筑 技 术 第37卷第3期2006年3月 ・168・ 建 Architecture Technology V01.37 No.3 Mar.20o6 复杂地质条件下带裙房高层建筑疏桩基础设计 应宏伟 ,沈青松 ,严细水 ,陈忠麟2,李建坤2 (1.浙江大学建筑工程学院,310027杭州;2.中国联合工程公司程泰宁建筑设计研究所,310014杭州) 摘要:疏桩基础是一种复合桩基,它是介于天然地基和常规桩基础的一种过渡基础形式,在多层民用建筑 中已有应用,但在带裙房的高层建筑中应用很少。杭州金都华府小区地质条件复杂,其高层住宅采用疏桩基础, 经济效益显著。 关键词:疏桩;复合桩基;高层建筑;沉降控制 中图分类号:TU 473 文献标识码:B 文章编号:1000-4726(2006)03—0168一O4 DESIGN OF SPARSE PILE FOIfNDATION 0F HIGH—R璐E BUⅡ DING、】l唧POD删UNDER CoMPLICATED GEOLOGICAL CONDITIONS YING Hongwei’,SHEN Qingsong’,YAN Xishui’,CHEN Zhonglin。,LI Jiankun (1.School of Civil Engineering and Architecture,Zhejiang University,3 10027,Hangzhou,China; 2.Cheng Taining Architectural Design and Research Institute,China United Engineering Corporation, 310014,rtnagr ̄ou。China) Abstract:Sparse pile foundation,a composite pile foundation between natural base and ordinary one,has been applied to multi-storied civil buildings,but less used in such high-rise buildings as with podium.When it was used in the high-rise buildings of Hangzhou Jindu Residence Sub-Distirct where has complicated geological conditions,obvious economical benefit was achieved. Key words:sparse pile;composite pile foundation;high-rise building;settlement control 疏桩基础是考虑桩和承台底地基土共同承担荷 用地面积为74 514 m ,总建筑面积约132 709 m ,共有 载的一种复合桩基fJJ,是介于天然地基和常规桩基础 l8幢小高层和高层住宅。住宅范围下部为连体地下车 的一种基础形式。它按传统桩基确定的桩数和桩距进 库,埋深约5m。 行精简和疏布,由沉降控制要求确定用桩数量的低承 拟建场地属滨海冲积平原地貌,各地基土层的分 台摩擦桩基础,桩距一般大于5倍桩径。 层及物理力学性质指标如表1。从总体上看,上部除 疏桩基础应用有以下优越性:(1)单桩可以承担 20 ̄35 m深度范围内夹有⑤号和⑦号两个相对较软弱 趋予极限承载力的荷载;(2)考虑承台下地基土承担 土层外,地层分布较稳定,基底位于②一1粘质粉土和 荷载,桩一土一台共同工作;(3)采用少量桩即可大量减 ②一2砂质粉土层交界面附近。下部地质条件极为复 少沉降,使沉降控制在允许范围之内;(4)用桩数量减 杂,特别是岩溶等不良地质作用发育,⑧一2 a粘土混碎 少,经济效益显著,对环境影响较小。 石层底有下卧溶(土)洞分布(离地面约41 m),已揭示 虽然国内外对疏桩基础展开了大量研究[2切,但到 的岩溶最大孔深达7.0m,基岩(灰岩)顶面略有起伏。 目前为止,国家标准地基规范[81还未提及疏桩基础的 浅层地下水位距离地面1 ̄2 m。 具体分析和计算方法,惟独上海市地基规范翻将控制 勘察报告中按规范方法对地基上部的②一1粘质 沉降复合桩基作为地基处理设计要点中的一节予以 粉土、②一2砂质粉土、②一3粉砂层进行液化判别,在近 介绍,但又将其在软土地区的应用限制在8层以下多 震7度设防时判别地基土为不液化土,但下部第四系覆 层建筑物,且该规范根据上海地区的工程经验,建议 盖层中存在土洞,场地划属对抗震不利地段。 复合桩基中的桩采用桩身截面边长小于等于250 mm、 小区北侧有4幢高层住宅,其中16号、18号和19号 长细比在8O左右的预制桩。本文尝试将疏桩基础应用 楼地面以上为12层,17号楼为15-16层,地下车库连通 于复杂地质条件下带裙房高层住宅中。 中心空地作为裙房。根据设计思路,从使用功能上考 l工程概况 虑,住宅楼与地下车库之间不考虑设置沉降缝,底板整 杭州金都华府住宅小区为综合住宅小区,建筑总 体浇筑,平面位置如图1。 收稿目期:2005-10—18 2基础方案比较与选择 作者简介:应宏伟(1971一),男,江西萍乡人,浙江大学建筑工程学院。副 教授,博士。 该住宅小区高层住宅区上部荷载大,且设计功能 维普资讯 http://www.cqvip.com
