劉文龍
【摘要】建筑工程的地基基礎(chǔ)對于整個建筑工程的結(jié)構(gòu)安全性具有十分重要的作用,基礎(chǔ)的選型和設(shè)計還會直接關(guān)系到整體工程的造價及工期。因此合理確定建筑工程的地基基礎(chǔ)尤為重要。文章結(jié)合工程實例重點探討了高層建筑嵌巖樁基礎(chǔ)埋深設(shè)計問題。
【關(guān)鍵詞】高層建筑;嵌巖樁;基礎(chǔ)埋深;探討
一、高層建筑基礎(chǔ)埋深及結(jié)構(gòu)嵌固端概述
(一)基礎(chǔ)埋深及結(jié)構(gòu)嵌固端的概念
地基基礎(chǔ)的埋深主要是指室外設(shè)計地面到基礎(chǔ)底面的垂直距離,通常簡稱為基礎(chǔ)埋深。通常從室外地面的標(biāo)高開始計算,在填方整平的地區(qū)可以直接從填土地面的標(biāo)高開始計算,如果填土是在完成上部結(jié)構(gòu)施工之后進行的,則應(yīng)該從天然地面的標(biāo)高算起。針對地下室,若采取的是箱形的基礎(chǔ)或者是筏形的基礎(chǔ)的時候,基礎(chǔ)的埋深就應(yīng)該從室外地面的標(biāo)高算起;若采取的是獨立基礎(chǔ)或者是條形基礎(chǔ)的時候,則應(yīng)該從室內(nèi)地面的標(biāo)高算起;天然的地基則從箱形基礎(chǔ)及筏形基礎(chǔ)的底板下皮高程算起;樁基從承臺的下皮高程算起;如果室內(nèi)的地坪不等高,則應(yīng)該從較低的一側(cè)開始計算。
嵌固端的定義,若按計算模型而言,是指除能承受軸力(N)、彎矩(M),剪力(V)之外,X方向水平位移(U),Y方向水平位移((V)、豎向位移( )、轉(zhuǎn)角位移(e)均為零的部位;若按在地震作用下的屈服機制而言,就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位。
(二)合理確定及選取高層建筑基礎(chǔ)埋深及結(jié)構(gòu)嵌固端的重要意義
第一,合理確定高層基礎(chǔ)埋深的重要性:一是能夠確保地基的穩(wěn)定性,防止出現(xiàn)傾覆及滑移現(xiàn)象;二是能夠滿足地基的承載力及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求,有效降低地基的沉降量及不均勻沉降所導(dǎo)致的房屋整體傾斜;三是能夠防范建筑物在風(fēng)荷載及地震作用等水平作用影響下的傾斜和滑移;四是能夠降低地震的反應(yīng)。第二,合理選取高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的意義:一是高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端是上部結(jié)構(gòu)的底部嵌固部位;二是通過剛度和承載力調(diào)整,迫使塑性鉸在該預(yù)期部位出現(xiàn),并能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時的最大剪力以及相應(yīng)的最大最小的軸向力;三是在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,選取合理的嵌固端對保證地基基礎(chǔ)的承載力、剛度和有足夠的抗滑移、抗轉(zhuǎn)動能力,使整個高層建筑結(jié)構(gòu)成為一個穩(wěn)定的體系,防止產(chǎn)生過大的差異沉降和傾覆有重要作用。
二、工程實例
某工程項目擬建總建筑面積為79650平方米,其主要組成部分為四棟一類高層住宅,其中一號樓的的總建筑高度為79米,二號樓的總建筑高度為98.7米,建筑結(jié)構(gòu)全部采用的是框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。依據(jù)該建筑工程的整體使用功能及工程造價的具體要求,該建筑工程未設(shè)置地下室。該擬建工程項目位于山區(qū)附近,總體地勢呈現(xiàn)西高東低的趨勢,經(jīng)勘查,地勢高低最大差為6m左右。同時該施工場地地質(zhì)條件良好,適宜進行建筑。
(一)地基基礎(chǔ)設(shè)計
1.基礎(chǔ)選型
根據(jù)地勘報告揭示地層分布特征及場地土的持力層底面坡度、持力層及其下臥層在基礎(chǔ)寬度方向上厚度的差值及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、建筑的基礎(chǔ)型式,綜合判定建筑在天然地基條件下,地基屬不均勻地基。根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗及巖土工程條件,該工程選用嵌巖樁基礎(chǔ)。持力層選用場地內(nèi)連續(xù)分布的中風(fēng)化花崗巖,并做擴底灌注樁。
2.基礎(chǔ)設(shè)計
(1)柱下單樁
本工程一、二號樓均采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)嵌固部位均為樁頂,結(jié)構(gòu)抗震等級均為三級?;A(chǔ)采用嵌巖樁基礎(chǔ),樁嵌入完整中風(fēng)化花崗巖層不小于一倍樁徑。樁基礎(chǔ)采用單柱單樁。
