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        回填土地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

        2014-09-03 10:53:46楊智超
        四川建筑 2014年2期
        關(guān)鍵詞:磚混簡(jiǎn)支內(nèi)力

        楊智超

        (攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川攀枝花617000)

        1 基礎(chǔ)類別

        回填土是由一個(gè)地方人工或自然搬運(yùn)到另一個(gè)地方由于搬運(yùn)過(guò)程中的擾動(dòng),使回填土空隙增大。重新堆積后,回填土孔隙率大,土顆粒之間松散,導(dǎo)致的日后由于自然、人工作用,使得回填土場(chǎng)地產(chǎn)生大量沉降。由于搬運(yùn)、堆積和自然作用、人工作用等不均勻性導(dǎo)致場(chǎng)地產(chǎn)生大量的不均勻沉降,而這個(gè)不均勻沉降使得建筑物不能正常使用。減少不均勻沉降的途徑很多,本文僅探討從加強(qiáng)基礎(chǔ)方面達(dá)到減少不均勻沉降的目的。整體性好的基礎(chǔ)形式有:條形基礎(chǔ),十字交叉形基礎(chǔ),板(片筏)式基礎(chǔ),箱型基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)只能解決一個(gè)方向的不均勻沉降,因此只適用一半是老土,一半是回填土的場(chǎng)地。十字交叉形基礎(chǔ)、板(片筏)式基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)能解決兩個(gè)方向的不均勻沉降,它們適用于任何情況下的回填土地基。從剛度上分析,十字交叉形基礎(chǔ)最小,板(片筏)式基礎(chǔ)次之,箱式基礎(chǔ)最大。一般情況下,十字交叉形基礎(chǔ)適用于層數(shù)較少的建筑,板(片筏)式基礎(chǔ)適用于層數(shù)較多的建筑,箱型基礎(chǔ)適用于高層或超高層建筑。但是高層建筑特別是超高層建筑,甲方要求不沉降,一般不將高層建筑、超高層建筑建設(shè)在回填土上。

        1 內(nèi)力分析

        1.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖的選取

        回填土的形式是多種多樣的,有的在原邊坡上回填形成平臺(tái),有的在山谷中回填形成平臺(tái),有的在山凹處回填形成平臺(tái)。其二,回填土沉降在時(shí)間上的不均勻性。因此,為了使新建建筑物在使用期間經(jīng)歷回填土的不均勻沉降能正常使用,其基礎(chǔ)在使用過(guò)程中不破壞,它的強(qiáng)度就應(yīng)滿足各種情況。經(jīng)分析,計(jì)算簡(jiǎn)圖,見(jiàn)圖1。

        (a)兩端簡(jiǎn)支

        (b)三面簡(jiǎn)支

        (c)四面簡(jiǎn)支

        (d)一半懸挑

        (a)橫向懸臂

        (b)縱向懸臂

        (c)斜向懸臂

        其中一半懸挑又分為:橫向、縱向、斜向(見(jiàn)圖2)。某一處地基沉降了,它對(duì)基礎(chǔ)的支撐作用沒(méi)有了,但只要基礎(chǔ)不破壞,通過(guò)自身的強(qiáng)度及剛度將這部分地基作用轉(zhuǎn)移至相鄰地基,使相鄰地基荷載增加,隨之相鄰地基的沉降也會(huì)增加。

        2.2 內(nèi)力計(jì)算

        根據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)圖經(jīng)計(jì)算分析,懸挑時(shí)內(nèi)力最大,兩端簡(jiǎn)支時(shí)次之,四面簡(jiǎn)支最小。其中按懸挑計(jì)算的基礎(chǔ)內(nèi)力是所有類型計(jì)算中最大的,所計(jì)算的基礎(chǔ)內(nèi)力能把實(shí)際情況包含即可,但越接近實(shí)際情況越經(jīng)濟(jì)。實(shí)際情況往往分為三種:(1)回填土下已固結(jié)的土層是緩坡。(2)回填土層下存在硬殼陡坎,如巖石陡坎。(3)回填土層下存在人工陡坎,如巖層邊坡上作了擋土墻,擋土墻一側(cè)為巖層,另一側(cè)為回填土。對(duì)于第一種情況,計(jì)算簡(jiǎn)圖為一半懸挑即可。第二、三種情況,根據(jù)巖層與回填土所占比例調(diào)整計(jì)算簡(jiǎn)圖更為合適。但是最大懸挑長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)建筑物總長(zhǎng)度的一半。原則上,支座取為巖石陡坎向內(nèi)0.5~1 m。這是考慮到巖體在受壓情況下邊緣的穩(wěn)定。

