论文部分内容阅读
【摘要】我国是高层建筑物修建最多的国家之一，由于高层建筑物上部荷载大、变形控制要求高的特点，一般来说，高层建筑物大多采用桩基础方案。而由于天然地基具有施工方便，造价较低，因而在地基基础设计中，在满足结构安全、地基变形的前提下，应优先采用天然地基基础，控索和利用这一特性，特别是以浅部的粘性土为高层建筑物基础持力层的天然地基基础方案，无疑具有非常重要的实际意义。
【关键词】粘性土地基；高层建筑；
本文以沿海地区某小高层建筑为例，探索通过多种室内室外的勘测手段及理论的定量计算确保采用天然地基承载上部高层建筑的可行性。
场地处近海平原，粘性土的厚度一般在20~30m内，局部地区可达到近60~70m内。由于场地处近海，滨海粘性土沉积差异性较大，形成多样化的沉积韵律，这给工程基础设计提出了多种新的要求。
一、工程概況
拟建物为5幢5~9层宿舍、办公楼及综合办公大楼，其中9层综合办公大楼（小高层），层高约3.3米，设1层地下室作为车库，基底埋深-5.5米。
勘探点基本沿建筑物周边轴线布置。室内试验采用了常规试验、颗粒分析、固结试验、三轴等多种试验的方法。根据钻探、标贯、静力触探及土工试验成果，确保定量计算参数的可靠性后，在勘探深度内将地层分为11个工程地质层：
场地内上部地下水类型为上层滞水，稳定水位埋深约为0.40~0.50米，根据区域性资料，场地地下水对砼、钢筋及钢结构均为微腐蚀性。本场地地基土自上而下均为灰黄色硬一可塑粘性土，在水平、垂直方向上同一层位厚度存在着一定的变异性。
二、天然地基定量评价
1、强度验算
按《高层建筑工程勘察规程》（JGJ72-2004），天然地基评价应包括地基上强度验算、地基土的变形特征及地基土的均匀性评价验算。对于每一个单体建筑都应根据地层的不同情况，以上述三条为原则，分别进行评价。
现以9层办公大楼为例来探讨天然地基的评价方法。本工程采用刚性片筏基础，基础平面尺寸59.0m×29.30m，基础埋深-5.50m，持力层土的承载力设计值f=320KN/m2，其基底压力设计值按下式计算：
Pk=（Fk+Gk）/A=221.75Kpa (1)
持力层强度验算
基础深为现地面下5.5米，基础以第(3)层粘土为持力层，第(3)层粘土承载力特征值fk=280kPa，其持力层强度按下式方法验算：
按《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）附录A（A.0.1）计算极限承载力值，其承载力fu计算公式如下：
按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第5.2.5式计算地基承载力设计值，其承载力fa计算公式如下：
fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck
由于基础平面尺寸为59×29.3m2的矩形，因此取b=29.3米、L=59，土的抗剪强度指标，取基底下一倍，基底宽度内地基土的抗剪强度指标的厚度加权平均值，ck=58.9kPa、φ=15.6°
按公式（2）、（3）计算，其结果分别为fu=1085kPa、fa=445kPa。从计算结果，场地地基土强度均能满足要求。
下卧层强度验算
9层建筑物选择（3）层为持力层，其下（4）层承载力小于持力层强度，构成软弱下卧层，应对其进行下卧层强度验算。
按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第5.2.7条，其计算公式为：
Pz+Pcz≤faz(4)
式中Pz—相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值；
Pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值；
faz—下卧层顶面顶面处经修正深度后地基承载力值。按下式计算：
（5）
计算结果：Pz=162.59kPa、Pcz=80.30kPa fz=269.29kPa
满足Pz+Pcz≤faz=242.89kPa≤269.29kPa，地基土强度满足要求。
地基上的均匀性验算，按《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）第8.2.4条规定，地基土的均匀性应从以下几方面进行评价：
（1）中—高压缩性地基，持力层底面或相邻底标高的坡度大于10%；可视为不均匀地基，经对比计算，场地地基持力层层面坡度均小于10%，应视为均匀地基。
（2）中—高压缩性地基，工程地质单元及其中卧层在基础宽度方向上的厚度差值大于0.05b(b为基础宽度)时，应视为均匀地基，经计算地基持力层和下卧层在基础宽度方向上，地层厚度的差值均符合要求。
