某高层建筑桩筏基础设计沉降计算
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6.3 常用的地基沉降计算方法这里所讲的地基沉降量是指地基最终沉降量,目前常用的计算方法有:弹性力学法、分层总和法、应力面积法和考虑应力历史影响的沉降计算法。
所谓最终沉降量是地基在荷载作用下沉降完全稳定后的沉降量,要达到这一沉降量的时间取决于地基排水条件。
对于砂土,施工结束后就可以完成;对于粘性土,少则几年,多则十几年、几十年乃至更长时间。
6.3.1 计算地基最终沉降量的弹性力学方法地基最终沉降量的弹性力学计算方法是以Boussinesq 课题的位移解为依据的。
在弹性半空间表面作用着一个竖向集中力P 时,见图6-5,表面位移w (x, y,o )就是地基表面的沉降量s :E r P s 21μπ-⋅= (6-8)式中 μ—地基土的泊松比;E —地基土的弹性模量(或变形模量E 0);r —为地基表面任意点到集中力P 作用点的距离,22y x r +=。
对于局部荷载下的地基沉降,则可利用上式,根据叠加原理求得。
如图6-6所示,设荷载面积A 内N (ξ,η)点处的分布荷载为p 0(ξ,η),则该点微面积上的分布荷载可为集中力P= p 0(ξ,η)d ξd η代替。
于是,地面上与N点距离r =22)()(ηξ-+-y x 的M (x, y )点的沉降s (x, y ),可由式(6-8)积分求得:⎰⎰-+--=Ay x d d p E y x s 22002)()(),(1),(ηξηξηξμ (6-9)从式(6-9)可以看出,如果知道了应力分布就可以求得沉降;反过来,若沉降已知又可以反算出应力分布。
对均布矩形荷载p 0(ξ,η)= p 0=常数,其角点C 的沉降按上式积分的结果为:021bp E s c ωμ-= (6-10)式中 c ω—角点沉降影响系数,由下式确定:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++=)1ln()11ln(122m m mm m c πω (6-11)式中 m=l/b 。
利用式(6-10),以角点法易求得均布矩形荷载下地基表面任意点的沉降。
地基沉降量计算之杨若古兰创作地基变形在其概况构成的垂直变形量称为建筑物的沉降量.在外荷载感化下地基土层被紧缩达到波动时基础底面的沉降量称为地基终极沉降量.一、分层总和法计算地基终极沉降量计算地基的终极沉降量,目前最经常使用的就是分层总和法.(一)基来源根基理该方法只考虑地基的垂向变形,没有考虑侧向变形,地基的变形同室内侧限紧缩试验中的情况基本分歧,属一维紧缩成绩.地基的终极沉降量可用室内紧缩试验确定的参数(ei、Es、a)进行计算,有:变换后得:或式中:S地基终极沉降量(mm);e1地基受荷前(自重应力感化下)的孔隙比;e2地基受荷(自重与附加应力感化下)沉降波动后的孔隙比;H土层的厚度.计算沉降量时,在地基可能受荷变形的紧缩层范围内,根据土的特性、应力形态和地下水位进行分层.然后按式(49)或(410)计算各分层的沉降量Si.最初将各分层的沉降量总和起来即为地基的终极沉降量:(二)计算步调1)划分土层如图47所示,各天然土层界面和地下水位必须作为分层界面;各分层厚度必须满足Hi≤0.4B(B为基底宽度).2)计算基底附加压力p03)计算各分层界面的自重应力σsz和附加应力σz;并绘制应力分布曲线.4)确定紧缩层厚度满足σz=0.2σsz的深度点可作为紧缩层的上限;对于软土则应满足σz=0.1σsz;对普通建筑物可按下式计算zn=B(2.50.4lnB).5)计算各分层加载前后的平均垂直应力p1=σsz;p2=σsz+σz6)按各分层的p1和p2在ep曲线上查取响应的孔隙比或确定a、Es等其它紧缩性目标7)根据分歧的紧缩性目标,选用公式(49)、(410)计算各分层的沉降量Si8)按公式(411)计算总沉降量S.分层总和法的具体计算过程可参例题41.