石家庄地区某高层建筑基础设计

石家庄地区高层建筑基础设计根据河北省《长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程》（DB13(J)31---2001及《建筑地基基础工程施工质量验收规程》（GB50202---2002）；结合多年的工程经验及某具体工程，详细阐述了在石家庄地区进行高层建筑基础设计时基础方案的选择；着重介绍了国家级重点推广的地基方案：素混凝土桩（CFG桩）复合地基的工程应用，承载力和沉降计算及应注意的问题。前言在石家庄地区进行高层建筑基础设计，首先要认真研究工程勘察报告，了解上部结构类型、体系与平面、竖向结构布置，场地及其周围的地上地下设施情况，施工条件、材料及造价等。下部结构必须与上部结构统一考虑，多方案比较，最后确定基础设计方案。高层建筑基础的设计，除了地基和基础必须满足承载力的要求外，最重要的是确保基础沉降差、房屋的倾斜必须满足规范要求，为确保整体稳定、基础埋深必须满足《高规》要求，基础埋深（从至外地坪算至基础底面）应考虑建筑物的高度、体型、地基土质、邻近建筑物的基础情况、抗震设防烈度等方面因素，一般情况下，复合地基埋深可取房屋高度的1/15。一工程概况一期工程位于石家庄市。由14栋18～28层的小高层住宅、一层地下车库及附属建筑（会所及邻街商铺）组成，为解决塔楼高差问题，塔楼之间设置了沉降缝，兼作抗震缝，沉降缝将塔楼与地下室之间分开，每个塔楼地下部分形成大底盘。地下车库结构为梁板柱结构，其位置贯穿全部塔楼。详见图1。二工程特点和土层分析1工程特点：住宅小区塔楼全部由高层建筑组成，根据结构型式和功能要求，该建筑基础具有如下特点：（1）多座塔楼基础不是连成一个大板，而是各自独立，塔楼之间设置沉降缝。形成结构、基础和地基共同作用的效果，受力明确。（2）塔楼与和地下室的荷载相差很大，考虑到各塔楼之间已经设置了沉降缝，因此，塔楼与和地下室之间也设置了沉降缝；以4#楼（T7，T8）为例，地基处理应需满足表一的设计条件。表1复合地基设计条件楼座楼层基础底面处的平平均压力标标准值（KN/mm2）变形要求塔楼地下室T718+2400451、最大沉降量不不大于2000mm；；2、基础倾斜不大大于0.0002;T828+2600452．地基土的物理力学性质4#楼基础埋深约10.35米，T7，T8幢基础均座落在天然地基=4\*GB3④～=5\*GB3⑤层粘土层上，各层土的物理力学指标和场地典型地质土层情况如表2及表3所示。从勘察报告可以看出，场地土质具有如下特点：（1）基底持力层:=4\*GB3④层~=5\*GB3⑤层粘土层，标准贯入试验锤击数平均值为15击，属稍密～中密土，承载力标准值约为150kpa;（2）整个场地土质较均匀，除=3\*GB3③层有2.8～6.4m厚承载力标准值为140kpa的土层外，其余各层土的承载力均在150kpa以上。（3）从土层分布情况来看，场地内砂土层、粉土层较多，如=3\*GB3③层粉土层、=5\*GB3⑤层中砂层、=7\*GB3⑦层中砂层、=8\*GB3⑧层粗沙层。=9\*GB3⑨层粉土层，这些层厚度均较厚，施工时应考虑这些土层对施工质量可能产生的不利影响。表2土的物理力学指标地层名称及编号fak(kpa))承载力特征值r(KN/m33)重度Es1-2(MPPa)压缩模量①层杂填土8016.05.0②层粘性土13019.310.0③层粉土14019.112.0④层粘性土15020.020.0⑤层中砂18020.022.0⑥层粘性土18020.012.0⑦层中砂18020.020.0⑧层粗沙20020.038.0⑨层粉土17020.012.0=10\**GB33⑩层粗沙26020.040.011层粘性土22020.016.9812层细沙20020.025.013层粗沙30020.045.0表3场地典型地质土层情况建筑物土层T7（17号孔）厚度（mm）T17（17号号孔）qs（kPa）侧侧阻力T17（17号号孔）qp（kPa）端端阻力T8（18号孔厚度（m）T18（18号号孔）qs（kPa）侧侧阻力T18（18号号孔）qp（kPa）端端阻力①层杂填土1.42.2②层粘性土1.90.6③层粉土5.45.2④层粘性土3.232.01.632.0⑤层中砂1.127.50.927.5⑥层粘性土0.827.52.527.5⑦层中砂3.727.52.527.5⑧层粗沙4.327.52.027.5⑨层粉土5.530.00.430.010层粗沙5.050.05.827.511粘性土3.032.06.950.012层细沙1.927.52.232.013层粗沙4.127.517504.127.51750三、方案选定拟建地下室为二层，上部结构荷载对地基土的强度及变形要求不高，可以利用=4\*GB3④层粘性土层为基础持力层，采用天基地基进行处理。T7，T8栋塔楼由于天然地基不能满足承载力及变形要求，勘察报告提出三种地基处理方案：（1）采用钻孔灌注桩基，桩径800mm，桩距在2.4m左右，桩尖深入层eq\o\ac(○,9)，桩长约为20m。经过计算，承载力及沉降均能满足要求，但钻孔灌注桩施工时易造成塌孔、断桩，桩身质量不易保证。桩造价较高。（2）采用预制管桩，由于第=7\*GB3⑦层土粗砂层标贯值达25击以上，预制管桩很难穿越此层，易造成断桩现象；（3）采用素砼桩（CFG桩）复合地基、筏式基础，桩径400mm，有效桩长详见表（四），深入=9\*GB3⑨层土大于0.5m，桩顶设置厚200mm碎石褥垫层，调节不均匀沉降，使地基土与素砼桩共同参与工作，且工期较短，造价比桩基低，约为桩基造价的1/3强，加固效果稳定，承载力及沉降均能满足设计要求；上述前两种方案均为桩基方案，桩基础中桩间土的承载力得不到充分的发挥，易造成很大浪费。