(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
孔 号 | 7 | 16 | 1 | 10 |
规范法计算结果 | 28.34cm | 28.18cm | 27.42cm | 27.62cm |
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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