沉降控制理论在某高层建筑中的运用和探讨30516

1、沉降控制理论在某高层建筑中的运用和探讨摘要： 沉降控制理论在某高层建筑中的运用和探讨 关键词： 沉降 高层建筑 结构理论1 工程简况乐清市烟草公司综合楼工程的原设计单位是国内某建筑设计院，主楼地下1 层（ 层高 4.45m），地上16层（总高59.1m），裙房3层，框剪结构，柱下承台基础。桩采用450mM 45Omm勺空心预制桩，桩身混凝土C30,桩端进入-2层（砂砾石混粘性土）持力层500mm要求单桩承载力标准值 800kN。由于在桩基的施工过程中，桩沉至-1层（砂砾石混粘性土，厚度0.53.4m ）时出现不能穿透到达原设计的-2层，故工程建设单位邀请国内另一家建筑设计研究院的有关专家在对地

2、质资料分析基础上，提出工程桩基的修改和处理办法： 桩持力层为-1层（砂砾石混粘性土），主楼基础改为桩筏基础 （桩距1800mM 1800mm）要 求单桩承载力标准值 600kN （ 后经静载实验已达到要求 ）。建设单位考虑到基础与上部结构要统一及便于现场施工服务，决定由本院统一进行设 计计算，绘制施工图。根据原上部结构布置与另一家建筑设计院提供的桩位图，经本院的 计算分析，结果是：持力层下卧层 （层淤泥质粘土 ）的强度仍然不够。2 工程地质及场地地基土分布及工程特征为：场地地形平坦，地貌类型属河海相冲积-淤积平原。根据勘察揭露情况，将地基土划分为： 层表部粘土：全场分布，直接出露地表，厚0.9

3、01.10m。饱和，软可塑状，高中压缩性。上部 0.3m 为耕植土。属地表氧化壳，分布稳定，具有一 定力学强度，但厚度 小，经回填严实处理后可作为一般低层建筑物的天然浅基础支承持力层，其fk = 70kPa,Es=3.5MPa,qs = 13.0kPa。 -1 层淤泥：全场分布，厚22.0022.10，饱和，流塑状，高压缩性，高灵敏度，其fk = 40kPa,Es = 1.00MPa,qs = 5.0kPa :-2 层淤泥质粘土：全场分布，厚4.70 5.80m，流软塑状，高压缩性，局部为软粘土，其fk = 70kPa,Es = 3.00MPa,qs = 10.0kPa。该两土层为低抗剪强度软

4、弱土层，力学强度很差，是受荷后的主要压缩层，仅可作为桩周摩 擦层使用。 -1层粘性土混砂砾石：厚0.503.40m，饱和，稍密，低压缩性，其fk = 200kPa,qs= 24.0kPa , qp= 1300kPa;-a层粉质粘土或粘性土混砂：为不良软弱夹层，呈透镜体状不稳定分布，厚 0.501.10m。饱和，软塑状，高压缩性。往下渐变为粘性土混中细 砂，其 fk=80kPa,Es=2.7MPa, qs =140kPa， qp=500kPa； -2 层砂砾石混粘性土：厚 1. 004.20m，饱和，稍密，低压缩性，其fk = 250kPa,qs = 35.0kPa , qp= 2000kPa。

5、-1和-2 层，两者呈渐变过渡关系，力学强度较好，但砾、卵石含量变化大，力学强度均一 性差，而且有不稳定分布的 -a软弱夹层存在，大幅度降低了层的总体力学强度，不是 理想的桩尖持力层。如果作为相对持力层，桩端承载力标准值要适当降低使用，同时须对 下卧软弱层进行强度和沉降验算。 层粘土：厚0.8m，饱和，软塑可塑状，高中压缩性。不稳定分布，厚度小，力学强度一般，不宜作为桩尖持力层，其fk = 100kPa,Es = 3.20MPa,qs = 20.0kPa , Qp= 700kPa。 层淤泥质粘土：全场分布，厚3.104.0m，饱和，软塑性，高压缩性，底部有不稳定分布的可塑状粘土。低抗剪强度软弱

6、土层，力学强度较差，一般宜作为桩周摩擦层使 用，其 fk=75kPa,Es=2.8MPa,qs=12.0kPa， qp=400kPa。 -1层粘性土混砂砾石：厚1.80m，饱和，稍密，低压缩性，力学强度好，其fk = 210kPa,qs = 26 .0kPa , qp= 1400kPa。-2 层砂砾石混粘性土：厚2.30 3.70m，饱和，稍密中密，低压缩性，力学强度较好，其fk = 250kPa,qs = 35.0kPa , qp= 2000kPa。该两土层合并可作为拟建建筑物的桩尖持力层，但总厚仅2.703.70m，当选作桩尖持力层时要注意其厚度较小的特征。 -1层粘性土含砂砾石：厚1.1

7、1.4m，饱和，高压缩性，砾卵石含量较少，力学强度较差，仅作为桩周摩擦层使用，其 fk=100k Pa,Es =4.0,qs =18.0kPa ， qp=800kPa； -2 层粘性土混砂砾石：厚 0.50 1.60m， 饱和，砾卵石、砂含量较高，力学强度较好， 但厚度小，分布不稳定，不宜作为桩端持力层，其 fk=210kPa,qs=26.0， qp=1400kPa。层粘土：控制厚度 1.103.50m,未穿，控制深度 40.544.5m,饱和，软塑状，高 中压缩性，力学强度不均一，承载能力较低，为相对较弱下卧层，局部含砾砂，其fk = 90kPa,Es=3.0MPa,qs= 18kPa, q

