高层住宅楼天然箱形基础设计

高层住宅楼天然箱形基础设计

徐,红,兵

（襄阳诚智电力设计有限公司  襄阳441002）

[摘  要]基础设计的优劣，决定着整个工程的可靠性和经济性，重视基础设计，直接关系到整个工程的安全性及经济性。本文着重介绍某小区十六层住宅楼基础设计，不是简单地采用桩基方案，而是通过科学论证，慎重地选取既安全又经济的天然箱形基础。

[关健词]十六层住宅楼基础、工程地质分析、天然地基评价、箱形基础设计、沉降观测良好

一、工程概况

某小区住宅楼工程共计三个单元十六层（地下一层），层高3.0米，房屋总高48.600米。总建筑面积17100平方米，条形布置，框架一剪力墙结构，天然箱形基础。工程于九八年七月完成施工图设计，九九年十月竣工验收，2001年度被评为湖北省优质工程，该住宅楼使用近20年时间，沉降观测良好，结构稳定。

二、上部结构形式及荷载

上部结构采用框架一剪力墙结构，即电梯井及楼梯间侧墙采用剪力墙，其它部位采用框架结构。基底整体弯曲所产生内力较大，为了避免不均匀沉降，设置两道沉降缝，即三个独立单元。

抗震设防烈度6度，抗震等级三级。

采用中科院建研所TBSA空间程序第5.0版计算。

根据TBSA计算结果，基础底面处平均压力设计值：中间单元P中=275.7Kpa，两端单元P边=263.23Kpa。

三、工程地质及场区水文地质

根据该工程地质勘察报告，工程地质及场区水文地质如下：

1、场区地层及工程力学特征

场区土层属第四系冲洪积层，具二元结构沉积特征，第IV层土为粘土，姜黄色，可塑到硬塑，中等压缩性，层位稳定，有一定厚度，承载力180Kpa，顶板埋深在自然地面以下4.0m左右，是良好的天然地基，可做箱基的主要持力层。

第V层土为粘土，土黄色，向下过渡到灰色，底部含淤泥质，承载力较低，属软弱下卧层，对该层土应进行下卧层强度验算。

2、场区水文地质条件简单，地下水分上层滞水及下层承压水。初见水位0.2-0.6m，属上层滞水位，联通性差。

四、按天然地基进行设计的可能性评价

1、地基土的均匀性评价

（1）地基土主要持力层层面坡度<10％，基坑深度按4.0m计，主要持力层指IV、V层土，第II层土被挖去。

（2）该场区地层层位稳定，基底持力层（第IV层土）和第一下卧层（V层）在基础宽度方向上，地层厚度差值均小于0.056（b=11.6）。

（3）经计算，主要压缩层（Mgb=0.9×11.6=10.4m）范围内，压缩模量的加权平均值均满足Es1-Es2<1>

以上三点综合评定: 场区为均匀地基.

2、地基持力层承载力验算

综合分析后，当基础埋深为4米，以第IV层土为特力层时，按深度修正，其承载力设计值为：

f=fk+ηbγ(b-3)+ηd*γo(d-0.5)=299.78(Kpa)

上式中fk=180，ηb=0.3，ηd=1.6，γ=19.3，γo=18.3，d=4,b=11.6取6。

根据上部结构荷载P中=275.7Kpa，P边=283.23Kpa得出P边

中

3、软弱下卧层验算

软弱下卧层承载力标准值fk=130Kpa，经深度修正fz=212.7Kpa，软弱下卧层顶面处附加压力设计值Pz=165.9Kpa，自重压力标准值Pcz=79.7Kpa，则软弱下卧层顶面所受压力为P=165.9+79.7=245Kpa>fz=212.7Kpa。下卧层不满足要求。

4、天然地基的变形量评价

（1）因基础面积大，需要考虑基础不同部位的变形差，我们以1＃和10＃、7＃和16＃钻孔，分别进行了沉降变形验算。计算方法采用规范规定的方法，设整板基础绝对柔性，荷载均布为条件，没有考虑基础和上部结构的刚度和协调工作。计算结果如表1。

