高层建筑基础设计中地基承载力修正的计算方法.pdf

Sichuan Building Materials Vol.41，No.3 June，2015 第41卷第3期 2015年6月 高层建筑基础设计中地基承载力修正的计算方法 陈奕君 (海南宏生勘测设计有限公司, 海南 海口 570203) 作者简介:陈奕君(1985 - ),男,本科,助理工程师,主要从事岩土工 程勘察工作。 摘 要: 建筑地基基础设计规范中对地基承载力修 正计算公式给予了明确的规定, 但是在实际工程设计中, 高层建筑通过地基承载力特征值进行修正计算的情况并不 多, 尤其是在一些超高建筑筏板基础设计中就更不多见了。 本文结合工程实例, 通过地基承载力修正的方式对设计需 要的承载力特征值与实际地基承载力特征值之间的差额进 行弥补, 针对具体工程地基承载力展开修正计算, 希望本 文的分析可以为同种类型工程地基承载力设计提供一些借 鉴或者参考。 关键词: 高层建筑; 基础设计; 地基承载力; 修正; 计算方法 中图分类号: TU470文献标志码: B 文章编号:1672 -4011(2015)03 -0094 -02 DOI:10. 3969/ j. issn. 1672 -4011. 2015. 03. 047 0 前 言 建筑地基基础设计规范中对地基承载力修正进行了 明确的规定, 地基承载力特征值可以通过载荷试验等相关 方法对其进行综合的确定, 但是通常来说载荷试验应该在 小面积的载荷板上进行, 结合工程实际情况来看, 地基承 载力实际上需要对建筑物的宽度与深度进行修正。 不管是 理论公式还是现场试验, 建筑物地基承载力都与基础宽度 和深度之间存在着密切的联系, 其中存在的变化规律极为 复杂, 同时会受到很多因素的制约。 规范中给出的深度与 宽度修正系数也仅为经验统计值, 为了有效保证地基承载 力的安全性与可靠度, 针对宽度与深度进行进一步修正, 尤其是对宽度的修正是十分严格的。 近年来, 随着高层建 筑的不断发展, 各种地基技术在建筑工程设计中的应用越 来越广泛, 那么怎样对其地基承载力进行修正, 本文与某 工程地基承载力修正的实例相结合, 对其进行进一步的分 析。 1 工程概况 某建筑工程建筑物由商业裙楼(地上与地下分别为 7 层 和 3 层, 其中地上的高度是 37 m, 地下的深度是 14 4 m, 属于框架结构, 筏板基础, 基础厚度是 1 m)、住宅楼(地上 与地下分别为 45 层和 3 层, 其中地上的高度是 164 m, 地 下的深度是 14 4 m, 属于框剪结构, 筏板基础, 基础厚度 为3 m)、公寓楼(地上与地下分别为54 层和3 层, 其中地上 的高度是 192 m, 地下的深度是 14 4 m, 属于剪力墙结构, 筏板基础, 基础厚度为 3 5 m)和主塔楼(地上与地下分别 为 72 层和 3 层, 其中地上的高度是 292 m, 地下的深度是 14 4 m, 属于框筒结构, 筏板基础, 基础厚度是 4 5 6 5 m)组成, 效果图见图 1, 其中主塔楼采用的筏板基础在整 个工程基础设计中是重中之重, 同时也是当地第一座290 m 以上超高建筑使用筏板基础的建筑。 但是结合本工程当地 的岩土工程勘察报告来看, 地基承载力特征值为 650 kPa, 而主塔基础设计需要760 kPa 的地基承载力特征值, 二者之 间的差值为 110 kPa, 地基承载力差额主要利用对地基承载 力特征值的修正计算对其进行弥补。 目前这项工程的设计 已经通过国家的超限审查以及施工图审查, 并且该建筑的 裙楼结构施工现在已经达到第 6 层。 图 1 某建筑物效果图 2 规范公式说明 建筑地基基础设计规范中规定, 地基承载力特征值 可以通过载荷试验以及公式计算等方式得出, 同时与工程 实践经验等相关方法联合对其进行综合确定, 如果基础宽 度在 3 m 以上, 或者埋置深度在 0 5 m 以上, 就可以从通 过荷载试验或者其他原位测试以及经验值等方法确定的地 基承载力特征值中按照式(1)进行修正: fa= fak+ b(b - 3) + dm(d - 0 5)(1) 公式中各量的基本含义见规范。本工程中fak= 650 kPa, b= 3 0,d= 4 4, = 12 04,m= 12 49,筏板的基础宽度 在6 m 以上,修正时取为6 m,所以在地基承载力修正中的关 键所在就是进行深度计算,也就是对 d 的计算。 在修正计算过程中与土体极限平衡理论相结合, 将一 条荷载板放在土体的表面上, 那么如果荷载下的土体呈现 出塑性平衡状态, 其塑流边界如图 2 所示。 