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    淺析結構設計中的地基基礎設計

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    淺析結構設計中的地基基礎設計

    發布日期:2020-03-28 作者: 點擊:

    淺析結構設計中的地基基礎設計


        “萬丈高樓平地起”,不管是什么樣的房屋建造都是由地基基礎開始,而基礎又都是從地基生根的。因此建筑物整個結構設計中基礎設計具有非常重要的地位,基礎起到建筑物上部結構和下部地基連接的紐帶作用。本文結合具體的工程,簡單介紹了地基基礎方案的選擇方法,就結構的經濟性、安全性和適用性等各方面分析說明其基礎及地基方案優化的重要性。

      地基基礎是建筑結構很重要的一個組成部分。地基基礎設計時需要綜合考慮建筑物的情況和場地的工程地質條件,并結合施工條件以及工期等各方面要求,合理選擇地基基礎方案,因地制宜,精心設計,以保障地基基礎工程安全可靠,經濟合理。

      1.工程概況

      本工程用地北面緊鄰26m寬為民路,南面為小區規劃路,東面為僑興一路,西面為和諧路。英紅鎮地處清遠市英德市(縣級市)中部,地處亞熱帶氣候圈,土地肥沃,氣候溫和。主要的災害性天氣僅為春季的低溫梅雨和秋季的寒露風,其他氣候因素對項目的影響不大。

      2.設計條件

      本工程總高度為55.4m,地上17層,結構形式采用現澆鋼筋混凝土框支剪力墻結構,基礎埋深負4.2m,室內外高差0.3m。

      根據初步鉆探資料,巖土性質及空間分布變化較大,且發育有土洞、溶洞等不良地質現象,地基基礎的合理設計就成為該項目設計的難點之一。場地內地基巖土層主要有:第四系人工填土層、第四系沖洪積層、殘積層、石炭系下統測水組地層。各巖土層的分布及其工程地質特征自上而下分述如下:

      注:場地土對混凝土結構具弱腐蝕等級,對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕等級,對鋼結構具弱腐蝕等級微弱的腐蝕性,在基礎設計和施工時應按有關規范的要求采取防護措施。

      場地地下水位埋深為0.40~9.40米。綜合評定本場地地下水對混凝土結構具有弱腐蝕性,對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性。

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      3.地基基礎方案的選擇

      建筑物的基礎類型很多,如條形基礎、獨立基礎、筏板基礎、十字型基礎、樁基礎和箱形基礎等。在選擇基礎類型時,應結合地基土的埋藏情況和物理力學性質、荷載大小、地下水位的高低以及施工條件、使用要求、上部結構的形式、造價、工期等因素綜合考慮。應進行適宜的經濟和技術方案比對,選擇合理的地基基礎方案。

      在地基基礎方案選擇時,一般應優先考慮在開挖基坑基礎埋置不深,無需復雜的施工設備,用料較省的天然地基或淺基礎,必要時這類地基在排水疏干和支護坑壁后,地基可以不處理就可以進行修建,達到造價低,工期短的效果。只有當天然地基不能適應上部結構的荷載、地基條件、使用及構造要求時,再考慮采用其他復雜的或大型的淺基礎、深基礎或人工處理地基等施工技術特殊、造價高的地基基礎方案。

      在具體的建設工程中,地基基礎形式的選擇通常要考慮以下因素:

     ?。?)地基條件,如各土層的強度與變形性質,地下水位情況,地基的土層分布等地基條件,都是選擇基礎形式的基本依據。兩個同樣荷載與高度的建筑物,由于兩者的地基條件不同會選用兩種完全不同的基礎形式。如上海佘山假日賓館(高35.2m,鉆孔灌注樁);南京唐山酒店(高34.9m,交叉條形基礎)和山東省林業公司辦公樓(高29.65m,箱形基礎)由于地基條件不同就采用了完全不同的基礎形式。當軟弱土層厚度不深時,采用支承樁,或采用箱形基礎直接坐落在較好土層是比較合理的;當較弱土層很深時,則以采用樁―箱(筏)基礎,摩擦樁較為合理。

     ?。?)基礎形式的選擇也受到上部結構的結構體系和結構形式也影響,不同的上部結構對地基不均勻程度,變形的敏感程度是不盡相同,地基不均勻變形越敏感,在基礎設計應盡量提高基礎的總體剛度。比如,在軟土地區,高層建筑多采用樁―箱(筏)基礎。

