粉土地基上高層建筑筏形基礎(chǔ)監(jiān)測研究

沙　爽　蔣敏敏

（1.河南省工程咨詢中心，河南　鄭州　450000；2.河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南　鄭州　450001）

粉土地基上高層建筑筏形基礎(chǔ)監(jiān)測研究

沙爽1蔣敏敏2

（1.河南省工程咨詢中心，河南鄭州450000；2.河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院，河南鄭州450001）

通過現(xiàn)場測試的方法研究粉土地基上高層建筑筏形基礎(chǔ)的上部結(jié)構(gòu)、筏形基礎(chǔ)與地基相互作用問題，測試高層建筑的沉降、筏板鋼筋應(yīng)力和基底反力的分布變化規(guī)律。結(jié)果表明：隨著樓層荷載的增加，基礎(chǔ)沉降相應(yīng)增加，同一軸線上測點(diǎn)沉降呈拋物線型；基底反力隨著上部結(jié)構(gòu)荷載的增大而增大，荷載較小時(shí)基底反力增長較快，建筑結(jié)構(gòu)超過7層后增幅較??；基底反力為中部較小，角部和邊部較大；筏板內(nèi)鋼筋應(yīng)力隨上部結(jié)構(gòu)荷載的增加而增加，筏板內(nèi)上層鋼筋的應(yīng)力增長較快，下層鋼筋應(yīng)力增長較慢，最大鋼筋應(yīng)力為84.63MPa，筏板邊緣鋼筋應(yīng)力大，而內(nèi)部鋼筋應(yīng)力小。

粉土地基；筏形基礎(chǔ)；現(xiàn)場監(jiān)測

粉土地基上建造高層建筑，通常需要進(jìn)行地基處理或采用樁基礎(chǔ)形式。筏形基礎(chǔ)不僅可節(jié)省樁基施工、檢測費(fèi)用，而且可以作為地下室使用，高層建筑與筏形基礎(chǔ)相結(jié)合，可大大節(jié)約基礎(chǔ)工程的造價(jià)；可縮短工期，由于筏形基礎(chǔ)施工較方便，可節(jié)省樁基礎(chǔ)施工、檢測時(shí)間；此外，還具有充分發(fā)揮地基承載力，基礎(chǔ)沉降量較小，調(diào)節(jié)地基的不均勻沉降和良好的抗震能力等優(yōu)點(diǎn)［1，2］。

本文對鄭州粉土地基上經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的某剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑進(jìn)行監(jiān)測研究，該建筑經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)采用筏形基礎(chǔ)。分析粉土地基上高層建筑筏形基礎(chǔ)的上部結(jié)構(gòu)、筏形基礎(chǔ)與地基相互作用問題。

1　監(jiān)測概況

本工程地基土體為較均勻的粉土地基，經(jīng)過驗(yàn)算地基的承載力和變形均滿足要求［3］，本研究將通過對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析和研究，進(jìn)一步分析驗(yàn)證粉土地基上高層建筑筏形基礎(chǔ)的應(yīng)用可行性。研究測試內(nèi)容包括筏形基礎(chǔ)沉降、基底反力和筏板鋼筋應(yīng)力。建筑物的變形采用精密水準(zhǔn)儀測量，建筑物沉降監(jiān)測位置如圖1所示，在建筑物上布置沉降觀測點(diǎn)14個(gè)。筏板墊層底面上，結(jié)構(gòu)與土接觸處的基底反力（土壓力）采用土壓力計(jì)測量，根據(jù)對稱原理，在筏形基礎(chǔ)的一半范圍布置53個(gè)土壓力計(jì)。筏板內(nèi)縱橫向主要受力鋼筋的應(yīng)力變化采用鋼筋應(yīng)力計(jì)測量，筏板內(nèi)布置32個(gè)測點(diǎn)，監(jiān)測筏板頂面、底面的縱向、橫向的鋼筋應(yīng)力，共128個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)。

