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一汽科技情报大厦地基基础优化与设计

朱民  
【摘要】:建筑物主要是由地基、基础和上部结构三部分组成,虽然其各自功能不同,研究方法相异,然而对于一个建筑物来说,在荷载作用下,这三个方面却是彼此联系、相互制约的整体。 地基和基础是建筑物的根本,又属于地下隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。此外,基础工程费用与建筑物总造价的比例,视其复杂程度和设计、施工的合理与否,可以变动于百分之几到几十之间。因此,地基及基础在建筑工程中的重要性是显而易见的。 地基是指承受建筑物荷载的全部地层,基础是建筑物向地基传递荷载的下部结构。 多层及高层建筑物的基础类型很多,有单独基础、条形基础、十字型基础、片筏基础、箱形基础和桩基础等。基础类型的选择与上部结构的形式、荷载大小、使用要求、地基土的埋藏情况和物理力学性质,地下水位的高低以及施工条件、工期、造价等因素有关。在合理选择地基基础方案时,应进行必要的技术和经济方案比较,综合考虑确定。 在具体工程中,选择地基基础形式通常要考虑下述一些因素: 1、上部结构的层数与荷载情况是决定基础形式的重要因素。层数越多,荷载越大,就要求基础的承载能力越高,总体刚度越大。 2、上部结构的结构形式和结构体系直接影响基础形式的选择,不同的上部结构对地基不均匀变形的敏感程度是不同的,上部结构对地基不均匀变形越敏感,越应尽可能提高基础的总体刚度。 3、地基条件,如地基的土层分布,各土层的强度与变形性质,地下水位情况等地基条件是选择基础形式的最根本依据。 4、基础工程在选型上也应考虑工程量、材料消耗和造价上的因素。 多、高层建筑一般常因建造地下室或地下设备层而优先采用箱形基础。箱形基础形成的地下空间结构具有很大的空间刚度,并且可为建筑物提供多种使用功能。箱形基础能显著提高基础稳定性,降低基础沉降量。 当地基上部软弱而不太深处埋藏有坚实地层或地层起伏较大时,最宜采用桩基础或桩~箱(筏)基础。桩基础可控制地基沉降量和不均匀沉降差,可承受较大的上拔力和水平力等等。 在进行桩基础设计时,一般主要考虑以下几个方面的内容: 桩型选择和桩端持力层的选择。 WP=68 2、桩的布置。包括桩的中心距,桩的合理排列以及桩端进入持力层的深度等内容。 3、桩的承载力计算和沉降计算。 4、桩承台的设计计算。 在近十年来,由于柱荷载增大,也由于施工机具和施工方法的改进,大直径扩底桩的应用得到了发展,技术日趋成熟。特别是在一柱一桩的情况下,经常采用大直径桩。大直径扩底桩一般用于基底承载力低于桩身材料强度的中风化、强风化岩石地基。扩底端(扩大头)底面有锅底形及平底形,前者可减小地基沉降量;其单桩承载力也有两种计算模式,即一种只计算端阻力,或按浅基础设计;另一种不仅考虑端阻力,同时也考虑扩大头变截面以上的桩侧岩土阻力。 大直径扩底桩的单桩承载力设计值R(kN)按浅基础公式确定时,采用的公式: R=πD2f/4 (1) 其中:D——为扩底桩扩底直径,m; f——为扩底地基土承载力设计值,kPa。 当考虑扩底桩桩端阻力和侧阻力计算模式时,可采用如下公式: Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsi q sikli+ψp q pk Ap (2) 其中:qsik——桩侧第i层土的极限摩阻力标准值;对于扩底桩变截面以下部分不计侧阻力; qpk——桩径为800㎜的极限端阻力标准值,有条件时可在孔底进行载荷试验确定; ψsi ,ψp——大直径桩的侧阻,端阻尺寸效应系数。 在进行扩底桩基础沉降计算时,可采用以下公式进行估算: Sr=IpP a /E=IpqbD /(2E) (3) 其中: Sr——离中心r处的基础底面沉降(m); E——持力层土的变形模量(kPa); P——基础底面平均压力(kPa),等于扩底桩桩端承载力,即P=qb; a,D——扩大头的半径和直径(m); Ip——沉降影响系数。 一汽科技情报大厦主体地上十二层,高55.50米;地下二层,基础埋深8.7米,是框架~剪力墙结构。该工程总建筑面积46267.51㎡,地下一层为设备层,层高4.8米;地下二层为停车库,层高3.9 WP=69 米。 建筑场地平坦,场地土自上而下依次为杂填土,粉质粘土,粘土,泥岩等。基底以下的土层中夹杂有不利土层(如Ip10的轻亚粘土,粉土,粉砂或细砂等)。常年稳定水位为自然地面以下深度1.5~4.5米。地基持力层(自然地面下8.7米处)为粘土,部分区域分布有亚粘土。粘土层下面是中风化泥岩(自然地面以下11~17米处)。 箱基方案:本工程原拟采用箱基。通过验算,该工程需C45P6混凝土24600m3。施工工期90天,预算造价4200万元。 桩基方案:采用大直径人工挖孔扩底桩,桩端进入中风化泥岩2米。该工程需混凝土C25、C45P6共18200 m3。施工工期60天,预算造价3380万元。 从箱基与桩基对比优化分析来看,箱形基础比桩基础造价多21%,工期长33%,并且前者存在着一些不好克服的设计施工困难,故最终建设单位和设计单位决定采用桩基础。 在桩基础方案中,又研究了两种桩型: (1)采用钻孔灌注桩基础,满堂均匀布置,总桩数500根,桩径1.0m,桩长12m,桩端持力层为


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