例题4-1已知柱下单独方形基础,基础底面尺寸为2.5×2.5m,埋深2m,感化于基础上(设计地面标高处)的轴向荷载N=1250kN,有关地基勘察材料与基础剖面详见下图.试用单向分层总和法计算基础中点终极沉降量.解:按单向分层总和法计算(1)计算地基土的自重应力.z自基底标高起算.当z=0m,σsD=19.5×2=39(kPa)z=1m,σsz1=39+19.5×1=58.5(kPa)z=2m,σsz1=58.5+20×1=78.5(kPa)z=3m,σsz1=78.5+20×1=98.5(kPa)z=4m,σsz1=98.5+(2010)×1=108.5(kPa)z=5m,σsz1=108.5+(2010)×1=118.5(kPa)z=6m,σsz1=118.5+18.5×1=137(kPa)z=7m,σsz1=137+18.5×1=155.5(kPa)(2)基底压力计算.基础底面以上,基础与填土的混合容重取γ0=20kN/m3.(3)基底附加压力计算.(4)基础中点下地基中竖向附加应力计算.用角点法计算,L/B=1,σzi=4Ksi·p0,查附加应力系数表得Ksi.(5)确定沉降计算深度zn考虑第③层土紧缩性比第②层土大,经计算后确定zn=7m,见下表.(6)计算基础中点终极沉降量.利用勘察材料中的ep 曲线,求按单向分层总和法公式计算结果见下表.例题41计算表格2z(m) (kPa) (kPa) H(cm)自重应力平均值(kPa)附加应力平均值(kPa)(kPa)e1e2(kPa1) (kPa) (cm)(cm)0 39 20110010010010010010010013.71194159.96 0.68 0.67 0.00072944186861774968484393314723040.59 9.241 58.5 160.72 78.5 90.293 98.5 51.624 108.5 32.245 118.5 21.716 137 15.527 155.5 11.90二、《建筑地基基础设计规范》推荐的沉降计算法上面计算沉降量的方法是《建筑地基基础设计规范》(GBJ789)所推荐的,简称《规范》推荐法,有时也叫应力面积法.(一)计算道理应力面积法普通按地基土的天然分层面划分计算土层,引入土层平均附加应力的概念,通过平均附加应力系数,将基底中间以下地基中zi1zi深度范围的附加应力按等面积准绳化为不异深度范围内矩形分布时的分布应力大小,再按矩形分布应力情况计算土层的紧缩量,各土层紧缩量的总和即为地基的计算沉降量.理论上基础的平均沉降量可暗示为式中:S地基终极沉降量(mm);n地基紧缩层(即受压层)范围内所划分的土层数;p0基础底面处的附加压力(kPa);Esi基础底面下第i层土的紧缩模量(MPa);zi、zi1分别为基础底面至第i层和第i1层底面的距离(m);αi、αi1分别为基础底面计算点至第i层和第i1层底面范围内平均附加应力系数,可查表41.表41 矩形面积上均布荷载感化下,通过中间点竖线上的平均附加应力系数α(二)《规范》推荐公式由(412)式乘以沉降计算经验系数ψs,即为《规范》推荐的沉降计算公式:式中:ψs沉降计算经验系数,应根据同类地区已有房屋和构筑物实测终极沉降量与计算沉降量对比确定,普通采取表42的数值;注:①表列数值可内插;②当变形计算深度范围内有多层土时,Es可按附加应力面积A的加权平均值采取,即(三)地基受压层计算深度的确定计算深度zn可按下述方法确定:1)存在相邻荷载影响的情况下,应满足下式请求:式中:△Sn′在深度zn处,向上取计算厚度为△z的计算变形值;△z查表43;△Si′在深度zn范围内,第i层土的计算变形量.2)对无相邻荷载的独立基础,可按以下简化的经验公式确定沉降计算深度zn:《规范》法的具体计算过程可参例题42.【例题4-2】已知柱下单独方形基础,基础底面尺寸为2.5×2.5m,埋深2m,感化于基础上(设计地面标高处)的轴向荷载N=1250kN,有关地基勘察材料与基础剖面详见下图.