2006年第3期 应宏伟,等:复杂地质条件下带裙房高层建筑疏桩基础设计 ・169・ 表1各土层主要物理力学指标 层号 土层名称 层厚/m 重度 /kN・m。 孔隙比e 压缩模量 地基士承载力 钻孔桩侧阻 钻孔桩端阻 El MPa 特征值A/kPa 特征值q。/kPa 特征值q /kPa ① 杂填土 1.3 18.5 ②一1 粘质粉土 3.7 l9.1 0.821 l1.O 140 l2 ②一2 砂质粉土 7.9 19.6 0.730 14.0 2oo 22 ②一3 粉砂 6.5 19.4 0.756 l2.O 170 20 ④ 粉质粘土 8.4 19.6 0.761 9.0 18O 22 ⑥ 粉质粘土 7.4 l9.7 0.745 7.5 190 28 60o ⑧一2a 粘土混碎石 1.7 21.2 O.5l9 l8.O 280 35 8oo 以现有的勘探设备和方法,尚不能完全探明溶洞、土洞 的大小和范围;采用常规桩基础穿透或填充溶洞、土洞 难度大,桩基施工中的随机性因素较多,施工质量难以 保证,也不宜采用。 2.3疏桩基础 若以②一2号为持力层,经验算,修正后的地基承 载力已基本满足基底压力的要求。若适当布置间距较 大的摩擦桩,使基础下的地基土与桩共同分担上部荷 载,桩数按沉降控制要求确定,既可使基础沉降和不均 匀沉降控制在允许范围之内,又可避免常规桩基将基 底附加应力全部传递到地层深部而影响岩溶稳定,因 图1 16至19号楼及地下车库平面示意图 此可以考虑疏桩基础的方案。 上要求主楼与地下车库之间不设沉降缝,建筑物对沉 尽管本工程与上海市地基规范邯艮定的应用场合 降和不均匀沉降变形要求很高,加之岩溶、土洞等不良 有差别,但从工程本身的特点和基础方案的要求来分 地质作用发育使场地地质条件极为复杂,因此基础方 析,可以考虑采用沉降控制复合桩基作为该住宅小区 案的选择将直接影响工程的安全度和总造价。 高层住宅的基础方案,但需通过详细计算来研究和论 对小高层及高层建筑,根据结构对沉降和不均匀 证其可行性。 沉降的要求,有以下基础方案可供选择。 2.1地基处理 3疏桩基础设计计算 高层住宅基底至约20m深度范围内为②一l粘质粉 以17号楼的基础设计为例,该楼地上15—16层,一 土、②一2砂质粉土和②一3粉砂,其中后两层土的厚度 层地下室,框架结构,总建筑面积约10500m2,建筑单 大,力学强度较高,中等压缩性。经验算,若采用天然地 体上部荷载效应标准组合值为150929kN,准永久组合 基,以②一2号土作为持力层,经基础深度和宽度修正 值为142958kN。现主要按上海地基规范[91和《建筑桩基 后的地基承载力已基本满足基底压力的要求,但沉降 技术规范》 设计疏桩基础。 过大,显然是不合适的。考虑用振冲碎石桩法或振动挤 3.1基底附加压力验算 密砂石桩法等方法处理上部地基,使基础直接位于加 选用直径0.6 m的钻孔灌注桩,以⑧层为桩端持力 固后的人工地基上,但场地20 ̄35 m深度范围内夹有⑤ 层,有效桩长25 m;基础采用平板式筏板基础,按外墙 号和⑦号两个相对较软弱土层,该深度按现有地基处 挑出1.5 m考虑,得到基底总面积为724-3 m ,地下室和 理方法一般无法处理,造成主楼与裙房车库相邻基础 底板两者相加的荷载取40kN/m 。基底埋深取5.0m,选 的沉降差较大,不宜采用。 用②一2层为持力层,按规范方法[71进行基础宽度和深 2.2常规桩基础 度修正后的天然地基承载力特征值为295 kPa。扣除常 采用大直径钻孔灌注桩或预应力钢筋混凝土空心 水位下基底浮力,对应荷载效应标准组合和准永久组 管桩,根据上部结构荷载和地层分布情况选择基岩作 合的基底压力标准值见表2。 为持力层,对正常地质条件下的高层建筑而言是完全 由表2可知,与修正后的地基承载力特征值相比, 满足要求的。但是由于该场地下部溶(土)洞的存在,且 天然地基承载力满足要求;对⑤号和⑦号两个较软弱 维普资讯 http://www.cqvip.com