根据场地土质情况、工程特性、周边环境及工期要求，本工程地基处理考虑了国家级重点推广地基方案：长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基。复合地基处理方案T7，T8座楼复合地基设计参数表4楼座桩长（m）桩径(m)桩间距(m)桩数（根）褥垫层厚度（ccm）桩身强度等级T712.54003.75266200C25T8144003.0486200C251、复合地基设计考虑了以下几方面因素：（1）T7，T8座楼是用变形控制进行设计，即除满足复合地基承载力设计要求外，还需满足变形要求。（2）偏心荷载是引起建筑物不均匀沉降的一个重要因素，基底反力分布与建筑物形状、荷载分布和上部结构与基础的整体刚度有关。由于复合地基可以通过调整布桩形式来调整复合地基抗力，使复合地基抗力的合力作用点与荷载合力点尽量重合，可使整个建筑物的变形比较均匀。高层建筑布桩时，桩间距宜在（3—5）d范围内进行调整，布桩时桩间距应在偏心荷载一侧加密，并且满足Pmax≤1.2fa,其中fa为深度修正后复合地基承载力标准值。2、T7，T8栋塔楼复合地基承载力和变形计算（详见计算书）（1）承载力计算：根据表2表3的物理力学指标和地质情况，T7，T8座塔楼CFG桩有效桩长分别为12.5m及14.0m，单桩承载力特征值分别为580KN和760KN。基底天然地基承载力标准值为150kpa,桩间土挤密效应系数一般取1.2,桩间土强度发挥系数一般取0.75，按式和式计算，求得深度修正后复合地基承载力标准值。（2）变形计算：按式对T7，T8座楼进行计算，在附加应力作用下沉降计算计算结果分别为：T7幢21.338mm。（详见计算书）。T8幢31.602mm。（详见计算书）附：1、T7栋设计计算书2、T8栋设计计算书3、T7栋复合地基施工图4、T8栋复合地基施工图----------------------------------------------------------------------计算项目:T7号楼17号钻孔承载力及下卧层计算----------------------------------------------------------------------[计算简图]----------------------------------------------------------------------[计算条件]----------------------------------------------------------------------[基本参数]地基处理方法：CFG桩法[基础参数]基础类型：矩形基础基础埋深： 10.350(m)基础宽度： 27.440(m)基础长度：19.650(m)基础覆土容重： 20.000(kN/m3)基底压力平均值： 400.0(kPa)基底压力最大值： 400.0(kPa)[土层参数]土层层数： 13地下水埋深： 50.000(m)压缩层深度：23。00(m)沉降经验系数： 0.200地基承载力修正公式：承载力修正基准深度d0：0.500(m)序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力ＮｂＮｄ(m)(kN/m^3)(kN/m^3)(MPa)(kPa)1杂填土1.40016.0---5.00080.00.0001.0002粘性土1.90019.3---10.000130.00.0001.0003粉土5.40019.1---12.000140.00.0001.0004粘性土3.20020.0---20.000150.00.0001.0005中砂1.10020.0---22.000180.00.0001.0006粘性土0.80020.0---12.000180.00.0001.0007中砂3.70020.0---20.000180.00.0001.0008粗砂4.30020.0---38.000200.00.0001.0009粉土5.50020.0---12.000170.00.0001.00010粗砂5.00020.0---40.000260.00.0004.40011粘性土3.00020.0---16.980220.00.0004.40012细砂1.90020.0---25.000200.00.0001.50013粗砂4.10020.0---45.000300.00.0004.400Ｎｂ--基础宽度地基承载力修正系数Ｎｄ --基础深度地基承载力修正系数[CFG桩参数]桩布置形式：矩形桩竖向间距： 1.500(m)桩水平间距： 1.500(m)桩直径： 400(mm)桩长： 12.500(m)承载力计算公式：单桩承载力特征值： 580.000(kN)桩间土挤密效应系数1.2,桩间土强度发挥系数0.75桩间土承载力折减系数：1.2x.75=0.900垫层厚度： 200(mm)筏板超出桩外侧的距离：240(mm)基础边缘外桩的排数(横向)： 0基础边缘外桩的排数(竖向)： 0[处理土层参数]土层天然土层层ff提高高系数k桩间土fssk天然然土层Essø44150..01.0000150..020..0000.0055180..01.0000180..022..0000.0066180..01.0000180..012..0000.0077180..01.0000180..020..0006.8888200..01.0000200..038..00017..699170..01.0000170..012..00023..0f--表示原始始土层承载载力特征值值(kPa))fskk--表示桩间间土承载力力特征值((kPa))Es--表示压缩缩模量(MPa))ø--表示压力力扩散角((度)--------------------------------------------------------------------------------------计算结果:--------------------------------------------------------------------------------------1.