试用《规范》法计算基础中点终极沉降量.解:按《建筑地基基础设计规范》计算,采取下式,计算结果详见下表.例题42 计算表格z (m) L/B z/BEsi(kPa)(cm)(cm)0 0 0.2500 01.0 0.8 0.2346 0.2346 0.2346 4418 4.27 4.272.0 1.6 0.1939 0.3878 0.1532 6861 1.80 6.073.0 2.4 0.1578 0.4734 0.0856 7749 0.89 6.964.0 3.2 0.1310 0.5240 0.0506 6848 0.59 7.555.0 4.0 0.1114 0.5570 0.033 4393 0.60 8.156.0 4.8 0.0967 0.5802 0.0232 3147 0.59 8.747.0 5.6 0.0852 0.5964 0.0162 2304 0.57 9.31 7.6 6.08 0.0804 0.6110 0.0146 35000 0.03 9.34按规范确定受压层上限,zn=2.5(2.50.4ln2.5)=5.3m;因为上面土层仍软弱,在③层黏土底面以下取Δz厚度计算,根据表43的请求,取Δz=0.6m,则zn=7.6m,计算得厚度Δz的沉降量为0.03cm,满足请求.查表42得沉降计算经验系数ψs=1.17.那么,终极沉降量为:三、按粘性土的沉降机理计算沉降根据对粘性土地基在局部(基础)荷载感化下的实际变形特征的观察和分析,粘性土地基的沉降S可以认为是由机理分歧的三部分沉降构成(图48),亦即:式中:Sd瞬时沉降(亦称初始沉降);Sc固结沉降(亦称主固结沉降);Ss次固结沉降(亦称蠕变沉降).瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降.因为基础加载面积为无限尺寸,加载后地基中会有剪应变发生,剪应变会惹起侧向变形而形成瞬时沉降.固结沉降是指饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载感化下,随着超静孔隙水压力的散失,土骨架发生变形所形成的沉降(固结压密).固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率.次固结沉降是指主固结过程(超静孔隙水压力散失过程)结束后,在无效应力不变的情况下,土的骨架仍随时间继续发生变形.这类变形的速率取决于土骨架本人的蠕变性质.(一)瞬时沉降计算瞬时沉降没有体积变形,可认为是弹性变形,是以普通按弹性理论计算,按式(417)求解.式中:ω沉降系数,可从表44中查用;p0基底附加应力;μ泊松比,这时候是在不排水条件下没有体积变形所发生的变形量,所以应取μ=0.5;Eu不排水变形模量,常根据不排水抗剪强度Cu和Eu 的经验关系式(418)求得.上式中的低值适用于较软的、高塑性无机土,高值适用于普通较硬的粘性土.*平均值指柔性基础面积范围内各点瞬时沉降系数的平均值(二)固结沉降计算固结沉降是粘性土地基沉降的最次要的构成部分,可用分层总和法计算.但是分层总和法采取的是一维课题(有侧限)的假设,这与普通基础荷载(无限分布面积)感化下的地基实际性状不尽符合.司开普敦(Skempton,A·W.)和贝伦(Birrum,L.)建议根据有侧向变形条件下发生的超静孔隙水压力计算固结沉降Sc.以轴对称课题为例,分层总和法计算的沉降量为S,Sc可用下式求解:其中,αu为Sc与S之间的比例系数,有αu与土的性质密切相干,另外,还与基础外形及土层厚度H与基础宽度B之比有关.(三)次固结沉降的计算对普通粘性土来说,次固结沉降数值Ss不大,但如果是塑性指数较大的、正常固结的软黏土,特别是无机土,Ss 值有可能较大,不克不及不予考虑.目前在生产中次要使用下述半经验方法估算土层的次固结沉降.图49为室内紧缩试验得出的变形S与时间对数lgt的关系曲线,取曲线反弯点前后两段曲线的切线的交点m作为主固结段与次固结段的分界点;设相当于分界点的时间为t1,次固结段(基本上是一条直线)的斜率反映土的次固结变形速率,普通用Cs暗示,称为土的次固结指数.晓得Cs 也就可以按下式计算土层的次固结沉降Ss:式中:H和e1分别为土层的厚度和初始孔隙比;t1对应于主固结完成的时间;t2为欲求次固结沉降量的那个时间.。
