探析高层结构地基承载力深度修正系数的计算合理性

2012-08-30 16:54:00 科学时代·下半月 2012年6期

高攀

[摘 要] 对于高层结构地基承载力深度修正系数计算的合理性而言,必须要根据实际对施工情况考虑其地基承载力的计算并由此来照应深度修正系数计算,确保更规范地规划计算取值。本文围绕高层建筑施工的深基础地基承载力的控制展开来相应对计算研究,主要通过地基承载力深度修正系数的计算探析,以实际工程情况为主,对其计算对合理性进行了分析。

[关键词] 高层承载力深度修正系数计算

中国建筑部门规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑,近年来我国施工领域高层建筑施工技术发展不断创新,其施工理论和高层建筑施工与一般建筑施工存在区别。本文围绕高层建筑施工的深基础地基承载力的控制展开来相应对计算研究,主要通过地基承载力深度修正系数的计算探析,以实际工程情况为主,对其计算对合理性进行了分析。

1.工程实例

1.1建筑概述

本次分析研究对建筑物位于乌鲁木齐城北片区东侧,相邻扬子江路总建筑面积约36000平方米,建筑为13层,无地下室。整体建筑为整体构造,地上部分划分为三个独立对单元建筑体。设计基本参数情况如下:工程±0.000m相当于绝对标高为23.900m。工程设计使用年限为50年,地面粗糙度为C类,设计基本风压为0.45 kN/m2,基本雪压为0.35kN/m2,抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.2g,II类场地土,不考虑地基土液化影响,场地特征周期值0.35s。场区在50m的勘察深度范围内有一层地下水,埋深约为11.300~12.200m,地下水对混凝土和混凝土中钢筋均无腐蚀性。

1.2地基施工情况

本次地基对施工主要根据当地对水文地质情况选择来进行地基施工方案的选择,主要的依据是相邻对扬子江路对高层建筑物地基施工情况,选择了较为经济合理对建筑基础形势。砌体结构优先采用刚性条形基础,如灰土条形基础、C15素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础和四合土条形基础等,当基础宽度大于2.5m时,可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。主裙连体变刚度调平施工过程中,对于主裙连体建筑,应按增强主体、弱化裙房的原则设计。

地基(桩土)—基础—上部结构共同作用下,为使变刚度调平概念设计更趋向合理、可靠、实用,宜在概念设计的基础上进行地基(桩土)—基础—上部结构共同作用计算分析,进一步调整布桩,使差异变形降到最小,并计算确定基础、承台的内力与配筋。

2.地基承载力计算

本次施工对地基承载力的计算采用来天然地基承载力设计值的计算,地基在保证稳定性的条件下,满足建筑物基础沉降要求的所能承受荷载的能力。可由塑性荷载直接,也可由极限荷载除以安全系数得到,或由地基承载力标准值经过基础宽度和埋深修正后确定。本次计算先是打孔勘察土质分层、厚度等,通过勘察报告资料的数据测算出地基承载力。然后代入公式进行取值的确定。“f=fk+ηb?γ?(b- 3) +ηd?γ0?(d- 0.5)”式中,f为地基承载力设计值,kPa;fk地基承载力标准值=140 kPa;γ为基底以下土的重度,kN/m3;γ0为基底以上土的有效重度(加权平均值)=15kN/m3;ηb为宽度修正系数;ηd为深度修正系数;d为持力层顶面埋深=9.2 m。因考虑对深度修正系数进行讨论,宽度修正系数取ηb=0。f=fk+ηd?γ0?(d- 0.5),ηd=4.4,代入式,则f= 140 + 4.4×15×(9.2 - 0.5) = 714(kPa)。附加压力值pz,可按双层地基中附加应力分布计算。为简单实用,也可采用应力扩散角的概念计算。地基扩散角。向下传递和扩散,并假定均匀分布,根据扩散前后总压力相等的条件,求得扩散面上的附加压应力,按公式“pz+pcz≤faz” 式中 Pz——软弱下卧层顶面处的附加压力值,kPa;pcz——软弱下卧层顶面处的自重压力值,kPa;faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值,kPa。

