高層賓館筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探究

朱春強(qiáng)　梁建娣

摘要：高層建筑筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的比較重要的部分，其設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到建筑物的安全使用、施323-期和投資額度。鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)具有施工簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)整體剛度較好以及能調(diào)節(jié)建筑物不均勻沉降等特點(diǎn)，它的抗震性能也比較好。因此，在滿足安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用的前提下可以考慮采用筏板基礎(chǔ)。本文通過工程實(shí)例，簡(jiǎn)單介紹了高層賓館筏板基礎(chǔ)的選型、埋深和內(nèi)力分析要點(diǎn)，充分考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基之間的共同作用，闡述了筏板基礎(chǔ)的施工注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：高層賓館；筏板基礎(chǔ)；內(nèi)力分析；施工要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU471.1+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1674-3954（2013）21-0152-02

引言

筏形基礎(chǔ)在高層建筑設(shè)計(jì)中的使用變得越來越普遍，其不僅能結(jié)合地下室的埋深，充分利用天然地基建造補(bǔ)償性基礎(chǔ)，具有整體剛度好、能調(diào)整地基不均勻沉降的特點(diǎn)，同時(shí)，也能配合未來城市對(duì)地下空間的相關(guān)需求進(jìn)行合理的開發(fā)利用。除此之外，筏形基礎(chǔ)抗震性能相對(duì)較好，而且施工簡(jiǎn)便、工期短，技術(shù)質(zhì)量比較容易得到保證。

1 工程概況

某高層賓館，地面以上樓高9層，層高為3m，地下1層，地下室為停車庫(kù)和設(shè)備問，基礎(chǔ)埋深4.50m。上部采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。本工程抗震設(shè)防烈度Ⅵ度，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。一般地質(zhì)條件下，高層建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)工程包括基坑支護(hù)和開挖施工的費(fèi)用約占建筑總造價(jià)的20～30%，施工工期約占建筑總工期的30～40%，同比之下，采用筏板基礎(chǔ)分別為10～20%和20～25%。因此，相對(duì)于樁基礎(chǔ)而言，筏板基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。本工程初步設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)，由于考慮到場(chǎng)地附近挖方相對(duì)較多，因此對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行填土1m后優(yōu)化設(shè)計(jì)采用筏板基礎(chǔ)。

2 筏形基礎(chǔ)選型

通常來說，筏形基礎(chǔ)有兩種類型，分別為梁板式和平板式。本建筑工程除前面提到的主體結(jié)構(gòu)為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系外，其平面布置也比較特殊。若采用梁板式筏基，則基梁的布置相對(duì)較復(fù)雜，同時(shí)節(jié)點(diǎn)不宜處理，基梁之間的相互傳力關(guān)系不明確；若采用平板式筏基，則可不受平面布置不規(guī)則的影響，能夠較好地解決梁板式筏基中遇到相關(guān)問題，有效提高筏基的整體剛度及調(diào)整應(yīng)力和變形的能力。相比之下，平板式筏基還具有施工簡(jiǎn)便、施工工期短以及施工質(zhì)量比較容易得到保證的特點(diǎn)。綜上所述，不管從經(jīng)濟(jì)、工期還是工程技術(shù)質(zhì)量考慮，該建筑工程采用平板式筏基，能夠很好的滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。

3 筏板基礎(chǔ)埋深

筏板基礎(chǔ)的埋置深度，當(dāng)采用天然地基時(shí)不宜小于建筑物地面以上高度的1/12，但對(duì)于非抗震設(shè)計(jì)的建筑物或抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度時(shí)，筏基的埋置深度可適當(dāng)減小。為此當(dāng)室內(nèi)外高差為0.6m時(shí)，筏板基礎(chǔ)的埋置深度H：

H=1/12（3×9+0.6）=2.3m

取H=2.0m，其中地質(zhì)勘察報(bào)告提供的地基剖面如表1所示。

4 筏板面積的確定

筏板面積的大小與上部結(jié)構(gòu)的荷載和地基承載能力有關(guān)。該工程地基承載力設(shè)計(jì)值由地質(zhì)勘察報(bào)告提供，在2m深處粉土層有f=130kPa。