最终沉降量计算结果

注：S=16.20M，Z=12.20M，A=35.5，B5.8

上表计算结果说明：楼房沉降量大，各点沉降量相对均匀，特别是横向上差异较小，无较大差异沉降。主要沉降量在土层之中，占总沉降量93％左右，砂砾石层占7％左右。计算最大深度，各点均为12.2M。

（2）由于基坑开挖为4米，应引起卸荷回弹，但开挖部分土（指I、II层土）为新近沉积土层，老土层的卸荷能量早已失效。计算变形量时，不宜考虑基坑中的卸荷回弹量。

（3）由于场区土层均匀度好，但对偏心荷载却十分敏感，因此设计时，应尽量做到形体对称，严禁过大的偏心荷载出现，以免造成过大差异沉降，导致楼房倾斜。

5、结论

经计算和综合分析判定：该场地属稳定建筑场地，采用能补偿上部结构荷载的箱形基础，基础埋深4米，以第IV层土做持力层，其天然地基承载力设计值能满足建筑物结构设计要求。场区地基土均匀性较好，但第一下卧层强度较低，应进行加固处理。

五、软弱下卧层加固处理

该工程采用机械开挖，开挖至3.6米处时，对下卧层进行加固处理，注浆孔沿轴线方向按1400

×1400间距布设，共592条，注浆深度8.50-8.70M（按基坑已挖3.60米计），加固处理后fk=157.5Kpa，满足设计要求。

六、箱形基础设计

箱形基础结构计算采用TBSA5.0版计算，配筋及构造处理介绍如下：

1、埋深及箱基高度

根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程（JGJ3-91）》第6.1.2条规定，基础埋置深度，采用天然地基时不小于建筑高度的1/12，本建筑总高度H=48.600米，1/12H=4.050米。第6.4.2条规定箱形基础高度可取建筑地面以上高度的1/8至1/12，且不宜小于箱形基础长度的1/18，也不小于3米。本工程箱基高度取4.40米。

2、箱形基础底板尺寸

根据《高层建筑箱形基础设计与施工规程（JGJ6-60）》第4.0.1条要求基底平面形心与结构竖向静荷载重心的偏心距不宜大于0.1P，P=W/F。

本工程两端单元根据电算计算，以（1）×(A)轴为座标原点，上部结构荷载重心X=11.91M，Y=6.87M，箱基底板形心X0=11.45M，YO=7.03M，ex=11.91-11.45=0.46M>0.1P=0.42M（略差），ey=7.03-6.87=0.16M<0.1P=0.26M（可）显然在X向不能满足要求，若将端头底板悬挑长由900MM改为700MM，则XO=11.5M。

ex=11.91-11.55=0.36m<0.1p=0.41m，满足要求。

3、内墙及外墙

箱形基础的外墙应沿建筑四周布置，内墙沿上部结构的柱网或剪力墙位置纵横向均布布置。平均每平方米基础面积上墙体长度不宜小于0.4米，且墙体水平截面面积不宜小于基础面积1/10。

4、顶板及地板

箱形基础的内力应同时考虑整体弯曲和局部弯曲作用，基底反力和整体弯曲所产生弯矩计算，除根据电算结果外，还应符合有关构造要求。

顶板厚度250mm，Ф16@200双层双向配筋、剪力墙部位另外加强采用Ф16@150。

底板厚度800mmФ20@150双层双向配筋. 剪力墙部位另外加强采用Ф20@150。

七、结语

本工程于九九年十月竣工交付使用，通过前期5年时间沉降观测，最大沉降量15.8mm，沉降差8.5mm，而计算沉降量均在60mm以上，实践证明采用天然箱形基础是成功的，与同类高层建筑采用桩基础相比，节约投资30万元，工期缩短近5个月。

作者简介:

徐红兵，大学本科，一级注册结构师，现从事土建设计工作。

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