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本文把超高层建筑的基础和基坑工程逆作法的现场测试研究分为两部分:
第一部分——超高层建筑基础工程的现场测试与分析
以自己参加的上海一幢超高层(60层高238m的框筒结构)、超长桩(φ850,
长72.5m)和厚筏(4.0m~6.25m)的长峰商城的基础工程在上海首次进行现场测
试为背景,结合国内外一些研究成果,研究超高层建筑的沉降、基底土压力、桩
土荷载分担和基础应力的变化特点。实测与分析表明:
1.基础沉降S与基础的等效宽度Be(等于基础面积的开方)成一定的比例
关系,即
S=αBe
式中α≤0.001
并且,观测到每增加一层,沉降基本上≤1mm。即
Sv≤1mm/每层
这样,有了这两个参考数据,有利于保证建筑物的安全施工。
2.基底土压力发展随着施工荷载的增加有三个阶段:在厚筏浇注后的基底
土压力成直线变化的阶段、基底土压力变化缓慢的土的自重压力阶段和基底土压
力趋于保持恒值的基础净应力阶段。
3.桩土荷载的分担的确存在,受力过程与基底土压力变化三个阶段相应。
对本工程,当施工竣工时,基底土可承担总荷载约20%。建议:基础设计应考
虑基底土的分担,对基础底面低于地下水位的情况,从工程实用角度和更安全起
见,可忽略基底土的分担,考虑全浮力,这样,可以适当减少桩数。
4.基础应力与上部结构(层数)刚度对基础贡献有密切关系。又一次证明
上部结构(层数)刚度贡献的有限性,基本上为(1/5~1/6)上部结构层数。此时,
基础受力状态发生质的变化,顶层钢筋的由最初的受压变为受拉,钢筋受拉值基
本趋于稳定,而且,其应力远比钢筋的容许应力小。建议:基础设计应考虑上部
结构刚度的影响,以促进改革设计理论,这样,可以节省底板钢筋。
5.提出一个超高层建筑桩筏基础设计改革的初步思路。
其中关键点是考虑共同作用理论,根据上面获得的上部结构刚度贡献的层
数,求得的相应的刚度为[KB],代入上部结构与地基基础共同作用的子结构法
基本方程,变为:
([KB]+[Kr]+[Kp]+[Ks]){U}={Q}
式中([KB]、[Kr]、[Kp]、[Ks])——分别表示上部结构贡献、筏板、桩和地基的
刚度矩阵;
{U}、{Q}——分别表示荷载和位移向量。
这样,利用编制的程序,可求得上部结构和桩筏基础的位移和应力。
第二部分—超高层建筑基坑工程逆作法的现场测试与分析
以自己参加的上海一幢超高层建筑(即前一幢)长峰商城的基坑逆作法工程
(坑深19.55m~21.80m)和上海另一幢超高层(37层高170m的框筒结构)、长
桩(φ850和φ1100,60m)和厚筏(3.0m)廖创兴金融中心的上海最深的基坑
逆作法工程(坑深22.4m~28.4m)的两个工程的现场测试为背景,结合国内外一
些研究成果,研究逆作法的效应和共同作用逆作法理论。实测与分析表明:
1.逆作法的效应
1)逆作法有7个小的特点:
墙前水平位移小、墙后沉降小、坑底隆起小、地下连续墙-中柱桩以及中
柱桩-中柱桩的差异变形小、楼板应力小、墙后土压力小和墙体应力小。
2)逆作法的墙前水平位移、墙后沉降和坑底隆起三个位移值基本上接近
相等;
3)逆作法比顺作法相应的位移约少1/3。
2.共同作用逆作法理论可以分析逆作法整个施工过程的受力状态和机理,
而且,可以计算地下连续墙分担建筑物荷载的作用。
3.上述这些有规律性的理性认识,有利于提高逆作法的设计水平,同时,
可以节省投资。
4.提出一个超高层建筑基坑工程逆作法设计与施工改革的初步思路和建议。
其中关键点是把高层建筑与地基基础共同作用理论引伸,应用在逆作法设计
和指导施工。
总之,上述两部分获得的有效成果:上部结构刚度对基础的贡献和基础钢筋
应力发生质的变化;逆作法的效应和共同作用逆作法理论的优越性和实用性。希
望能对超高层建筑的基础设计、逆作法设计和施工改革发挥重要作用。
关键词 超高层建筑 现场实测 基础工程 上部结构刚度 筏基应力
基坑工程 逆作法理论 逆作法特点 差异变形 改革思路