中柱：P=12×3.6×（2.4+5.7）/2×9=1574.6kN

邊柱：P=12×3.6×5.7/2×9=1108.08kN

上部框架結(jié)構(gòu)的荷載值可根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載的取值方法，按表2經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行估算。

5 筏板基礎(chǔ)的內(nèi)力分析計(jì)算

對(duì)于高層建筑的筏板基礎(chǔ)內(nèi)力分析，通常簡(jiǎn)化計(jì)算方法，由于其具有將由上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三部分構(gòu)成的一個(gè)完整的靜力平衡體系的基本的特點(diǎn)，因此可以將筏板基礎(chǔ)分割成三個(gè)部分，逐一進(jìn)行獨(dú)立求解。考慮到上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者之間具有相互影響、相互制約的關(guān)系。筏板上部結(jié)構(gòu)部分，由于考慮了因基礎(chǔ)變形而引起的相關(guān)變形，這種變形會(huì)使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次應(yīng)力，考慮了這種次應(yīng)力，結(jié)構(gòu)將更安全；筏板基礎(chǔ)部分，由于考慮了上部結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，一定程度上能夠減小其整體彎曲變形和內(nèi)力，因此取得較為經(jīng)濟(jì)的效果。分析筏板基礎(chǔ)內(nèi)力時(shí)，主要應(yīng)考慮以下幾方面：

（1）當(dāng)進(jìn)行筏板基礎(chǔ)內(nèi)力分析時(shí)，理論上應(yīng)充分考慮上部結(jié)構(gòu)的剛度，但是一定程度上會(huì)增加計(jì)算工作量。通常而言，對(duì)多層建筑可以不考慮上部結(jié)構(gòu)的剛度，只須將地下室部分的結(jié)構(gòu)剛度考慮進(jìn)去，可以得到足夠準(zhǔn)確的工程精度，而不必考慮所有的上部結(jié)構(gòu)剛度。

（2）由于筏板基礎(chǔ)的板厚一般較大，而且其空間受力性較強(qiáng)，所以普通的薄板理論己不能滿足其要求，此時(shí)應(yīng)采用考慮板剪切變形的中厚板理論或三維實(shí)體單元來分析。對(duì)于相對(duì)規(guī)則或可簡(jiǎn)化為規(guī)則的筏板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，可采用類似邊界元法的域外奇點(diǎn)法來進(jìn)行分析。當(dāng)采用有限元法或域外奇點(diǎn)法進(jìn)行基礎(chǔ)內(nèi)力分析計(jì)算時(shí)，應(yīng)該考慮如何解決地基彈簧剛度的問題。一些相關(guān)學(xué)者提出在計(jì)算地基彈簧剛度時(shí)考慮與地基土之間的相互影響，這種方法理論上是正確的，但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)施工中卻很難行得通。通常情況下，在設(shè)計(jì)中應(yīng)先計(jì)算基礎(chǔ)的總沉降，求得地基土的總彈簧剛度，然后再根據(jù)局部的地基情況對(duì)地基的彈簧剛度進(jìn)行適當(dāng)修正，最后在計(jì)算基礎(chǔ)內(nèi)力的過程中考慮與地基土之間的相互影響。

（3）由于筏板基礎(chǔ)的空間受力性相對(duì)比較強(qiáng)，因此，在采用三維實(shí)體單元法求得基礎(chǔ)板的內(nèi)力會(huì)產(chǎn)生彎矩及剪力的同時(shí)，也會(huì)有軸力，所以根據(jù)此類方法求出的基礎(chǔ)板的內(nèi)力進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)，應(yīng)按偏心受壓或偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。

6 筏板基礎(chǔ)施工

該高層賓館為一類高層建筑，工程量相對(duì)較大，具有一定的施工難度，因此要求施工單位必須具備較復(fù)雜高層建筑施工組織、管理和施工能力。在施工中應(yīng)特別注意以下工序的操作：