下面计算沉降量的方法是《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)所推荐的,简称《规范》推荐法,有时也叫应力面积法。
(一)计算原理应力面积法一般按地基土的天然分层面划分计算土层,引入土层平均附加应力的概念,通过平均附加应力系数,将基底中心以下地基中z i-1-z i深度范围的附加应力按等面积原则化为相同深度范围内矩形分布时的分布应力大小,再按矩形分布应力情况计算土层的压缩量,各土层压缩量的总和即为地基的计算沉降量。
理论上基础的平均沉降量可表示为式中:S--地基最终沉降量(mm);n--地基压缩层(即受压层)范围内所划分的土层数;p--基础底面处的附加压力(kPa);Esi--基础底面下第i层土的压缩模量(MPa);zi、z i-1--分别为基础底面至第i层和第i-1层底面的距离(m);αi、αi-1--分别为基础底面计算点至第i层和第i-1层底面范围内平均附加应力系数,可查表4-1。
表4-1 矩形面积上均布荷载作用下,通过中心点竖线上的平均附加应力系数αz/ BL/B1.0 1.2 1.4 1.6 1.82.0 2.4 2.83.2 3.64.05.0 >100. 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 40. 5 0. 6 1.000.9970.9870.9670.9360.900.8581.000.9980.990.9730.9470.9150.8781.000.9980.9910.9760.9530.9240.891.000.9980.9920.9780.9560.9290.8981.000.9980.9920.9790.9580.9330.9031.000.9980.9920.9790.9650.9350.9061.000.9980.9930.980.9610.9370.911.000.9980.9930.980.9620.9390.9121.000.9980.9930.9810.9620.9390.9131.000.9980.9930.9810.9630.940.9141.000.9980.9930.9810.9630.940.9141.000.9980.9930.9810.9630.940.9151.000.9980.9930.9820.9630.940.9154. 7 4. 8 4. 95. 0 0.2180.2140.210.2060.2350.2310.2270.2230.250.2450.2410.2370.2630.2580.2530.2490.2740.2690.2650.260.2840.2790.2740.2690.2990.2940.2890.2840.3120.3060.3010.2960.3210.3160.3110.3060.3290.3240.3190.3130.3360.330.3250.320.3470.3420.3370.3320.3670.3620.3570.352(二)《规范》推荐公式由(4-12)式乘以沉降计算经验系数ψs,即为《规范》推荐的沉降计算公式:式中:ψs--沉降计算经验系数,应根据同类地区已有房屋和构筑物实测最终沉降量与计算沉降量对比确定,一般采用表4-2的数值;表4-2 沉降计算经验系数ψs基底附加压力p0(kPa)压缩模量E s(MPa)2.5 4.0 7.0 15.0 20.0p0=f k 1.4 1.3 1.0 0.4 0.2p0<0.75f k 1.1 1.0 0.7 0.4 0.2 注:①表列数值可内插;②当变形计算深度范围内有多层土时,Es可按附加应力面积A的加权平均值采用,即(三)地基受压层计算深度的确定计算深度z n可按下述方法确定:1)存在相邻荷载影响的情况下,应满足下式要求:式中:△S n′--在深度z n处,向上取计算厚度为△z的计算变形值;△z查表4-3;△S i′--在深度z n范围内,第i层土的计算变形量。