圖1　沉降監(jiān)測位置

2　高層建筑監(jiān)測結(jié)果及分析

2.1沉降監(jiān)測結(jié)果

本研究的沉降測試結(jié)果從地上一層開始，基礎(chǔ)及地下一層的荷載不產(chǎn)生附加應(yīng)力，故不產(chǎn)生沉降。主體結(jié)構(gòu)共11層，基底荷載不斷增大，監(jiān)測結(jié)果至上部結(jié)構(gòu)荷載不變。

圖2　南側(cè)縱向軸線測點(diǎn)隨樓層增加沉降變化

圖3　筏形基礎(chǔ)基底反力隨上部結(jié)構(gòu)荷載的變化

圖4　中部縱向軸線基底反力隨上部結(jié)構(gòu)荷載的變化

從最終沉降結(jié)果看，整個(gè)建筑物沉降較均勻，各測點(diǎn)沉降量介于23.5～27.1mm，沉降量較小。表明在鄭州粉土天然地基上，采用筏形基礎(chǔ)，沉降完全能滿足工程安全和要求。

高層建筑南側(cè)縱向軸線測點(diǎn)的沉降量隨著建筑物荷載增大的變化情況如圖2所示。南側(cè)縱向軸線的沉降量，在中間部位沉降量較大，兩側(cè)沉降量較小，基本上沿著縱向軸線呈對稱特性。筏板基礎(chǔ)的沉降分布形式是由于筏板非完全剛性，筏板邊緣的沉降較小。

2.2地基反力結(jié)果

圖3為不同測點(diǎn)基底反力隨樓層增加的變化曲線，其中T48、T53為角部測點(diǎn)，T14、T28為邊部測點(diǎn)，T4、T12 和T36位于筏板內(nèi)部。從測試結(jié)果（見圖3）可見，隨上部結(jié)構(gòu)荷載的增長，基底反力隨之增長，筏形基礎(chǔ)角部的基底反力增長速率較快，而中部的基底反力增長速率最慢；總體上部結(jié)構(gòu)小于8層時(shí)增長較快，上部結(jié)構(gòu)大于8層，結(jié)構(gòu)總體剛度較大，筏形基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的“架越作用”明顯，基底反力呈中部小邊緣大的特點(diǎn)。

圖5　縱向鋼筋應(yīng)力隨上部結(jié)構(gòu)荷載的變化

圖6　縱向鋼筋應(yīng)力隨上部結(jié)構(gòu)荷載的變化

圖4為筏形基礎(chǔ)縱向軸線的基底，測試結(jié)果表明：上部結(jié)構(gòu)低于7層時(shí)，隨著上部結(jié)構(gòu)荷載增大，基底壓力增長較快，上部結(jié)構(gòu)高于7層時(shí)，基底壓力增長較慢；筏板的邊緣測點(diǎn)T49和T52的基底反力較大，是由于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)整體起到“架越作用”，基底反力向邊緣傳遞。

2.3鋼筋應(yīng)力結(jié)果

筏形基礎(chǔ)中鋼筋應(yīng)力是由以下兩方面產(chǎn)生的：筏形基礎(chǔ)中混凝土收縮產(chǎn)生的鋼筋應(yīng)力；上部結(jié)構(gòu)荷載產(chǎn)生的鋼筋應(yīng)力?？v向鋼筋應(yīng)力隨上部結(jié)構(gòu)荷載的變化如圖5所示，各測點(diǎn)均隨著上部結(jié)構(gòu)荷載的增大，上部結(jié)構(gòu)荷載不變后，各測點(diǎn)的鋼筋應(yīng)力仍在增加。筏板內(nèi)邊部測點(diǎn)的鋼筋應(yīng)力較中部測點(diǎn)的鋼筋應(yīng)力更大。

