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1、沉降控制理論在某高層建筑中的運(yùn)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(yùn)用和探討. 關(guān)鍵詞:沉降 高層建筑 結(jié)構(gòu)理論 1 工程概況 樂清市煙草公司綜合樓工程的原設(shè)計單位是國內(nèi)某建筑設(shè)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(jié)構(gòu),柱下承臺基礎(chǔ)。樁采用450mm450mm的空心預(yù)制樁,樁身混凝土C30,樁端進(jìn)入-2層(砂礫石混粘性土)持力層500mm,要求單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)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(dá)原設(shè)計的-2層,故工程建設(shè)單位邀請國內(nèi)另一家建筑設(shè)計研究院的有關(guān)專家在對地質(zhì)資料分析基礎(chǔ)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(chǔ)改為樁筏基礎(chǔ)(樁距1800mm1800mm),要求單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值600kN (后經(jīng)靜載試驗(yàn)已達(dá)到要求)。 建設(shè)單位考慮到基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)要統(tǒng)一及便于現(xiàn)場施工服務(wù),決定由本院統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計計算,繪制施工圖。根據(jù)原上部結(jié)構(gòu)布置與另一家建筑設(shè)計院提供的樁位圖,經(jīng)本院的計算分析 ,結(jié)果是:持力層下臥層(層淤泥質(zhì)粘土)的強(qiáng)度仍然不夠。 2 工程地質(zhì)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(jù)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(xué)強(qiáng)度,但厚度小,經(jīng)回填嚴(yán)實(shí)處理后可作為一般低層建筑物的天然淺基礎(chǔ)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(zhì)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(qiáng)度軟弱土層,力學(xué)強(qiáng)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(zhì)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?xì)砂,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(guān)系,力學(xué)強(qiáng)度較好,但礫、卵石含量變化大,力學(xué)強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)值要適當(dāng)降低使用,同時須對下臥軟弱層進(jìn)行強(qiáng)度和沉降驗(yàn)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(xué)強(qiáng)度一般,不宜作為樁尖持力層,其fk100kPa,Es3.20MPa,qs20.0kPa,Qp700kPa。 層淤泥質(zhì)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(qiáng)度軟弱土層,力學(xué)強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(dāng)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(xué)強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(xué)強(qiáng)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(nèi)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(jìn)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(yuǎn)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(shè)計應(yīng)按現(xiàn)行建筑抗震設(shè) 計規(guī)范(GBJ 11-89)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。 3 設(shè)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(qiáng)度要求。3.1 應(yīng)用沉降變形控制設(shè)計理論 先將樁一承臺基礎(chǔ)改為樁筏基礎(chǔ),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(shè)計的樁基礎(chǔ)(也稱減少沉降樁基礎(chǔ)、沉降控制復(fù)
9、合樁基或疏樁基礎(chǔ),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(shè)計的樁基礎(chǔ),也即在設(shè)計時由基礎(chǔ)的沉降控制值來確定樁數(shù)和樁長。樁在基礎(chǔ)中除承擔(dān)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(gòu)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(shí)際工程中采用樁基礎(chǔ)的原因主要有兩個:一是因?yàn)榈鼗休d力不夠,需要采用樁將上部結(jié)構(gòu)荷載傳到深層土或支撐于堅硬持力層,二是因?yàn)榈赝翆l(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(dāng)?shù)臉痘A(chǔ)設(shè)計應(yīng)根據(jù)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(dān);樁和筏板基礎(chǔ)分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載,樁既承擔(dān)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(chǔ)的承載力主要由基礎(chǔ)板(梁)承擔(dān)。目前的樁基礎(chǔ)設(shè)計理論都是建立在滿足承載力的基礎(chǔ)上,也即在樁基礎(chǔ)設(shè)計時均按上述第一種情況處理,完全由上部結(jié)構(gòu)荷載來確定樁數(shù)和樁長。顯然,對于沉降過大而采用樁基礎(chǔ)的情況來說,這種傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)設(shè)計方法是過于保守的并且在設(shè)計目的上也不明確。以沉降控制的基礎(chǔ)設(shè)計方法,目前主要應(yīng)用于層數(shù)小于8層的多層建筑,且多使用直徑小于25cm的預(yù)制鋼筋混凝士微型樁。某10層辦公樓樁筏基礎(chǔ)按變形控制設(shè)計理論,成功地將原設(shè)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(yīng)用于11層的建筑物樁基礎(chǔ)設(shè)計中,但尚未見樁箱(筏)基礎(chǔ)與地基共同作用應(yīng)用于超過18層的高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)的報道。高層建筑樁筏基礎(chǔ)按變形控制設(shè)計理論的核心是認(rèn)為高層建筑樁箱(筏)基礎(chǔ)能否正常安全工作,主要是讓建筑物的實(shí)際沉降量小于允許沉降量。對樁的承載能力沒有很嚴(yán)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(diǎn)是:充分利用和發(fā)揮了樁對控制基礎(chǔ)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(shè)計值; G樁基承臺和承臺上土自重設(shè)計值; Pu單樁極限承載力; d綜合承載力系數(shù),一般取0.50.6; A承臺基礎(chǔ)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(chǔ)改為樁筏基礎(chǔ)和運(yùn)用沉降變形控制理論設(shè)計方法,使d(nPuAfu)項(xiàng)比原來的設(shè)計(所有荷載由樁承擔(dān))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(jié)構(gòu)重量方法,將框剪結(jié)構(gòu)改為框架結(jié)構(gòu),將部分磚墻改為輕質(zhì)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(yīng)力。這是本工程樁基設(shè)計中的重要一個環(huán)節(jié),也是本文的創(chuàng)新點(diǎn)。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(jīng)過以上(1)、(2)和(3)三項(xiàng)措施處理后,經(jīng)驗(yàn)算房屋的整體沉降、局部沉降及樁端下軟弱下臥層的強(qiáng)度均可滿足要求。 (4)運(yùn)用實(shí)時調(diào)控的方法和技術(shù)進(jìn)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(yù)留的安全措施,即后補(bǔ)預(yù)制樁技術(shù),使地基、樁筏和由于計算模型、計算方法及各種參數(shù)的不確定性因素也得到解決和檢驗(yàn),具有實(shí)時檢驗(yàn)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(yù)設(shè)倒錐形孔位,為將來需要時補(bǔ)壓預(yù)制樁,預(yù)先作好考慮和準(zhǔn)備,做到萬無一失。4 展望 本文介紹的設(shè)計方法,雖屬于為了工程處理目的,但經(jīng)過進(jìn)一步深入研究和實(shí)踐考驗(yàn),相信可以推廣應(yīng)用。目前該工程已進(jìn)入基礎(chǔ)開挖階段。 但由于某些計算理論的不成熟和缺乏實(shí)際工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為了較詳細(xì)地了解其真實(shí)受力、變形過程,與設(shè)計計算值比較,并為研究同類問題提供借鑒和經(jīng)驗(yàn),在施工和使用的規(guī)定時期內(nèi)除了常規(guī)的檢測外,有意識地設(shè)置了部分儀器和測點(diǎn),進(jìn)行沉降觀察和壓力測試。最后的結(jié)果要等到大樓結(jié)頂和投入使用一段時期后才能得到和驗(yàn)證。
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