        2.3 強(qiáng)度設(shè)計(jì)

        根據(jù)內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)計(jì)算機(jī)有限元分析能較為精確地分析出基礎(chǔ)各個(gè)部位受力情況。但由于人們對(duì)回填土地基的認(rèn)識(shí)較少,且地基有很多不確定性,所以應(yīng)該計(jì)算出一個(gè)最不利截面,所有截面都按該截面通長(zhǎng)配筋。

        2.4 上部結(jié)構(gòu)作用

        從專業(yè)理論分析,任何建筑物均可以將回填土為持力層。但實(shí)際上還是有差異的。一是對(duì)回填土的認(rèn)識(shí)還不清楚,特別是回填土的沉降規(guī)律——沉降與時(shí)間的關(guān)系、最終沉降量、沉降的不均勻性;二是上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的共同作用還未被認(rèn)識(shí);三是上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力與不均勻沉降的關(guān)系還未搞清楚。前面敘述的三點(diǎn)是理論上的基礎(chǔ),正是由于理論上有這么多未認(rèn)識(shí)的領(lǐng)域,因此,在現(xiàn)階段不宜大量使所有建筑物建在回填土上,但可將多層建筑物在采取一定的措施后,保證建筑物在正常使用年限內(nèi)不開(kāi)裂、不損壞、不垮塌。

        多層建筑物的結(jié)構(gòu)可以是磚混、鋼筋砼框架、鋼框架。磚混結(jié)構(gòu)可建在回填土上,一般是高長(zhǎng)比小于1,高寬比大于1,加上縱墻上開(kāi)大量門窗以及磚砌體的抗拉性能較差,使得磚混結(jié)構(gòu)抵抗不均勻沉降的能力較差。若在磚混結(jié)構(gòu)上加上適當(dāng)?shù)匿摻铐艠?gòu)造柱、圈梁使得它們與墻體組成整體結(jié)構(gòu),可大大提高磚混結(jié)構(gòu)抵抗不均勻沉降的能力,至于鋼筋砼構(gòu)造柱、圈梁在磚混結(jié)構(gòu)建筑對(duì)抵抗不均與沉降所起到的作用,筆者將在另一篇文章中詳細(xì)分析。鋼筋砼框架與鋼框架的區(qū)別有:前者側(cè)向位移小,后者側(cè)向位移大;前者易開(kāi)裂,后者不易開(kāi)裂??蚣芙Y(jié)構(gòu)建筑物一般情況下墻體為輕質(zhì)隔墻,在受荷初級(jí)階段,墻體能起到一定作用,在其余階段,由于墻體破壞或與框架脫離,就不起作用了。由于設(shè)計(jì)考慮的是極限狀態(tài),因此,框架結(jié)構(gòu)建筑物的墻體作用不予考慮,對(duì)于個(gè)別墻體作用不可忽略(如:實(shí)心磚墻),宜單獨(dú)考慮。經(jīng)結(jié)構(gòu)分析,框架結(jié)構(gòu)對(duì)地基產(chǎn)生的不均勻沉降變形的作用較小,可在實(shí)際工程中不予考慮。

        3 沉降量控制

        目前對(duì)回填土的沉降機(jī)理沒(méi)有完全認(rèn)識(shí),回填土沉降規(guī)律——沉降量與時(shí)間的關(guān)系,還沒(méi)有人去研究?;靥钔恋淖罱K沉降量人們還沒(méi)有掌握。筆者就這些問(wèn)題提出一些想法,懇請(qǐng)同行批評(píng)指正。

        回填土的沉降機(jī)理是土顆粒、土塊在外因影響下緊密接觸及在外因影響下移動(dòng)填充空隙。使土顆粒移動(dòng)的外因有:水和力。水有雨水、地下水、地表水。力有機(jī)械碾壓、人類活動(dòng)、堆載、地球引力、地殼離心力。人類活動(dòng)包括:生產(chǎn)、生活,如周邊機(jī)器擾動(dòng)、放炮等。

        回填土沉降規(guī)律比較復(fù)雜,只能在有試驗(yàn)、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)條件的單位或個(gè)人才能去做這方面的研究工作,筆者在此只是提出設(shè)想?;靥钔恋某两狄?guī)律與土體的搬運(yùn)方式有關(guān)系,搬運(yùn)方式有人工搬運(yùn)及自然搬運(yùn)。人工搬運(yùn)是指:將一處的土體用機(jī)械運(yùn)到另一處堆積。堆積方式又分為夯實(shí)與自然堆積。夯實(shí)分為分層碾壓和強(qiáng)夯。夯實(shí)后的回填土沉降量接近同類土體固結(jié)后的沉降量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然堆積的回填土。自然搬運(yùn)是指:土體的坍塌,洪水的沖擊。土體的坍塌基本同人工搬運(yùn)的自然堆積產(chǎn)生的沉降量,洪水沖擊形成的回填土,一般是土粒較小,土體的空隙較小。因此,洪水沖擊形成的回填土的沉降量小于人工搬運(yùn)的自然堆積產(chǎn)生的沉降量?,F(xiàn)在,一般認(rèn)為10年為回填土的最終沉降年限,超過(guò)10年就認(rèn)為回填土已固結(jié),不再沉降。

