(shí)也降低了工程的效率。

        以福州某地的某高層建筑為例,該建筑結(jié)構(gòu)為23層,地下負(fù)一層,建筑物高83m,筏板由358根鋼筋混凝土預(yù)制樁組成,該樁厚1.25m,直徑為5dm。由結(jié)果(表1)可知,樁的承載力發(fā)揮效率為43.7%—59.9%,樁間土分擔(dān)的比例為15.4—32.5%,也就是說樁間土承載了接近四層的負(fù)荷。而設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)完全沒有考慮樁間土的承重。樁間土承重的原因主要是因?yàn)闃对谏喜亢奢d壓力下,發(fā)生了變形和沉降,這樣就使得它也承受了一部分荷載。

        表1 樁—土反力計(jì)算值與實(shí)測(cè)結(jié)果

        2 現(xiàn)行樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)存在的問題

        現(xiàn)行樁筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)已經(jīng)全面考慮建筑上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的相互作用,但是還存在著若干問題:

        ① 現(xiàn)階段我國關(guān)于高層建筑上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的相互作用的理論模型,但是,需要通過許多假設(shè)的理論模型尚不能完全反映實(shí)際情況。例如通過很多實(shí)際測(cè)量的結(jié)果可知,樁筏基礎(chǔ)和箱筏基礎(chǔ)底板的整體彎曲率都非常小,比如甘肅地區(qū)的一些高層建筑的箱筏底板鋼筋應(yīng)力為20—30MPa,這個(gè)數(shù)字是預(yù)設(shè)鋼筋強(qiáng)度的十分之一,即便少數(shù)鋼筋應(yīng)力很大的工程其數(shù)值也小于70MPa。

        ② 很多有關(guān)設(shè)計(jì)人員考慮不夠周全,比如說地下室深基坑的開挖,會(huì)對(duì)原本建筑地基起到卸荷和補(bǔ)償作用,這樣可以降低原本建筑地基的負(fù)荷,以致降低了地基的附加應(yīng)力。并且在地下室設(shè)計(jì)時(shí),地下水對(duì)樁筏基礎(chǔ)的浮力作用并沒有予以考慮,而是僅僅片面的考慮了局部作用力,造成工程的不必要支出。

        ③ 地下室外墻和回填間的摩擦力影響到了建筑物的沉降,同時(shí)補(bǔ)償?shù)鼗A(chǔ),但是這點(diǎn)在相關(guān)文獻(xiàn)中都沒有提及。

        3混凝土收縮應(yīng)力對(duì)地下室底板鋼筋應(yīng)力的影響

        在高層建筑構(gòu)建樁筏基礎(chǔ)的視乎,由于底部筏板沒有受到出自身重力之外的其他豎直方向的應(yīng)力,這樣就使得混凝土在硬化的過程中能夠自由收縮,收縮應(yīng)變?yōu)椋?/p>

        其中,t為天數(shù), 為任意天數(shù)使混凝土的收縮應(yīng)變(mm/mm), 為混凝土基本收縮方程, 分別為混凝土強(qiáng)度、溫度、養(yǎng)護(hù)方法、構(gòu)件尺寸和配筋率影響系數(shù)。

        地下室的混凝土強(qiáng)度為C40,即 =1,配筋率約為0.26%,則 為0.863,常溫條件下, 約為1.143,養(yǎng)護(hù)為自然養(yǎng)護(hù),則 為1.3,底板厚0.6m,則 為1.2。此時(shí),當(dāng)t分別為7天、14天、28天時(shí),混凝土的收縮應(yīng)變則分別為0.115/1000、0.152/1000、0.181/1000,當(dāng)t區(qū)域無窮大時(shí),收縮應(yīng)變?yōu)?.223/1000。

        現(xiàn)假設(shè),鋼筋與混凝土沒有相對(duì)位移,則混凝土收縮就會(huì)使鋼筋出現(xiàn) 的預(yù)壓應(yīng)力,此時(shí),當(dāng)t分別為7天、14天、28天時(shí), 分別為23.0MPa、30.4MPa、36.2MPa,并且當(dāng)t趨于無窮大時(shí),鋼筋產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)壓力為44.6MPa。

        由于其他約束條件的存在,實(shí)際情況下鋼筋預(yù)應(yīng)力并不可能達(dá)到44.6MPa.

        4 樁筏基礎(chǔ)地下室受力特征

        4.1 地下室底板與樁及樁間土體的相互作用

        地下室底板的上部荷載越大,則底板沉降越大,反作用力也就越大,樁間土摩擦阻力也越大,從而對(duì)樁的約束就越強(qiáng)。

        4.2 地下室外墻回填土的摩擦力作用

        由于在對(duì)地下室進(jìn)行必要的回填的時(shí)候,回填土經(jīng)過層層夯實(shí),這樣回填土與地下室外墻的摩擦力使得外墻不易水平移動(dòng),從而增加了建筑基礎(chǔ)的牢固性。由日本計(jì)算樁基抗震方法可知,當(dāng)?shù)叵率抑苓呁潦軜?biāo)準(zhǔn)錘擊進(jìn)入土體深度為20時(shí),單層地下室承擔(dān)的地震剪力降低至30%,兩層地下室則可以忽略抗震中地震剪力問題。并且,外墻和回填土的摩擦力,可補(bǔ)償?shù)鼗A(chǔ)。陜西省電信網(wǎng)管中心大樓的外墻摩擦力平均值大于100KPa。

        4.3 地下室對(duì)地基或樁基的補(bǔ)償潛力

        地下室的開挖,降低了原本地基的承載力,減輕了地基的負(fù)荷,從而對(duì)建筑地基或樁基的要求也會(huì)隨之有所下降。

        4.4 上部結(jié)構(gòu)對(duì)樁筏基礎(chǔ)變形的約束作用

        在施工開始階段,完成不超過5層得時(shí)候,上層負(fù)荷比較小,尚不能使樁擠壓變形,因此主要的荷載體是樁間土。當(dāng)樓層層數(shù)超過5層時(shí),樓層上部負(fù)荷逐漸增大,并且上部結(jié)構(gòu)整體剛性逐漸形成并且增大,隨著上部壓力的增大,對(duì)樁的擠壓也越來越大,樁基開始承重,并且5層以上的負(fù)荷基本上是有樁基承擔(dān)。

        注:文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。

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