桩基础沉降计算
一.计算参数信息:
基础顶面的竖向力: F=100kN/m 基础埋深 H d=1m
基底以上填土的平均重度: γ=17kN/m3基础与填土的平均重度: γ0=22kN/m3 基础截面长度 l=1m 基础截面宽度 B=1m
基底处地基承载力特征值 f ak=1750kPa 计算土层厚度 h0=5m
土层参数表:
二.基础底面附加压力计算:
基础与填土的总重量: G=22×1×1×1=22.00kN;
基底的平均压力: P=(100+22)/(1×1)=122.00kN/m2;
基底处的土中自重压力: P1=17×1=17.00kN/m2;
基底平均附加压力: P0=122.00-17.00=105.00kN/m2。
三.基础底面变形计算:
按分层总和法计算出的地基变形量为: S'=0.11mm。
注:表中Z1=z i×a i,Z2=z i×a i-z i-1×a i-1。
四.基础最终沉降计算:
最终沉降计算公式如下:
其中 S'──按分层总和法计算出的地基变形量;
──变形计算深度范围内压缩模量的当量值:
式中──第i层地附加应力系数沿土层厚度的积分值;
=1.028/0.001=1000.00Mpa;
Ψs──沉降计算经验系数,根据查规范表5.3.5,得Ψs=0.20;
经计算最终沉降量: S=0.20×0.11=0.02mm。
7 高层建筑筏形和箱形基础的设计计算7-1)设计计算方法概述箱形和筏形基础的设计计算方法是与建筑工程的需要相适应的,是随着建筑科学研究的深入而进步的。
当建筑工程处于层数很少、体量很小、重量很轻的阶段时,对地基基础的要求不高,计算方法也很简单。
后来建筑物的层数增加了,重量大了,整体式的筏形和箱形基础就相应出现了,因为单靠条形基础、独立基础是无法满足建筑物的承重要求了。
而且人们在修建铁路、码头、船坞的过程中,逐渐认识到了置于地基上的梁和板的受力特性和变形特性,并且将其逐步发展成一套“弹性地基”的理论。
高层建筑出现以后,地基基础的问题变得更加复杂,人们对它的研究也更加深化了。
例如对地基土的力学特性和变形特性的研究,地震作用的研究。
地基基础和上部结构变形协调的研究,基础梁、板的受力分析等等,逐一取得了丰硕的成果。
随着电子计算机的出现,计算技术的飞速发展,为上部结构和地基基础共同作用课题的研究创造了条件,并且已经取得了重要的进展。
时至今日,箱形和筏形基础的设计计算方法种类繁多,在拙著《高层建筑箱形与筏形基础的设计计算》一书有详细介绍。
此在仅作一些简要的说明。
一、简化计算方法简化计算方法最基本的特点是将由上部结构、地基和基础三部分构成的一个完整的静力平衡体系(图1-2a)分割成三个部分,进行独立求解[7],首先假定上部结构的柱是嵌固在基础上的(1-2b),按结构力学的方法可以求出结构的内力,包括底层柱的轴力、柱脚处的弯矩和剪力。
然后将这些力反向作用在基础梁或基础板上,基础梁或板同时承受地基反力(图1-2c),地基反力与上部结构荷载(包括基础自重及其悬挑部分以上的土重)保持静力平衡,并假定其按直线分布。
再按结构力学的方法求解基础梁或板的内力。
在验算地基承载力时,假定基底压力按直线分布,即认为基础是绝对刚性的。
在计算地基变形时,又把基础看作是柔性的,基底压力是均布的(图1-2d)。
显然,简化计算方法的种种假定与整个结构体系的工作状态是不符的,它仅仅满足了总荷载与总反力的静力平衡条件,而忽视了上部结构与基础之间以及基础与地基之间的变形连续条件。
基于工程实践的超高层基础沉降计算分析摘要:针对超高层基础沉降问题,本文结合工程实际,分析不同的计算模型的选择,桩距,布桩形式等方面对控制基础沉降的影响。