3.深度修正系数的处理

本次工程施工对过程中由于采用了桩土地基的形式,因此深度修正是考虑土的侧限作用对地基承载力的有利影响,所以要对按无侧限情况所得到的地基承载力基本值进行修正。仅就地基承载力而言先后填土并无区别,基础底面上的土越高侧限作用就越大,抵抗基底下楔形体向外挤出的压力就越大。《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)规定,地基承载力特征值可由载荷试验等方法综合确定,当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,从载荷试验或其它方法确定的地基承载力特征值,尚应进行修正。经计算,承载力满足要求。但是地勘报告上要求,为了减小基础的不均匀沉降,在基础下铺0。5到1.0米厚的整片级配砂石垫层,这样的话,地基承载力修正系数就变了,根据《地基处理规范》3.0.4条规定,不铺设级配砂石垫层的话,宽度修正系数是3.0,深度修正系数是4.4,铺设了砂石级配垫层之后,宽度修正系数就变成了0,深度修正系数变成了1。

4.需要注意的问题

如前所述,用深度修正系数比传统的用土工试验压缩模量计算既快又省费用,值得推广,各地可以在总结经验的基础上确定本地区的沉降经验系数。计算公式简单明了,土层的压缩模量是取土自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算。因此在具体的计算过程中需要考虑到深度修正系数的承载力情况计算,同时也要考虑到实验计算前对试体材料的取得,钻探取样要在试验点下取样,测定材料含水量。取样数量如下:最大粒径不大于5mm,试样数量约120g;最大粒径不大于25mm,试样数量约250g;最大粒径不大于40mm,试样数量约500g。

5.影响高层结构地基承载力深度修正系数取值的因素分析

高层结构的建筑物对地基承载力对要求更高,因此中采用传统天然地基承载力的计算过程中往往会使得地基对强度出现变形,缺乏有效的控制措施。而且,在具体的施工过程中也会发现,对地基处理前后的地基承载力特征值进行深宽修正,因所依据的规范不同,采用不同的承载力修正公式。取宽度深度修正系数为0,深度修正系数为1,造成了处理后的复合地基承载力修正的提高量不大,可能仍然不满足地基强度要求,甚至有比地基处理前反而有所降低的现象。高层建筑埋置深度为零或接近于零。这种情况下则不能进行地基承载力的深度修正,此时可将基础周边地下构筑物的重量折算为土容重厚度,近似进行深度修正。相应的高层结构地基承载力深度修正系数取值。即S≤C,C为抗力或变形的限值;pk≤fa(地基);Qk≤Ra(桩基)。此时特征值fa、Ra即为正常使用极限状态下的抗力设计值。承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,即γ0S≤R计算,此时地基反力p、桩顶下反力Ni和主动土压力Ea等相应为荷载设计值,要采用相应的分项系数。

综上所述,对于高层结构地基承载力深度修正系数计算的合理性而言,必须要根据实际对施工情况考虑其地基承载力的计算并由此来照应深度修正系数计算,确保更规范地规划计算取值。

参考文献:

[1]戴洪军, 刘益平, 任治军. 某电厂工程地基承载力与深度修正系数的取值[J]. 电力勘测设计, 2010,(06).

[2]李镜培,侯胜男. 上海地区天然地基极限承载力计算公式探讨[J]. 工程勘察, 2009,(04) .

[3]李镜培,陈乐意,梁发云. 地基承载力理论计算公式在合肥地区适用性分析[J]. 勘察科学技术, 2009,(06) .

[4]毛群芳,徐四一. 对天然地基承载力计算公式的理解和应用[J]. 上海地质, 2003,(03) .

[5]韓晓雷, 张辉, 水伟厚, 张文龙. 强夯法处理沙漠地基的载荷试验尺寸效应研究[J]. 工程勘察, 2011,(06).