・170・ 建筑技术 第37卷 表2不同荷载组合下的基底压力 项目 标准组合 准永久组台 基底平均压力/kPa 205 194 基底附加压力/kPa 154 143 的夹层,经验算下卧层承载力也满足要求。 3.2桩数确定 3.2.1 常规桩基桩数确定 为研究计算方便,先将基础底面形状按面积相等、 形心基本重合的原则适当简化成45 mxl6.1 m的规则 矩形来探讨桩数与基础沉降的关系。 由表1可确定单桩竖向承载力特征值为1 207 kN, 端阻比为0.141,且满足桩身结构强度要求;按常规设 计方法,单桩承载力设计值为732kN,需用桩2oo根。 3.2.2疏桩基础桩数确定 由文献[8】按常规桩基桩数(200根)、常规桩基所 需桩数的1/3(70根)和桩数为0(天然地基)三种情况 下,分别计算均匀布桩时基础中心处沉降,并按线性变 化假定求得基础中心沉降量S和桩数/t'的关系如图2。从 图2可知,当用桩数为60时基础沉降量约为6cm。 桩数n/根 图2沉降量S和桩数n关系曲线 为校核基础沉降计算结果,按实际基础形状和剪 力墙、柱的位置布置60根桩,另采用同济大学的AU- TOSTRUC软件,按照实际桩位布置60根桩时的基础计 算沉降量如图3。 图3按实际基础平面布桩的疏桩基础计算沉降值(era) 从图3可以发现,按AUTOSTRUC软件得到的各桩 沉降在4.0~7.5cm之间。根据类似工程的经验,这样的 沉降量是可以接受的。 3.3基岩顶面或溶洞顶面附加应力分析 由于⑧一2a粘土混碎石土层下面可能存在埋藏深度 较大的溶(土)洞,采用常规桩基的基础形式时,若不对 潜在的岩溶进行处理,基底附加应力传递到地层深部将 严重影响岩溶稳定。采用疏桩基础的另一优势是可将溶 洞顶面的附加应力减少到一定程度。基础中心下41 m深 处,桩数,l与基础中心点下相应基岩面或溶洞、土洞顶面 的附加应力与自重应力比的关系曲线见图4。 喾 血 暑 莲 图4基础中心下41m处附加应力与自重应力比和桩数/7,关系曲线 从图4可知,基岩顶面或溶洞顶面的附加应力随桩 数量的增加而逐渐增加,采用常规桩基桩数时附加应 力达到最大;从其变化过程来看,也是初期增大幅度比 较明显,若采用常规桩基,基岩顶面或溶洞顶面的附加 应力与自重应力的比值可达到10%,而采用60根桩的 疏桩基础则可减少到8.5%。由此可见,复合桩基在一 定程度上降低7基岩顶面或溶洞顶面的附加应力。另 外还可看出,若不采用打穿溶洞的基础方案,从维持潜 在的溶洞、土洞稳定的角度出发,桩数也不宜过多。 3.4基础筏板内力有限元分析 以16至19号楼连同裙房地下车库基础作为研究对 象,中心车库的基础按抗浮考虑,每柱下设2根抗拔桩; 将桩和桩间土简化为弹簧作用于筏板下,桩弹簧刚度 根据前述桩顶荷载作用下引起单桩的沉降值得到柔度 再取倒数即可得到,土弹簧刚度则按文克尔地基假定 取值。采用SUPERSAP有限元分析软件,考虑桩一土一筏 共同作用,对基础进行有限元分析,计算荷载取上部结 构标准组合下实际传至底板面的墒、柱荷载,l7号楼筏 板厚度取1.2m,其余主楼下筏板厚度取1.0m,纯车库 区筏板厚度取0.6m。 筏板弯矩计算结果表明,筏板最大弯矩约2790kN・ m,但最大值只是在局部小范围出现,大部分底板弯矩 都比较小。与天然地基相比,采用疏桩后筏板弯矩明显 减小,同时主楼与裙房间的沉降差也得到了有效控制。 计算同时表明,带裙房高层建筑中沿主楼与裙房之间剖 维普资讯 http://www.cqvip.com
第37卷第3期2006年3月 建 术 Vo1.37 No.3 Mar.20o6 Architect筑 ure Technol技 cIgy ・171・ 复合地基选型的决策模型 李炜明 , 李国成 , 黎 丹2 (1.华中科技大学土木工程与力学学院,430074武汉;2.武 ̄-T-tk学院土木工程系,430023武汉) 摘 要:通过分析比较地基基础选型的方法,根据决策过程的一般规律,构建复合地基选型的模型。模型建 立的步骤是,先通过专家定性比较来筛选可能方案,再运用层次分析法比较可行方案,最后通过定量计算确定最 终选用方案。在避免漏选方案和减少计算量的同时,可使整个决策过程系统化、规范化、模块化。 关键词:复合地基;地基选型;层次分析法 中图分类号:TU 473 文献标识码:A 文章编号:1000-4726(2006)03-0171-04 DECISION MODEL F0R SELECTING COM 0SⅡ.E F0UNDArJ[1ON F0RM LI Weiming’。LI Guocheng 。LI Dan (1.School of Civil Engineering and Mechanics,HuarJtong University of Science and Technology,430074。