关键词:超高层;桩筏基础;沉降控制;计算模型超高层建筑的上部荷载一般较大,基础设计复杂,致使地基产生过量的变形和不均匀的沉降。
地基的过量变形将使建筑物损坏或影响其使用功能,不均匀的沉降也易造成建筑次应力的增生和上部结构的开裂。
采用桩筏基础设计可以使较大的上部结构荷载在平面上得以扩散和向深层传递,从而提高基础承载能力并减少沉降。
本文结合工程实际,从计算模型的选择,桩距,布桩形式等方面,分析对基础沉降的影响。
1.概述某工程位于昆明市西山区,总建筑面积 104万m2 。
其中11#住宅建筑面积26338.17m2,建筑层数为地下4层,地上44层,地上高度128m,抗震设防烈度8度,属B类高度建筑,抗震设防类别为标准设防类,结构采用剪力墙结构体系。
该住宅采用桩筏基础,基础底板厚1800mm,筏板顶标高-17.250m。
桩基础采用预应力混凝土空心方桩,以第四系全新统冲湖积层粉土层作为桩端持力层。
工程场地位于昆明盆地西部边缘,属昆明湖积盆地地貌,现地形稍有起伏,总体来说西北侧高东南侧低,地面标高变化在1886.51~1899.17m之间(依孔口标高计)。
根据钻孔揭露,场地主要分布在第四系全新统冲湖积层及以上沉积土层。
建筑地下水位稳定在绝对标高1886.07~1897.67m。
2.不同参数对沉降计算的影响实际受力环境下,建筑的沉降原因复杂,地基、基础、上部结构、周围环境均会对建筑的沉降造成影响。
同时,为了得到与实际接近的沉降计算结果,需要选择合理的地基变形计算方法和计算参数。
本文从概念设计入手,应用计算软件PKPM中JCCAD模块,分析不同变量对超高层沉降计算的影响。
2.1.不同有限元计算模型对沉降计算的影响基底压力与地基反力和筏板变形与基础沉降是影响基础沉降及筏基内力的重要因素,不同的计算模型将得到不同的取值。
浅谈高楼深地基的沉降措施及计算方法【摘要】本文就生活中常见的高层建筑地基处理问题作简单的讨论。
如果地基的承载能力足够,则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。
但有时由于土或荷载的条件,需要采用满铺的伐形基础。
伐形基础有扩大地基接触面的优点,但与独立基础相比,它的造价通常要高的多,因此只在必要时才使用。
不论哪一种情况,基础的概念都是把集中荷载分散到地基上,使荷载不超过地基的长期承载力。
关键词:地基设计桩基处理引言基础是建筑物和地基之间的连接体。
基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。
从平面上可见,竖向结构体系将荷载集中于点,或分布成线形,但作为最终支承机构的地基,提供的是一种分布的承载能力。
一、高层建筑基础选型房屋基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑,选择经济合理的基础型式。
高层建筑基础承担着将高层建筑上部结构的荷载传递给地基的重要作用,在设计时,应将高层建筑上部结构、基础与地基协同考虑。
在地震区,凡是地基基础好的,建筑结构所受到的破坏就轻,危害就小,否则就破坏严重。
在工程质量事故中,如果基础工程出现质量问题,补救起来相当困难,还会给工程造价和工期带来较大的影响。
所以,在进行地基基础设计时,除了保证基础本身应具有足够的强度和刚度外,还应考虑地基的强度、稳定性及变形的要求,为使基础设计更合理,应综合考虑上部结构、基础和地基的共同作用。
高层建筑基础工程的重要性,还表现在基础工程在高层建筑的工程造价中占有较大的比重。
基础工程所耗费的钢材、水泥用量多,施工难度大,一般情况下基础工程造价占土建工程总造价的20%左右,工期占土建工程的20-30%,当地质条件复杂时,其造价和工期所占的比重还会增加。
因此,选择合理的基础形式与计算方法,是保证建筑结构安全,降低工程造价的一个有效措施。
高层建筑基础的重要性,还表现在基础形式的多样性和影响因素的复杂性。
地基沉降量计算地基沉降量计算地基变形在其表面形成的垂直变形量称为建筑物的沉降量。
