咨询热线:17736920826

行业新闻

结构设计中的地基基础设计

本站     2020-3-23 11:06:15    

高楼平地起”,不管是什么样的房屋建造都是由地基基础开始,而基础又都是从地基生根的。因此建筑物整个结构设计中基础设计具有非常重要的地位,基础起到建筑物上部结构和下部地基连接的纽带作用。本文结合具体的工程,简单介绍了地基基础方案的选择方法,就结构的经济性、安全性和适用性等各方面分析说明其基础及地基方案优化的重要性。 
  地基基础是建筑结构很重要的一个组成部分。地基基础设计时需要综合考虑建筑物的情况和场地的工程地质条件,并结合施工条件以及工期等各方面要求,合理选择地基基础方案,因地制宜,精心设计,以保证地基基础工程安全可靠,经济合理。 
  1.工程概况 
  本工程用地北面紧邻26m宽为民路,南面为小区规划路,东面为侨兴一路,西面为和谐路。英红镇地处清远市英德市(县级市)中部,地处亚热带气候圈,土地肥沃,气候温和。主要的灾害性天气仅为春季的低温梅雨和秋季的寒露风,其他气候因素对项目的影响不大。 
  2.设计条件 
  本工程总高度为55.4m,地上17层,结构形式采用现浇钢筋混凝土框支剪力墙结构,基础埋深负4.2m,室内外高差0.3m。 
  根据初步钻探资料,岩土性质及空间分布变化较大,且发育有土洞、溶洞等不良地质现象,地基基础的合理设计就成为该项目设计的重点与难点之一。场地内地基岩土层主要有:第四系人工填土层、第四系冲洪积层、残积层、石炭系下统测水组地层。各岩土层的分布及其工程地质特征自上而下分述如下:
  注:场地土对混凝土结构具弱腐蚀等级,对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀等级,对钢结构具弱腐蚀等级微弱的腐蚀性,在基础设计和施工时应按有关规范的要求采取防护措施。 
  场地地下水位埋深为0.40~9.40米。综合评定本场地地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。 
  3.地基基础方案的选择 
  建筑物的基础类型很多,如条形基础、独立基础、筏板基础、十字型基础、桩基础和箱形基础等。在选择基础类型时,应结合地基土的埋藏情况和物理力学性质、荷载大小、地下水位的高低以及施工条件、使用要求、上部结构的形式、造价、工期等因素综合考虑。应进行适宜的经济和技术方案比对,选择合理的地基基础方案。 
  在地基基础方案选择时,一般应优先考虑在开挖基坑基础埋置不深,无需复杂的施工设备,用料较省的天然地基或浅基础,必要时这类地基在排水疏干和支护坑壁后,地基可以不处理就可以进行修建,达到造价低,工期短的效果。只有当天然地基不能适应上部结构的荷载、地基条件、使用及构造要求时,再考虑采用其他复杂的或大型的浅基础、深基础或人工处理地基等施工技术特殊、造价高的地基基础方案。 
  在具体的建设工程中,地基基础形式的选择通常要考虑以下因素: 
  (1)地基条件,如各土层的强度与变形性质,地下水位情况,地基的土层分布等地基条件,都是选择基础形式的基本依据。两个同样荷载与高度的建筑物,由于两者的地基条件不同会选用两种完全不同的基础形式。如上海佘山假日宾馆(高35.2m,钻孔灌注桩);南京唐山酒店(高34.9m,交叉条形基础)和山东省林业公司办公楼(高29.65m,箱形基础)由于地基条件不同就采用了完全不同的基础形式。当软弱土层厚度不深时,采用支承桩,或采用箱形基础直接坐落在较好土层是比较合理的;当较弱土层很深时,则以采用桩―箱(筏)基础,摩擦桩较为合理。 
  (2)基础形式的选择也受到上部结构的结构体系和结构形式也影响,不同的上部结构对地基不均匀程度,变形的敏感程度是不尽相同,地基不均匀变形越敏感,在基础设计应尽量提高基础的总体刚度。比如,在软土地区,高层建筑多采用桩―箱(筏)基础。 