        回填土的沉降規(guī)律與土體的性質(zhì)有關(guān),巖石回填土的沉降量大于黏性土的回填土沉降量?;靥钔令w粒強(qiáng)度越高,沉降年限就越長(zhǎng)。此外,回填土的沉降規(guī)律還與其表面是否封閉有關(guān)。回填土表面不封閉,不堆載,屬于自然回填土。若回填土表面封閉或堆載了其他物質(zhì),這種情況屬于封閉的回填土,封閉回填土固結(jié)年限大于自然回填土。其原因是封閉層阻隔了雨水對(duì)回填土的作用?;靥钔恋某两狄?guī)律還與人類活動(dòng)有關(guān),若回填土場(chǎng)地周邊有較大的挖掘機(jī)械在施工,或有開(kāi)挖土方放炮等都影響回填土的固結(jié)。此外,地球板塊運(yùn)動(dòng),太陽(yáng)、月亮等星球引力,地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力都能影響回填土固結(jié)。

        在全國(guó)范圍內(nèi),回填土地基所占比例很小,加上規(guī)范將回填土劃為有害土,所以現(xiàn)在常規(guī)做法是對(duì)回填土進(jìn)行治理,如樁基、CFG樁等,但對(duì)回填土地基沉降的研究工作還是非常必要的。

        4 沉降差控制

        在實(shí)際情況中,對(duì)建筑物真正構(gòu)成威脅的不是沉降量而是沉降差,即不均勻沉降。規(guī)范中也嚴(yán)格規(guī)定了不同結(jié)構(gòu)類型的沉降差,協(xié)調(diào)變形能力越差的結(jié)構(gòu)形式對(duì)不均勻沉降控制越嚴(yán)格,如砌體結(jié)構(gòu)由局部?jī)A斜值控制;框架結(jié)構(gòu)由相鄰柱基的沉降差控制;多層或高層建筑由傾斜值控制,必要時(shí)才控制平均沉降量。

        那么如何減少不均勻沉降便成為回填土地基是否成功的關(guān)鍵要素之一??刂撇痪鶆虺两荡笾聫娜矫嫒胧郑阂皇峭ㄟ^(guò)總圖位置調(diào)整,將荷載大的部位放在土質(zhì)較好的地基上,荷載較少的部位放在土質(zhì)較差的地基上。二是改變?cè)械鼗牟痪鶆蛐?。將基底設(shè)計(jì)標(biāo)高以下的不均勻地基挖掉數(shù)米,并回填砂夾石或礦渣分層碾壓夯實(shí),可大大減少不均勻沉降。三是通過(guò)結(jié)構(gòu)形式調(diào)整??蛇x用調(diào)節(jié)不均勻沉降能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式,把固接改為鉸接。如排架。通過(guò)以上三點(diǎn)措施能有效地消減不均勻沉降對(duì)建筑物帶來(lái)的危害。

        5 實(shí)例

        某辦公樓,四層磚混結(jié)構(gòu),平面尺寸(長(zhǎng)x寬)36 m×11.6 m,層高3 m,總高12 m,地基為最深28 m的新回填土。經(jīng)多方案比較,在甲方允許沉降,傾斜的條件下,基礎(chǔ)采用片筏式基礎(chǔ)最為經(jīng)濟(jì)?;A(chǔ)設(shè)計(jì)為0.5 m厚,上下配φ25@100雙向配筋。從基礎(chǔ)開(kāi)始施工就開(kāi)始對(duì)沉降進(jìn)行觀察,結(jié)果發(fā)現(xiàn),從開(kāi)始施工就產(chǎn)生沉降,施工完成5年時(shí)觀察得到最大沉降為1.27 m,建筑物一角向上位移為0.57 m。整個(gè)建筑物未發(fā)現(xiàn)由不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫。

        6 結(jié)論及建議

        經(jīng)分析和實(shí)踐,在建筑物正常使用期間允許產(chǎn)生沉降的條件下,回填土可以作為其持力層。建議研究回填土的性能、沉降規(guī)律為回填土的利用提供理論基礎(chǔ)。

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