基础底面面处承载力力计算基底平平均压力ppk：4000.0(kkPa)基底最最大压力ppkmaxx：4000.0(kkPa)基底自自重压力ppc：1933.3(kkPa)置换率率m：0.0056桩间土土承载力ffsk：1500.0(kkPa)复合地地基承载力力特征值ffspk：：3855.2(kkPa)修正后后复合地基基承载力特特征值fzz： 569..1(kPPa)pk<=ffz,满满足！pkmmax<<=1..2*fzz,满足足！因此复复合地基承承载力满足足要求！2.地基处理理深度范围围内土层的的承载力验验算土层号号深度øpzzppczpzz+ppczfz是是否满足(m))((度)(kPPa)(kkPa)((kPa))(kPaa)5111.9000.02206.88226..24333.06227.4满满足！6113.0000.02206.88248..24555.06449.4满满足！7113.8000.02206.88264..24711.06665.4满满足！8117.5006.81193.22338..25311.47556.3满满足！9221.800117.31159.33424..25833.58116.7满满足！3.下卧土层层承载力验验算土层号号深度pzzppczpzz+ppczfz是是否满足(m))((度)(kPPa)(kkPa)((kPa))(kPaa)9222.955220.21150.55447..25977.78226.3满满足！110227.300223.01119.44534..26533.625667.5满满足！111332.300223.094.22634..27288.429667.3满满足！112335.300223.082.88694..27777.012226.6满满足！113337.200223.076.66732..28088.834778.4满满足！ø--土层层的应力扩扩散角****pz--下下卧层顶面面处的附加加应力值****pcz--下下卧层顶面面处土的自自重压力值值****fz--下下卧层顶面面处经深度度修正后的的地基承载载力特征值值计算项目目:T8号楼18号钻孔承载载力及下卧卧层计算--------------------------------------------------------------------------------------[计算简图]--------------------------------------------------------------------------------------[计算条件]--------------------------------------------------------------------------------------[基本参数]地基处处理方法：：CCFG桩法法[基础参数]基础类类型：矩形形基础基础埋埋深：10.3350(m)基础宽宽度：33.444(m)基础长长度：19.665(m)基础覆覆土容重：：20.0000(kkN/m33)基底压压力平均值值：6000.0(kkPa)基底压压力最大值值：6000.0(kkPa)[土层参数]土层层层数：13地下水水埋深：50.0000(mm)压缩层层深度：23m沉降经经验系数：：0.2地基承承载力修正正公式：承载力力修正基准准深度d00：0.5500(mm)序号土类类型土层厚厚容重重饱饱和容重压缩模模量承载力ＮｂＮｄ(m)(kN//m^3))(kNN/m^33)(MPaa)(kPPa)1杂填土2.2200166.0----55.000080.0000.000011.00002粘性土0.600019..3----10..000130..00.00001.00003粉土土5.2200199.1----122.0000140..00.00001.00004细砂砂1.600020..0----20..000140..00.00001.00005粘性土0.900020..0----22..000150..00.00001.00006中砂砂2.500020..0----12..000180..00.00001.00007粉土土2.500020..0----12..000180..00.00001.00008中砂砂2.000020..0----38..000180..00.00004.40009粘性土0.4400200.0----122.0000170..00.00001.500010中砂砂5.800020..0----35..0002200.00.00004.440011粗砂砂6.900020..0----38..000260..00.00004.400012粉土土2.200020..0----13..330200..00.00001.500013粗砂砂4.100020..0----45..0003000.00.00004.4400Ｎｂ--基基础宽度地地基承载力力修正系数数Ｎｄ --基基础深度地地基承载力力修正系数数[CFG桩参参数]桩布置置形式：矩形形桩竖向向间距：1.2200(mm)桩水平平间距：1.2200(mm)桩直径径：4400(mmm)桩长：：12.5500(mm)承载力力计算公式式：单桩承承载力特征征值：7700.0000(kkN)桩间土土承载力折折减系数：：0.9900垫层厚厚度：2200(mmm)垫层超超出桩外侧侧的距离：：3300(mmm)基础边边缘外桩的的排数(横向)：0基础边边缘外桩的的排数(竖向)：0[处理土层参参数]土层天然土层层ff提高高系数k桩间土fssk天然然土层Ess复合地地基Es天然土层层复合地基基è55150..01.0000150..022.0000889.366800.00.066180..01.0000180..012.0000442.266500.00.077180..01.0000180..012.0000442.266500.00.088180..01.0000180..038.00001333.833966.96.699170..01.0000170..012.0000444.177177.57.5100220..01.0000220..035.00001006.0887211.8220.2****f--表表示原始土土层承载力力特征值((kPa))****fsk--表表示桩间土土承载力特特征值(kPa))****Es--表表示压缩模模量(MPa))****---表示压压力扩散角角(度)****承载力提提高系数和和复合地基基压力扩散散角为交互互参数；****天然土层层的承载力力、压缩模模量为土层层参数，列列在这里便便于对比；；****天然土层层的压力扩扩散角、桩桩间土fssk和复合合地基压缩缩模量为计计算中间结结果。--------------------------------------------------------------------------------------计算结果:--------------------------------------------------------------------------------------1.基础底面面处承载力力计算基底平平均压力ppk：6000.0(kkPa)基底最最大压力ppkmaxx：6000.0(kkPa)基底自自重压力ppc：1933.1(kkPa)置换率率m：0.0087桩间土土承载力ffsk：1500.0(kkPa)复合地地基承载力力特征值ffspk：：6099.3(kkPa)修正后后复合地基基承载力特特征值fzz：7933.1(kkPa)pk<=ffz,满满足！pkmmax<<=1..2*fzz,满足足！因此复复合地基承承载力满足足要求！2.地基处理理深度范围围内土层的的承载力验验算土层号号深度pzzppczpzz+ppczfz是是否满足(m))((度)(kPPa)(kkPa)((kPa))(kPaa)6110.5000.04406.99196..16033.08220.7满满足！7113.0000.04406.99246..16533.08770.6满满足！8115.5000.04406.99296..17033.09220.5满满足！9117.5006.63392.55336..17288.69552.3满满足！110117.9007.53389.44344..17333.510001.3满满足！3.下卧土层层承载力验验算土层号号深度pzzppczpzz+ppczfz是是否满足(m))((度)(kPPa)(kkPa)((kPa))(kPaa)110223.055220.22297.22447..17444.321444.7满满足！111223.700221.82287.22460..17477.322441.7满满足！112330.600223.02202.22598..18000.310882.5满满足！113332.800223.01183.00642..18255.130882.2满满足！****---土层的的应力扩散散角****pz--下下卧层顶面面处的附加加应力值****pcz--下下卧层顶面面处土的自自重压力值值***fz--下下卧层顶面面处经深度度修正后的的地基承载载力特征值值T7，T8沉降计算（一）T7，TT8中心沉降降计算T7，T8中心点沉沉降计算塔楼号基底应力（Kppa）左下角坐标（mm）右上角坐标（mm）基础底面标高ZZ（m）自重附加应力XYXYT72002000.0000.00027.27017.650-10.3500T82004000.0000.00060.70017.650-10.3500计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）1（T7中心点）13.663588.8255序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注112.5019.0034.32216.5019.0038.00322.0019.0021.07427.0019.0040.00530.0019.0035.65631.9019.0043.00736.0019.0045.00843.7019.0045.00945.2019.0050.001049.5019.0055