在外荷载作用下地基土层被压缩达到稳定时基础底面的沉降量称为地基最终沉降量。
一、分层总和法计算地基最终沉降量计算地基的最终沉降量,目前最常用的就是分层总和法。
(一)基本原理该方法只考虑地基的垂向变形,没有考虑侧向变形,地基的变形同室内侧限压缩试验中的情况基本一致,属一维压缩问题。
地基的最终沉降量可用室内压缩试验确定的参数(e i、E s、a)进行计算,有:变换后得:或式中:S--地基最终沉降量(mm);e--地基受荷前(自重应力作用下)的孔隙比;1e--地基受荷(自重与附加应力作用下)沉降稳定后的孔隙比;2H--土层的厚度。
计算沉降量时,在地基可能受荷变形的压缩层范围内,根据土的特性、应力状态以及地下水位进行分层。
然后按式(4-9)或(4-10)计算各分层的沉降量S。
最后将各分层的沉降量总和起来即为地基的最终沉降量:i(二)计算步骤1)划分土层如图4-7所示,各天然土层界面和地下水位必须作为分层界面;各分层厚度必须满足H i≤0.4B(B为基底宽度)。
2)计算基底附加压力p03)计算各分层界面的自重应力σsz和附加应力σz;并绘制应力分布曲线。
4)确定压缩层厚度满足σz=0.2σsz的深度点可作为压缩层的下限;对于软土则应满足σz=0.1σsz;对一般建筑物可按下式计算z n=B(2.5-0.4ln B)。
5)计算各分层加载前后的平均垂直应力p=σsz;p2=σsz+σz16)按各分层的p1和p2在e-p曲线上查取相应的孔隙比或确定a、E s等其它压缩性指标7)根据不同的压缩性指标,选用公式(4-9)、(4-10)计算各分层的沉降量Si8)按公式(4-11)计算总沉降量S。
分层总和法的具体计算过程可参例题4-1。
例题4-1已知柱下单独方形基础,基础底面尺寸为2.5×2.5m,埋深2m,作用于基础上(设计地面标高处)的轴向荷载N=1250kN,有关地基勘察资料与基础剖面详见下图。
某高层建筑桩筏基础设计及沉降计算
摘要:文章结合实际工程,介绍了软土地基中为控制沉降而设
置桩基的深基础设计方法及采用电算软件进行沉降计算的设计手
法,对沉降计算结果进行了分析,从而解决了软土中桩筏基础的沉
降计算问题。
关键词:桩筏基础;沉降计算;弹性地基梁板
一、工程概况
本工程位于某市,为一栋集商业、写字楼、公寓于一体的高层
建筑综合大楼,其地下4层,用作车库、超市及设备房;地上裙房
6层,主要用作商场;两栋塔楼(分缝后)分别为商务公寓和商务
写字楼,总层数为25层,基本层高3.3 m和3.6 m,建筑总高度为
98.50 m。
二、基础设计
(一)地质条件及基础选型
本区大地构造属于雷一琼喜山沉降带北部某区。场区内第四纪
地层发育,厚度达数百米,区域稳定性较好。勘察发现场区及附近
均为第四系松散沉积层覆盖,地表未发现有明显的构造形迹出露,
场地地形平坦,不存在高陡边坡、崩塌等不良工程地质现象 本次
钻探最大深度为85.0 m,揭露土层上部为填土,全新统沼泽相沉积
淤泥质黏土及中更新统北海组粉土,下部为下更新统湛江组海陆交
互沉积地层,按成因类型及岩土工程特性划分为16个主要单元层。
据钻探资料揭示,场地⑧ 中砂及其以下土层中⑨ ,⑩ ,⑩ 黏
土强度相对较低,其余土层的承载力特征值在250 kpa以上;其中
⑥粉质黏土及⑩ 中砂层分布稳定,厚度较大,为硬塑~坚硬或中
密~密实状,承载力特征值 在280 kpa以上,其下无软弱下卧层
分布,是理想的桩基础桩端持力层。根据湛江地区经验,桩的类型
可考虑选择预应力管桩或钻孔灌注桩。结合本工程特点,采用钻孔
灌注桩基础的桩筏基础结构形式。
(二)基础设计
桩基的布置:根据主楼与裙楼基础的受力特点,主楼采用长桩
基,裙房则采用天然地基加短桩基的设计思路,采用不同桩长的形
式进行布桩。主楼桩基主要以承受上部竖向荷载为主,柱下布置群
桩,桩径有800∶1,1 000∶1两种,大部分有效桩长为40 m,桩
端持力层为粉质黏土层;核心筒下布置群桩,桩径1 500 fd./ti,