      現行規范在樁―筏(承臺)基礎設計中是按照建筑物上部結構荷載通過對承臺厚度調整來滿足基礎承臺剛度要求的,但現行規范只對承臺厚度下限做出了相關規定,所以,承臺厚度的確定是一項具有經驗性的工作。當增大基礎承臺剛度時,可以使得承臺的撓曲減小,進而減少建筑物沉降差,并且可降低因建筑物沉降差引起建筑物上部結構引發的次生內力。但是,一旦承臺剛度過大,則會造成承臺內力加大,加大樁承受荷載的差異,這樣就不利于樁的作用發揮,造成建設項目經濟效益的浪費。

     ?。?)建筑上部結構的荷載和層數情況也是影響基礎形式的因素之一。建筑物層數越多,則荷載越大,這就要求建筑物基礎的承載能力越大,其總體剛度也相應增大。

     ?。?)由于基礎工程在工程量、材料消耗和建設項目造價等方面在建設項目中占到很大比例。因此,在技術上可行,方便施工和經濟上合理也是基礎形式選擇時應該得以注意的重要因素。

      建筑物常常因地下室或地下設備層的建造而采用箱型基礎。箱型基礎構成的地下結構可以為提供多種使用功能,如地下車庫等。另外箱型基礎具備較大的空間剛度。地下室空間較大的埋置深度和中空的結構型式,因此,箱型基礎與一般的實體基礎相比,既能降低基礎沉降量,又能顯著提高地基穩定性。但是箱型基礎也具有不可回避的缺點,既工期長、用料多、施工技術復雜、造價高,特別不得不進行深基坑開挖,必須考慮坑壁支護、人工降低地下水位以及對鄰近建筑物的影響等問題[1]。

      樁基或樁―箱(筏)基礎適宜在,地基下部不太深處埋藏有堅實地層而上部軟弱層或地層起伏較大的情況[2]。樁基礎可有效控制地基不均勻沉降差以及沉降量;對于層數較高的建筑物,樁基可承受較大的水平力以及上拔力,這樣就可以防止建筑物傾斜,起到防傾覆的作用;并且樁基礎可以承受的荷載較大,進而減小動荷載作用所形成的基礎振幅,使得基礎振動對結構的影響大大減弱。

      4. 地基基礎設計

      經計算,本工程筏基基底壓力約350~360kPa,結合工程地質剖面圖,基礎持力層為第含砂、卵石粉質粘土,其承載力低僅為170 kPa,地基土均勻性差,天然地基上的淺基礎難以滿足設計要求,應采用地基處理或采用樁基礎設計。

      根據本工程的實際情況,天然地基上的筏板基礎不可行,單考慮提高地基承載力可采用CFG樁(或素混凝土樁)對地基土進行地基處理,但地基土中夾較多卵石層,分布極不穩定,厚度差異較大。上部地基土中卵石夾層厚度2.9~7.3m,卵石卵石直徑一般2~6cm,分布不均勻。采用CFG樁(或素混凝土樁)成樁難度大,并且無法有效調整地基的均勻性,地基處理方案難以實施。長螺旋鉆孔壓灌樁基礎一般情況下使用長螺旋鉆孔,在這種土層情況下,長螺旋鉆難以進入,施工難度較大。結合上述分析,本工程不采用這兩種處理形式。

      鉆(沖孔)灌注樁基礎采用沖孔技術,鉆(沖孔)灌注樁具有相對獨立性、在堅硬的巖層具有成孔速度快等特點,但本工程場地內局部存在土(溶)洞,土(溶)洞層數為1層,洞頂埋深為11.75~13.91m,洞頂標高為22.80~25.96m,洞高0.40~6.00m,平均3.20m,土(溶)洞內無充填,鉆進時會漏水。所以采用鉆(沖孔)灌注樁基礎時,應采用樁位超前鉆探結合物探等方法,進一步查明樁端以下3倍樁徑范圍內持力層的完整性及力學強度,尤其關注溶洞大小及分布狀況,根據實際地質情況,征對具體的問題再做有關土(溶)洞的處理措施方案和施工方法。

      綜合比較,本工程地基形式設計時采用鉆(沖孔)灌注樁基礎。 鉆(沖)孔灌注樁為端承摩擦樁,樁身直徑有Φ0.80m、Φ1.0m、Φ1.2m、Φ1.4m等共4種,單樁豎向承載力特征值分別有Φ0.80m為3300 kN、Φ1.0m為5100 kN ,Φ1.2m為7400 kN ,Φ1.4m為10000 kN 具體詳鉆孔樁大樣圖,樁身混凝土強度等級C35。鉆(沖)孔樁凈長約15~36米,要求樁端進入微風化泥炭質灰巖層不少于0.5D,入巖深度必須從完整的巖面算起。

      5.結束語

      總之,在房屋建筑方面,基礎設計和施工是至關重要的,要保障建筑結構的安全,同時還要降低工程的造價,只有選擇合理的基礎形式和計算方法。


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