.00计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）2（T8中心点）44.004088.8255序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注114.0019.0051.48216.5019.0038.00322.0019.0021.07427.0019.0040.00530.0019.0035.65631.9019.0043.00736.0019.0045.00843.7019.0045.00945.2019.0050.001049.5019.0055.00矩形均布荷载基基础下沉降降计算按建建筑地基基基础设计规规范GB500007--20022计算计算点编号1计算点座标x＝＝13.6635y＝8.8225压缩层厚度Znn＝23.000mS（1）＝64.511mmS（2）＝13.255mmS（3）＝26.700mmS（4）＝2.24mmmS'＝106.69mmm加权ES＝31.79MPPaψS＝0.20S＝21.338mmm计算点编号2计算点座标x＝＝44.004y＝8.8225压缩层厚度Znn＝23.000mS（1）＝92.355mmS（2）＝14.799mmS（3）＝47.099mmS（4）＝3.77mmmS'＝158.01mmm加权ES＝40.65MPPaψS＝0.2S＝31.602mmm（二）T7，TT8建筑物倾倾斜计算T7，T8角点及倾斜计算算塔楼号基底应力（Kppa）左下角坐标（mm）右上角坐标（mm）基础底面标高ZZ（m）自重附加应力XYXYT72002000.0000.00027.27017.650-10.6500T820040027.3000.00060.78017.650-10.6500计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）10.0000117.6550序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注113.5019.0034.32219.9019.0038.00322.4019.0023.89427.2019.0040.00530.4019.0020.50634.9019.0045.00计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）227..27017.6650序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注113.5019.0034.32220.2019.0038.00322.4019.0023.89426.6019.0040.00529.6019.0027.37计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）30.00000.0000序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注113.5019.0034.32220.0019.0038.00计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）4277.27000.0000序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注113.5019.0034.32216.5019.0038.00322.0019.0021.07427.0019.0040.00530.0019.0035.65631.9019.0043.00736.0019.0045.00843.7019.0045.00945.2019.0050.001049.5019.0055.00计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）5277.300017.6650序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注114.0019.0051.48220.2019.0038.00322.4019.0023.89426.6019.0040.00529.6019.0027.37计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）660..780117.6550序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注114.0019.0051.48217.7019.0038.00320.4019.0025.08425.4019.0040.00532.0019.0025.56634.6019.0045.00计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）7277.30000.0000序号层底深度（m）重度KN/m3压缩模量Es（Mpa）备注114.0019.0051.48216.5019.0038.00322.0019.0021.07427.0019.0040.00530.0019.0035.65631.9019.0043.00736.0019.0045.00843.7019.0045.00945.2019.0050.001049.5019.0055.00计算点号计算点坐坐标X（m）Y（m）8600.78000