8、p= 800kPa。场内地下水主要为孔隙水,属潜水类型,受季节大气降水和人工排水等因素影响而变 化,一般地下水位在自然地面下0.3 0.9m。本场地未进行岩土波速测试,地基土上部为巨厚的高压缩性、高灵敏度淤积软土,对 地震波有放大作用，其抗震性能差。该场地为软弱场地土，建筑场地类别为W类。按全国 地震带划分,乐清市位于东南沿海地震带东北段,为少震、弱震区,远程地震波的波及影 响是本地区的主要震害特征,基本地震烈度 6度。拟建为一类高层,其建筑抗震设计应按 现行建筑抗震设 计规范 (GBJ 11-89) 有关规定进行。3 设计理论及方法针对以上工程条件和现状,采取了四种措施,以满足建筑物的沉降变

9、形和下卧层强度 要求。3.1 应用沉降变形控制设计理论先将桩一承台基础改为桩筏基础，充分发挥筏板和地基间、桩间土的承载能力。按沉 降变形控制设计的桩基础（也称减少沉降桩基础、沉降控制复合桩基或疏桩基础，国外叫Creeppile ， Friction piled foundation, Piled raft foundation等）是按控制地基沉降的原则设计的桩基础，也即在设计时由基础的沉降控制值来确定桩数和桩长。桩在基础中 除承担部分荷载外主要起减少和控制沉降的作用，桩可视为减少沉降的措施，或作为减少 沉降的构件来使用。它是现代桩土相互作用理论研究的重要成果之一。在实际工程中采用 桩基础的原因

10、主要有两个：一是因为地基承载力不够，需要采用桩将上部结构荷载传到深 层土或支撑于坚硬持力层，二是因为地土将会发生较大的沉降变形，需要采用桩来减少沉 降。因此，合理和恰当的桩基础设计应根据采用桩基的目的不同而分三种不同的情况处 理：所有荷载由桩承担。桩和筏板基础分担上部结构荷载，桩既承担荷载，同时也起到减少沉降变形的作用：桩用于减少或控制沉降，基础的承载力主要由基础板（梁）承担。目前的桩基础设计理论都是建立在满足承载力的基础上，也即在桩基础设计时均按上 述第一种情况处理，完全由上部结构荷载来确定桩数和桩长。显然，对于沉降过大而采用 桩基础的情况来说，这种传统的桩基础设计方法是过于保守的并且在设计

11、目的上也不明 确。以沉降控制的基础设计方法，目前主要应用于层数小于8层的多层建筑，且多使用直径小于25cm的预制钢筋混凝士微型桩。某10层办公楼桩筏基础按变形控制设计理论，成功地将原设计的110根650钻孔灌注桩减少到 76根。在国外，1986年，此理论已应用于 1 1层的建筑物桩基础设计中，但尚未见桩箱（筏）基础与地基共同作用应用于超过18层的高层建筑桩箱（筏）基础的报道。高层建筑桩筏基础按变形控制设计理论的核心是认为高层建 筑桩箱（筏）基础能否正常安全工作，主要是让建筑物的实际沉降量小于允许沉降量。对桩 的承载能力没有很严格的要求，只要单桩荷载小于单桩极限承载力即可，并对24层的高层住宅作

12、了加层的尝试，获得成功。采用桩、筏共同作用的优点是：充分利用和发挥了桩对控制基础沉降的能力，并使筏 板底地基也充分发挥承载能力，大大降低了工程造价。本工程提出的计算公式：F+ GK 丫 d（nPu + Afu）式中F作用于桩基承台顶面的竖向荷载设计值；G桩基承台和承台上土自重设计值；Pu-单桩极限承载力。丫 d 综合承载力系数，一般取 0.50.6。A 承台基础面积；fu 基底土的极限承载力。3.2措施(1) 通过将桩-承台基础改为桩筏基础和运用沉降变形控制理论设计方法，使丫 d(nPuAfu) 项比原来的设计 ( 所有荷载由桩承担 ) 值增大，充分发挥单桩和地基土的极限承载 力。(2) 减少

13、F:采用减轻上部结构重量方法，将框剪结构改为框架结构，将部分砖墙改为轻 质隔墙。(3) 减少G:采用增加一层地下室，减少土体自重，增大地下水浮托力的办法，减少基底的压应力。这是本工程桩基设计中的重要一个环节，也是本文的创新点。为安全起见，G的减少量仅取 0.8 倍地下室有效土体重。经过以上 (1) 、(2) 和(3) 三项措施处理后，经验算房屋的整体沉降、局部沉降及桩端下 软弱下卧层的强度均可满足要求。(4) 运用实时调控的方法和技术进行半逆作法施工 ， 为了防止出现不均匀沉降或整体沉 降量过大，本工程还采用了预留的安全措施 ， 即后补预制桩技术，使地基、桩筏和由于计算 模型、计算方法及各种参

14、数的不确定性因素也得到解决和检验，具有实时检验和控制作 用。在建筑物的四角和对沉降控制敏感的区域，巧妙合理地预设倒锥形孔位，为将来需要 时补压预制桩，预先作好考虑和准备，做到万无一失。4 展望本文介绍的设计方法，虽属于为了工程处理目的，但经过进一步深入研究和实践考 验，相信可以推广应用。目前该工程已进入基础开挖阶段。但由于某些计算理论的不成熟和缺乏实际工程的实践经验，为了较详细地了解其真实 受力、变形过程，与设计计算值比较，并为研究同类问题提供借鉴和经验，在施工和使用 的规定时期内除了常规的检测外，有意识地设置了部分仪器和测点，进行沉降观察和压力 测试。最后的结果要等到大楼结顶和投入使用一段时期后才能得到和验证。通过