6.1 施工降水

該高層賓館基地地下水位深-6.50～7.00m，所以在基坑開挖護(hù)臂和基礎(chǔ)施工時(shí)必須做好降水工作。根據(jù)場(chǎng)地條件，采用井點(diǎn)降水進(jìn)行合理降水，砂卵石層的綜合滲透系數(shù)K取17m/d。

6.2 基坑開挖護(hù)臂

該工程開挖深度較大，所以在開挖過程中必須進(jìn)行支護(hù)。由于該建筑場(chǎng)地四周分布已有建筑、市政設(shè)施等建筑物，為了避免對(duì)市政設(shè)施以及已有建筑產(chǎn)生不良影響，基坑開挖時(shí)應(yīng)該采用人工挖孔護(hù)臂樁進(jìn)行支護(hù)。人孔挖空護(hù)臂樁開挖深度為13m，樁徑1.1m，混凝土強(qiáng)度采用C20。護(hù)臂樁間連系梁也采用C20混凝土，截面尺寸b×h為1000mm×400mm。

6.3 局部地基加固

基底下局部地段分布圓礫，對(duì)埋深較小的圓礫應(yīng)予以挖除，同時(shí)應(yīng)回填級(jí)配良好的砂卵石并進(jìn)行夯實(shí)；對(duì)埋深較大的圓礫應(yīng)采用旋噴樁進(jìn)行加固處理。該工程加固完工后，為了檢測(cè)加固效果，取得復(fù)合地基的相關(guān)力學(xué)指標(biāo)，有關(guān)檢測(cè)部門進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)和動(dòng)力觸探試驗(yàn)，并將測(cè)得的復(fù)合地基與原狀土有關(guān)力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

6.4 基礎(chǔ)底板大體積混凝土澆筑

該工程底板混凝土用量較大，具有大體積混凝土的施工特點(diǎn)，同時(shí)采用C35混凝土。由于內(nèi)外溫差比較大，所以容易產(chǎn)生收縮、裂縫等現(xiàn)象，而且運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，運(yùn)輸能力相對(duì)有限。為此，施工單位制定了大體積混凝土澆筑方案，以防止產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，同時(shí)最大限度地解決了混凝土運(yùn)輸能力不足的問題。該基礎(chǔ)底板大體積混凝土澆筑劃分為三個(gè)施工段，沿長(zhǎng)邊方向推進(jìn)，每段方量約4000m³，I段用4d澆筑完畢后休整間隔6d，Ⅱ、Ⅲ段用8d澆筑完畢。在此期間為保證混凝土質(zhì)量，必須保證1200m³/d以上的混凝土澆筑量。在整個(gè)澆筑過程中，成立由監(jiān)理及甲、乙雙方共同組成的指揮組，24h輪流值班負(fù)責(zé)整個(gè)生產(chǎn)過程中的運(yùn)輸、泵送、攪拌、技術(shù)保證、質(zhì)量控制以及協(xié)調(diào)等工作。

7 變形觀測(cè)

該工程在首層共布設(shè)了10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，施工期間每隔2層觀測(cè)1次，以實(shí)測(cè)資料作為建筑物地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量檢查的依據(jù)之一。目前，主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂，正進(jìn)行外立面裝修，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的變形觀測(cè)結(jié)果，各觀測(cè)累計(jì)沉降量均在13.53～17.21mm范圍內(nèi)，平均下沉量為15.37nnn，筏板基礎(chǔ)最大傾斜量為0.11‰，滿足規(guī)范允許值3‰范圍之內(nèi)的要求。就觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，整個(gè)基礎(chǔ)沉降相對(duì)比較均勻，預(yù)計(jì)最終實(shí)際沉降量要比理論計(jì)算值小，總沉降量約為25～30mm。

8 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑筏板基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)，是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響到建筑工程安全、質(zhì)量和投資等方面。因此，相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)認(rèn)真研究擬建場(chǎng)地的巖土性質(zhì)和上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后保證筏板基礎(chǔ)的質(zhì)量，在工程中具有重要意義。

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