圖6為縱向鋼筋應(yīng)力隨上部結(jié)構(gòu)荷載的變化，可見隨著樓層增加，縱向頂層鋼筋應(yīng)力相應(yīng)增加，且變化較均勻。上部結(jié)構(gòu)低于7層時(shí)，應(yīng)力變化均勻且增長迅速，筏板中心部位應(yīng)力較大，是由于筏板中心荷載較大，筏板撓曲較大，應(yīng)力增加，邊部測點(diǎn)鋼筋應(yīng)力較中部大，應(yīng)力分布呈“馬鞍形”；上部結(jié)構(gòu)高于7層，鋼筋應(yīng)力增長緩慢，鋼筋應(yīng)力的“馬鞍形”分布更明顯，上部結(jié)構(gòu)荷載施加完成后，筏板頂部鋼筋應(yīng)力最大為71.65MPa的壓應(yīng)力，筏板縱向底層的鋼筋應(yīng)力隨著上部結(jié)構(gòu)的增大而增大，上部結(jié)構(gòu)荷載小于7層應(yīng)力增長較慢，大于7層9應(yīng)力增長較快。隨著上部結(jié)構(gòu)荷載增長，筏板底層縱向鋼筋應(yīng)力增長，應(yīng)力分布不均勻，上部結(jié)構(gòu)荷載施加完成后，筏板底層鋼筋應(yīng)力最大為40.77MPa的壓應(yīng)力。筏板頂層及底層的鋼筋應(yīng)力均隨上部結(jié)構(gòu)荷載增長而增長，筏板頂層鋼筋應(yīng)力的增長大于底層，上部結(jié)構(gòu)荷載施加完成后，筏板內(nèi)的鋼筋應(yīng)力均為壓應(yīng)力。

3　結(jié)語

為了研究優(yōu)化設(shè)計(jì)后的上部結(jié)構(gòu)、筏形基礎(chǔ)與地基相互作用規(guī)律，針對鄭州粉土天然地基上高層建筑的沉降、筏板鋼筋應(yīng)力和基底反力的分布變化規(guī)律進(jìn)行了測試和分析研究，主要得到以下結(jié)論：隨著上部結(jié)構(gòu)荷載的增加，筏形基礎(chǔ)沉降增長；縱向軸線上各點(diǎn)的沉降呈拋物線形；隨著上部結(jié)構(gòu)荷載的增加，基底反力也相應(yīng)增長，上部結(jié)構(gòu)小于7層增長較快，隨后增幅較慢；基礎(chǔ)中縱向軸線和橫向軸線的基底反力表現(xiàn)為內(nèi)部較小，邊部和角部較大；上部結(jié)構(gòu)荷載增加，筏形基礎(chǔ)鋼筋應(yīng)力相應(yīng)增加，基礎(chǔ)頂層的鋼筋應(yīng)力增長快，底層的鋼筋應(yīng)力增長較慢；筏板鋼筋應(yīng)力的最大值為84.63MPa，在彈性范圍內(nèi)；鋼筋應(yīng)力呈內(nèi)部小和邊部大的特點(diǎn)。

［1］齊良鋒，張保印，簡浩.某高層建筑樁筏基礎(chǔ)樁間土反力原位測試研究［J］.巖土力學(xué)，2004（5）：827-831.

［2］李俊才，紀(jì)廣強(qiáng)，宋桂華.高層建筑疏樁筏板基礎(chǔ)現(xiàn)場實(shí)測與分析［J］.巖土力學(xué)，2009（4）：1018-1022.

［3］巢斯，趙錫宏，張保良.超高層建筑樁筏基礎(chǔ)的樁頂反力計(jì)算研究［J］.巖土力學(xué)，2011（4）：1138-1142.

Monitoring Study of Raft Foundation of Tall Building on Silt Foundation

Sha Shuang1Jiang Minmin2
（1.Henan Engineering Consulting Center，Zhengzhou Henan 450000；2.School of Civil Engineering and Architecture，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

Through the monitoring method，interation of up structure，raft and silt foundation were studied.Settlement of structure，steel stress in raft and base reaction were monitored.The results showed that:settlement of structure increased with the increase of structure load，settlement present parabolic curve on one line；Base reaction increased with the increase of structure load，and increased fast on first several story，reaction stress showed large value on corner and edge，showed small value in inside；Steel stress increased with the increase of load，steel stress on top of raft increased fast，and had a small value inside，and a large value on edge，maximum value was 84.63MPa.

silt foundation；raft foundation；in situ monitoring

TU470

A

1003-5168（2016）07-0098-03

2016-06-05

沙爽（1979-），女，碩士，工程師，研究方向：土木工程。