(2)樁基礎(chǔ)設(shè)計埋深的選定
由于本工程未設(shè)置地下室,本著安全、經(jīng)濟的原則,在盡量滿足規(guī)范要求的前提下將擬建建筑樁頂標(biāo)高適當(dāng)淺埋。
(3)可行性分析
第一,高層建筑要求一定埋置深度,埋置深度可從室外地坪算至基礎(chǔ)底。其主要目的是:其一,提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性,防止基礎(chǔ)在水平風(fēng)力和水平地震作用下發(fā)生滑移和傾斜;其二,提高地基的承載力,減少基礎(chǔ)的沉降量;其三,增大地下室外墻的土壓力、摩擦力,限制基礎(chǔ)的傾斜,使基底下土反力的分布趨于平緩;其四,增大結(jié)構(gòu)阻尼,減少輸人加速度,減少底部地震剪力,減輕地震災(zāi)害影響。第二,據(jù)相關(guān)資料表明,地基基礎(chǔ)的埋深不是必須滿足1/15—1/18的要求,但應(yīng)滿足規(guī)范抗滑及抗傾覆穩(wěn)定的要求。尤其對于巖石地基,當(dāng)采取有效措施時,可適當(dāng)放寬基礎(chǔ)埋深要求。
(二)該工程基礎(chǔ)埋深設(shè)計
對于本工程,因建筑使用功能無地下室,若按《高規(guī)》要求,基礎(chǔ)埋置深度宜為房屋高度的1/18,對施工不便且不經(jīng)濟。綜合考慮本工程建筑物高度、體型、地基土質(zhì)、設(shè)防烈度等因素,并在采取有效措施的情況下,可適當(dāng)降低基礎(chǔ)埋置深度要求。主要依據(jù)如下:第一,本工程擬建場地內(nèi)及附近無不良地質(zhì)情況,場地穩(wěn)定;基礎(chǔ)持力層為完整中風(fēng)化巖層,地基承載力高,基礎(chǔ)變形小,不需要通過加大基礎(chǔ)埋深來提高地基的承載力和減少基礎(chǔ)的沉降量;第二,本工程設(shè)防烈度低(6度),場地條件好(II類場地,上部覆蓋層?。Y(jié)構(gòu)地震作用?。ǖ撞繕菍铀降卣鸺袅Σ捎萌斯ふ{(diào)整以達到規(guī)范樓層最小地震剪力系數(shù)值),基礎(chǔ)埋深對增大結(jié)構(gòu)阻尼,減少輸人加速度,減少地震剪力,減輕地震災(zāi)害的作用有限。第三,本工程結(jié)構(gòu)采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置合理,結(jié)構(gòu)抗傾覆彎矩遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)傾覆彎矩且基礎(chǔ)無零應(yīng)力區(qū),結(jié)構(gòu)在水平荷載下能保持整體穩(wěn)定。
(三)抗滑移驗算
1#樓:結(jié)構(gòu)總豎向恒荷載225700kN,結(jié)構(gòu)抗滑移力225700 x 0.40(軟質(zhì)巖石摩擦系數(shù))=90280kN;均大于風(fēng)荷載底層剪力(X向2760KN ; Y向2240KN)及底層地震剪力(X向1553KN;Y向1609KN)。
1#樓結(jié)構(gòu)抗滑移滿足要求。
2#樓:結(jié)構(gòu)總豎向恒荷載362800kN,結(jié)構(gòu)抗滑移力362800 x 0.40(軟質(zhì)巖石摩擦系數(shù))=145120kN,均大于風(fēng)荷載底層剪力(X向4700kN;Y向3500kN)及底層地震剪力(X向2500kN;Y向2500kN)。
2#樓結(jié)構(gòu)抗滑移滿足要求。
(四)注意事項
第一,對柱及墻和樁的連接節(jié)點位置依據(jù)一般結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進行設(shè)計,建議將基礎(chǔ)層直接按照結(jié)構(gòu)層進行計算,依據(jù)計算的結(jié)果,對于樁頂下3倍樁徑且大于5米范圍之內(nèi)及基礎(chǔ)梁采取相應(yīng)的加強措施,例如可以采用加密箍筋的方法;第二,在室內(nèi)地坪的標(biāo)高為-5.9米位置增設(shè)剛性板,用于提高地基基礎(chǔ)的整體性,并確保其能有效傳遞水平荷載力。且剛性板的厚度不能低于120mm,板雙層雙向配筋率不得低于0.25%;第三,應(yīng)將建筑周邊的回填土密實回填,且分層夯實,確保每層回填土的厚度小于250mm,壓實的系數(shù)不低于0.94;第四,做好施工過程中的沉降觀測。第一層施工結(jié)束就觀測一次,后期沒施工完畢一層即觀測一層??⒐ぶ竺磕暧^測4次,第二年觀測不得少于2次。后期則每年一次即可,待其沉降穩(wěn)定位置。觀測中若出現(xiàn)異常情況,應(yīng)及時進行處理。
總之,地基基礎(chǔ)的選型及設(shè)計對于建筑工程的結(jié)構(gòu)安全發(fā)揮著十分重要的作用。文章結(jié)合工程實例,通過分析和計算,探討了高層建筑嵌巖樁基礎(chǔ)埋深設(shè)計問題,經(jīng)計算,該設(shè)計方案能夠?qū)嵃踩⒔?jīng)濟且適用的目標(biāo),希望能夠給予同類工程提供參考和借鑒。
【參考文獻】
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