  现行规范在桩―筏(承台)基础设计中是按照建筑物上部结构荷载通过对承台厚度调整来满足基础承台刚度要求的,但现行规范只对承台厚度下限做出了相关规定,所以,承台厚度的最终确定是一项具有经验性的工作。当增大基础承台刚度时,可以使得承台的挠曲减小,进而减少建筑物沉降差,并且可降低因建筑物沉降差引起建筑物上部结构引发的次生内力。但是,一旦承台刚度过大,则会造成承台内力加大,加大桩承受荷载的差异,这样就不利于桩的作用发挥,造成建设项目经济效益的浪费。 
  (3)建筑上部结构的荷载和层数情况也是影响基础形式的因素之一。建筑物层数越多,则荷载越大,这就要求建筑物基础的承载能力越大,其总体刚度也相应增大。 
  (4)由于基础工程在工程量、材料消耗和建设项目造价等方面在建设项目中占到很大比例。因此,在技术上可行,方便施工和经济上合理也是基础形式选择时应该得以注意的重要因素。 
  建筑物常常因地下室或地下设备层的建造而采用箱型基础。箱型基础构成的地下结构可以为提供多种使用功能,如地下车库等。另外箱型基础具备较大的空间刚度。地下室空间较大的埋置深度和中空的结构型式,因此,箱型基础与一般的实体基础相比,既能降低基础沉降量,又能显著提高地基稳定性。但是箱型基础也具有不可回避的缺点,既工期长、用料多、施工技术复杂、造价高,特别不得不进行深基坑开挖,必须考虑坑壁支护、人工降低地下水位以及对邻近建筑物的影响等问题[1]。 
  桩基或桩―箱(筏)基础适宜在,地基下部不太深处埋藏有坚实地层而上部软弱层或地层起伏较大的情况[2]。桩基础可有效控制地基不均匀沉降差以及沉降量;对于层数较高的建筑物,桩基可承受较大的水平力以及上拔力,这样就可以防止建筑物倾斜,起到防倾覆的作用;并且桩基础可以承受的荷载较大,进而减小动荷载作用所形成的基础振幅,使得基础振动对结构的影响大大减弱。 
  4. 地基基础设计 
  经计算,本工程筏基基底压力约350~360kPa,结合工程地质剖面图,基础持力层为第含砂、卵石粉质粘土,其承载力低仅为170 kPa,地基土均匀性差,天然地基上的浅基础难以满足设计要求,应采用地基处理或采用桩基础设计。 
  根据本工程的实际情况,天然地基上的筏板基础不可行,单考虑提高地基承载力可采用CFG桩(或素混凝土桩)对地基土进行地基处理,但地基土中夹较多卵石层,分布极不稳定,厚度差异较大。上部地基土中卵石夹层厚度2.9~7.3m,卵石卵石直径一般2~6cm,分布不均匀。采用CFG桩(或素混凝土桩)成桩难度大,并且无法有效调整地基的均匀性,地基处理方案难以实施。长螺旋钻孔压灌桩基础一般情况下使用长螺旋钻孔,在这种土层情况下,长螺旋钻难以进入,施工难度较大。结合上述分析,本工程不采用这两种处理形式。 
  钻(冲孔)灌注桩基础采用冲孔技术,钻(冲孔)灌注桩具有相对独立性、在坚硬的岩层具有成孔速度快等特点,但本工程场地内局部存在土(溶)洞,土(溶)洞层数为1层,洞顶埋深为11.75~13.91m,洞顶标高为22.80~25.96m,洞高0.40~6.00m,平均3.20m,土(溶)洞内无充填,钻进时会漏水。所以采用钻(冲孔)灌注桩基础时,应采用桩位超前钻探结合物探等方法,进一步查明桩端以下3倍桩径范围内持力层的完整性及力学强度,尤其关注溶洞大小及分布状况,根据实际地质情况,征对具体的问题再做有关土(溶)洞的处理措施方案和施工方法。 
  综合比较,本工程地基形式设计时采用钻(冲孔)灌注桩基础。 钻(冲)孔灌注桩为端承摩擦桩,桩身直径有Φ0.80m、Φ1.0m、Φ1.2m、Φ1.4m等共4种,单桩竖向承载力特征值分别有Φ0.80m为3300 kN、Φ1.0m为5100 kN ,Φ1.2m为7400 kN ,Φ1.4m为10000 kN 具体详钻孔桩大样图,桩身混凝土强度等级C35。钻(冲)孔桩净长约15~36米,要求桩端进入微风化泥炭质灰岩层不少于0.5D,入岩深度必须从完整的岩面算起。 
  5.结束语 
  总之,在房屋建筑方面,基础设计和施工是至关重要的,要保证建筑结构的安全,同时还要降低工程的造价,只有选择合理的基础形式和计算方法。

更多相关信息 还可关注中铁城际公众号矩阵 扫一扫下方二维码即可关注