49 Sichuan Building Materials Vol.41，No.3 June，2015 第41卷第3期 2015年6月 2B2B P 3 2 1 2 3 图 2 土质处于塑性平衡状态示意图 图 2 中 1 区是“弹性核”区, 在修正过程中会随着基础 一起向下移动; 2 区是过渡区, 其中的一组滑动面是由对数 螺线演变而成的曲面, 而另外一组为辐射向曲面; 3 区是被 动朗肯区, 滑动面是一个平面, 超载只有位于被动朗肯区 才能增加被动土的压力, 在此基础上使地基承载力得到提 高。 这里所说的被动朗肯区, 其大小可以结合地基规范中 的相关条文得到: 建筑物为主裙楼一体的结构, 针对其主 体结构的地基承载力进行深度修正, 应该将存在于基础底 面之上的荷载按照基础两侧超载进行考虑, 如果超载宽度 比基础宽度大出两倍, 就可以将超载折算成为土层厚度, 并将其作为基础埋深, 这时如果基础两侧的超载不相等, 应该取其最小值。 从以上描述中我们可以这样认为: 如果 超载宽度大于基础宽度的两倍, 那么其完全能够起到有效 提高地基承载力的作用, 这样一来, 在工程计算中, 我们 就可以取基础宽度的两倍范围对 d 进行计算。 3 地基承载力修正计算 3 1 主塔楼北侧超载折算 因为地基规范中规定, 可以将超载部分折算成为土层 厚度, 将这部分值作为基础埋深, 如果基础两侧的超载是 不相等的, 则应该取其最小值。 在对本工程中的主塔楼进 行地基承载力修正计算时, 应该分别将主塔楼四周各个方 向上的超载全部折算成为土层厚度, 然后取其最小值。 在修正计算工作中, 将主塔楼北侧超载部分折算成为 土层厚度进行计算时, 结合计算的结果可得到, 在裙楼恒 载标准作用下的荷重, 其产生的基础底面平均压力是 112 kPa, 裙楼受到地下水的浮力是 95 kPa, 将水浮力扣除之 后, 裙楼荷重下基础底面的平均压力是 17 kPa, 将其超载 折算成为土层厚度是 1 34 m。 建筑物主塔楼基础底面和裙 楼基础底面之间存在的高差是 4 5 m, 如图 3 所示。 地坪面 -14.400 筏板基础 6.5 4.5 5.5 0.000 地下水位 -6.000 裙楼层面 主塔楼 292.000 地下室 裙楼 筏板面 图 3 建筑物主塔楼剖面图/ m 主塔楼基础底面以上部分的荷载在折算成为土层厚度 时, 应该与主塔楼基础底面到裙楼基础底面之间的覆土厚 度相加。 这样就可以得出这样的结论: 建筑物主塔楼北侧 的折算基础埋深是 5 84 m。 3 2 主塔楼南侧超载折算 将建筑物主塔楼南侧超载折算成土层厚度进行计算, 南侧在2B 宽度范围之内共有1/5 的范围属于地下室, 有4/ 5 的范围是覆土。 在受到地下室恒载标准的组合作用下, 将 荷重折算成为土层厚度是 5 m, 共有覆土厚度 20 m, 那么 在 2B 的范围内, 其平均加权土层厚度就是 17 m。 3 3 主塔楼西侧超载折算 建筑物主塔楼西侧超载折算成土层厚度进行计算, 其 覆土厚度与范围均比南侧大, 所以由此看来, 西侧在 2B 的 范围内, 其平均加权土层厚度一定会比南侧大。 3 4 主塔楼东侧超载折算 因为建筑物主塔楼东侧有住宅楼和裙楼, 所以东侧超 载在折算成为土层厚度时肯定是比北侧大的, 结合取最小 值的原则, 将超载部分折算成为土层厚度就必须取其北侧 的计算值, 也就是 d 取 5 84 m。将 d = 5 84 m 带入到公式 (1) 中可得:fa= 1052 kPa 760 kPa。 经过深度修正之后的 地基承载力完全可以使承载力设计计算要求得到满足。 4 结 语 综上所述, 现阶段高层建筑越来越多, 建筑的基础宽 度与深度都很大。 所以对其地基承载力进行确定时, 深度 修正的影响非常重要, 如果取值不当, 很容易会对基础造 型和造价带来严重影响。 本文将这一问题提出来与大家进 行讨论与分析, 并在此基础上与各种地基处理形式相结合, 通过各种手段(例如计算机技术),立足实践经验, 对合理的 地基承载力值进行选用, 以期通过理论分析总结出一套比 较合理的深度修正系数。 这一问题不管是从规范条文的思 考出发, 还是从经济建设的角度思考, 都具有非常重要的 现实意义。 ID: 002069 参 考 文 献: 1 周建龙,包联进,童骏,等. 天津高银 117 大厦基础设计研究 J. 建筑结构,2012,42(5):19 -23. 2 范重,孔相立,刘学林,等. 超高层建筑结构施工模拟技术最新 进展与实践J. 施工技术,2012,42(14):1 -12,76. 3 褚江涛,魏俊涛. 变刚度调平设计在某超高层建筑桩筏基础设 计中的应用J. 武汉勘察设计,2012,13(6):37 -42. 4 邓日海,罗铁生. CFG 桩复合地基在某超高层建筑中的应用 J. 建筑结构,2013,4