有效桩长50 m,桩端持力层为中砂层;裙楼则主要以抵抗水浮力为
主,柱下布置单桩,桩径1 000 fd./ti,有效桩长25 m,桩端持
力层为中砂层。由于本工程地下室比较深,地下水埋深较浅,水浮
力相当大,为了平衡水浮力的作用,在部分跨度较大的筏板跨中布
置了抗拔桩。这样,既解决了抗浮的问题,又有利于减小筏板的受
力及配筋,节约工程造价。
筏板布置,考虑到主楼与裙楼荷载相差较大,基础筏板采用两
种不同厚度的筏板。主楼筏板厚1 500 fd./ti,裙楼筏板厚800
fd./ti.对个别荷载较大抗冲切验算不满足的柱位进行局部加厚至
1 400 fd./ti。
三、沉降计算
(一)重点与难点
目前解决大底盘高层建筑不均匀沉降的办法一是设置沉降缝,
二是设置施工“后浇带”,待沉降基本稳定后再浇筑“后浇带”混
凝土。设置沉降缝影响地下空间的使用功能,一般已不采用;采用
施工”后浇带”技术,在中、低压缩性土层中,一般在主体结构封
顶后浇筑“后浇带”混凝土,但一般需一年或一年半时间,施工“后
浇带”的保护以及在有地下水的地区,降水周期很长,费用开支可
观,并增加施工难度。本工程地下室不设沉降缝及后浇带,为此,
沉降计算及控制就变得尤为重要。
(二)计算模型选择及基本思路
本工程沉降计算的计算软件是中国建筑科学研究院开发的pkpm
系列jccad模块,采用桩筏筏板有限元计算方法中的winkler(文
克尔)弹性地基梁板模型来计算的。根据本工程地质条件的特点,
采用为控制沉降而设置桩基的方法设计基础。这种方法是考虑桩、
土、承台共同作用时,基础的承载力可以满足要求,而下卧层变形
过大,此时采用摩擦桩旨在减少沉降,以满足建筑物的使用要求。
以控制沉降为目的设置桩基是指直接用沉降量指标来确定用桩的
数量。基本原则有以下3点:
1.设计用桩数量可以根据沉降控制条件,即允许沉降量计算确
定。
2.基础安全度不能降低,应按桩、土和承台共同作用的实际状
态来验算。桩土共同作用是一个复杂的过程,随着沉降的发展,桩、
土的荷载分担不断变化,作为一种最不利状态的控制,桩顶荷载可
能接近或等于单桩极限承载力。为了保证桩基的安全度,规定按承
载力特征值计算的群桩承载力特征值与土承载力特征值之和,应大
于等于荷载效应标准组合作用于桩基承台顶面的竖向力与承台及
其上土自重之和。
3.为保证桩、土和承台的共同作用,应采用摩擦型桩,使桩基
产生可以允许的变形,承台底不致脱空,在桩基沉降过程中允许发
挥桩端持力层的抗力。同时桩端还要置于相对较好的土层中,防止
沉降过大,达到预期控制沉降的目的。
结合本工程的特点,这条思路贯穿于基础设计的全过程。而且,
在布桩过程中,考虑了部分水浮力的有利作用。建筑场区位于湛江
港湾北西部,湛江港湾潮汐为不规则半日潮,历年最高潮位(风暴
潮)5.28 m(黄海高程),历年最低潮位一2.49 m。地下室底板的
抗浮计算采用最高潮位,考虑水浮力的有利作用时采用最低潮位。
(三)沉降计算结果
沉降计算时将工程按大底盘多塔结构考虑,真实地反映了基础
的受力情况。经过反复的计算,并通过调整桩径及桩长,使主楼及
裙房的沉降量达到比较理想的结果,沉降变化趋于平缓。其中主楼
最大沉降为36 mm,裙房最小沉降为10 mm。
四、结语
软土中摩擦桩的桩基础沉降计算是一个非常复杂的问题。纵观
许多描述桩基实际沉降和发展过程的文献可以知道,土体中桩基沉
降包括桩身压缩、桩端刺入变形和桩端平面以下土层受群桩荷载共
同作用产生的整体压缩变形等多个分量组成,并且是需要经历数
年、甚至更长时间才能完成的过程。即使忽略土中桩身弹性压缩量,
由于桩端刺入变形与桩土体之间相互作用、土体组成的多相性质、
土骨架的非线性应力应变性质和蠕变性质有关,在目前认识水平
下,土中摩擦桩桩基沉降不是简单的弹性理论所能描述的问题,这
说明为什么完全依据理论的各种桩基沉降计算方法,在实际工程的
应用中往往都与实测结果有较大的出入,即使经过修正,丽者也只
能在某一特定范围内比较接近。