Wuhan,China; 2.Wuhan Polytechnic University Civil Engineering Department,430023,Wuhan,China) Abstract: By analyzing and comparing the selection methods of foundation form.a model WaS e¥tablished ofr the form selection in accordance with the generM rules of decision-making process,that is,firstly,expels sieve the possible programs by qualitative comparison;then feasible programs are compared through Analytic Hierarchy Process(AHP);and finally one program is determined through quantitative calculation.While avoiding missing the possible programs and reducing calculation work,it makes the decision process systematized,start— dardized and modularized. Key words:composite foundation;fomr selection of foundation;analytic hierarchy process(AHP) 复合地基在广义上指在工作状态下,桩和桩间土 根据复合地基工作机理分类的如图l所示ll1。 共同承担荷载的地基处理方式,目前应用越来越广泛。 以竖向增强体复合地基为例,复合地基选型时,对 收稿日期:2005-10-17 承载力高、变形控制严者,可选用高模量的刚性桩;反 作者简介:李炜明(1976一),男,湖南益阳人。华中科技大学土木工程与 之,可选用低模量的散体材料桩。对于介于两者之间 力学学院,硕士研究生。 、 、 、 、 、 、 、、 、 、 、 、. 、 、p 、 面的沉降曲线为“缓变形”,即与主楼相邻的车库第一跨 目前该工程已顺利竣工,沉降等观测资料正在收 仍有不小的沉降发生,主楼与裙房之间的沉降差引起的 集、整理中。由于目前带裙房高层建筑疏桩基础的应用 筏板内力并不大,在主楼与车库交接范围筏板中采取一 和设计还处于探索阶段,特别是与裙房车库连通、底板 定的结构加强措施是可以满足要求的。当然,当上部结 整体浇筑的工程应用尚不多,希望通过实测数据和更 构荷载更大或地基更软弱时,对高层建筑和裙房基础的 多工程的实践进一步提高和完善。 沉降差引起的基础内力,还需作深入分析。 参考文献 另经验算,按以上条件设计复合桩基时,根据文献圈 【1】JGJ 94—1994建筑桩基技术规范. 计算的基础整体承载力也满足要求,整体安全度j ̄2.9。 [2】 Burland JB,Brows BB。de Mello VFB.Behaviour ofFoundations and Structures。Proc.9th Int.Conf.S.M.F…E 1977(2):495—546. 4结论 【3 3】Poulos HG,Davis EH.Pile Foundation Analysis and Design—John Wiley and Sons,New York,1980.71-142. 由于本工程地质条件复杂,特别是地基深部有溶 【4J黄绍铭,王迪民,裴捷,等.减少沉降量桩基的设计与初步实践,第 (土)洞发育,且分布范围和规模大小很难探明,所以采 六届全国土力学及基础工程学术会议论文集.北京:中国建筑工 业出版社。1991.405—414. 用常规桩基作为基础方案施工困难大,也有较大风险。 【5】宰金珉.桩土明确分担荷载的复合桩基及其设计方法.建筑结构 而设计疏桩基础桩数仅为常规摩擦桩基用桩数量的 学报,1995。16(4):66—74. 30%,具有显著的经济效益,不但可将高层建筑的沉降 [6】杨敏.基于变形控制设计原则的减少沉降桩基础研究.岩土工程 学报,20oO。22(4):481-486. 控制在允许的范围内,同时还减少了对下卧溶(土)洞的 【7】刘润,徐余.乾泽园小区疏桩基础设计.建筑结构,2004,34(9): 影响,由主楼和裙房沉降差引起的筏板内力也是可以接 44—46. 受的,因此作为本工程的基础方案也是合理可行的。 【8】GB 500o7—2o02建筑地基基础设计规范. [91 DGJ O8一l l一1999地基基础设计规范.
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