（3）地基土的均匀性以压缩层内各土层的压缩模量为评价依据。
当ES1、ES2的平均值大于10MPa时，符合下式要求视为均匀地基：
当ES1、ES2的平均值小于10MPa时，符合下式要求视为均匀地基：
上述两式ES1、ES2分别为基础宽度方向两钻孔中，压缩层范围内压缩模量按量度的加权平均值（MPa），取大者为ES1小者为ES2。
根据这一原则，取地层厚度差值最大的Z1、Z3孔进行判别，ES1、ES2的平均值大于10MPa，按ES1-ES2＜1/20(ES1+ES2)进行验算，其计算结果ES1=11.22MPa、ES2=11.17MPa，满足要求。
2、地基土的变形验算
沉降计算采用分层总和法，选择Z1、Z3孔为例，其计算公式：
其中；取为基底压力标准值，则Po=167kpa，ES1由压缩曲线查得各级压力下的孔隙比，经计算而得。
沉降计算深度Zn按《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-99）第4.0.8式(9)控制；并满足
沉降计算Z1孔总沉降量为31.25mm计算深度为20.0m、Z3孔总沉降量为29.32mm计算深度为21.0m。
建筑物的倾斜
本工程综合大楼，层高H=34.0m，根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2002）第5.3.4条规定，容许倾斜为0.003，b=29.30m，建筑物的倾斜计算按上式，各层ES值按实际应力状态下在压缩曲线上取得的ES值的平均值。
经计算得到建筑物的倾斜值：Z1沉降量为18.55mm、Z3沉降量17.22，倾斜值约为2.6×10-4。
从计算结果后，9层办公大楼的倾斜值小于容许0.003，满足要求。
综合上述分析，9层办公大楼场地采用天然地基是适宜的。
三、结论
通过笔者对9层办公大楼场地地基土的分析与探讨，在粘性土地基上采用天然地基时，应确保各地基土层的各地质参数指标的可靠性，在此前提下运用现有的规范公式对天然地基的可能性，从岩土力学强度、土质的均匀性、变形等方面做好认真、仔细的分析与推敲，在设计时应考虑以下几个方面：
1、粘性土在沉积过程中，在沉积韵律上会产生一定的不均匀性，如果在场地地基土强度能满足要求，基础设计时尽可能采取结构措施来调节其均匀性；
2、对于地基存在不均匀性时，如果地基土的变形能满足要求时，采用天然地基亦是适宜的；
3、与采用桩基相比较，具有施工方便，造价较低，节省时间等优点。
参考文献:
1.方子云、邹家祥、郑连生，中国建筑小区市政管线综合规划设计，中外建筑，2010（11）
2.杨建斌，张 慧，袁大祥。建设工程施工地基风险分析及防范措施。甘肃科技纵横，2011（2）
3.田 军，赵迁树，试论建筑企业的工程项目管理，科技资讯。2009（12）
4.罗福利，建筑结构缺陷事故的分析与防治，建筑设计与规划。2010（12）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】粘性土地基；高层建筑；
本文以沿海地区某小高层建筑为例，探索通过多种室内室外的勘测手段及理论的定量计算确保采用天然地基承载上部高层建筑的可行性。
场地处近海平原，粘性土的厚度一般在20~30m内，局部地区可达到近60~70m内。由于场地处近海，滨海粘性土沉积差异性较大，形成多样化的沉积韵律，这给工程基础设计提出了多种新的要求。
一、工程概況
拟建物为5幢5~9层宿舍、办公楼及综合办公大楼，其中9层综合办公大楼（小高层），层高约3.3米，设1层地下室作为车库，基底埋深-5.5米。
勘探点基本沿建筑物周边轴线布置。室内试验采用了常规试验、颗粒分析、固结试验、三轴等多种试验的方法。根据钻探、标贯、静力触探及土工试验成果，确保定量计算参数的可靠性后，在勘探深度内将地层分为11个工程地质层：
场地内上部地下水类型为上层滞水，稳定水位埋深约为0.40~0.50米，根据区域性资料，场地地下水对砼、钢筋及钢结构均为微腐蚀性。本场地地基土自上而下均为灰黄色硬一可塑粘性土，在水平、垂直方向上同一层位厚度存在着一定的变异性。
二、天然地基定量评价
1、强度验算
按《高层建筑工程勘察规程》（JGJ72-2004），天然地基评价应包括地基上强度验算、地基土的变形特征及地基土的均匀性评价验算。对于每一个单体建筑都应根据地层的不同情况，以上述三条为原则，分别进行评价。
现以9层办公大楼为例来探讨天然地基的评价方法。本工程采用刚性片筏基础，基础平面尺寸59.0m×29.30m，基础埋深-5.50m，持力层土的承载力设计值f=320KN/m2，其基底压力设计值按下式计算：
Pk=（Fk+Gk）/A=221.75Kpa (1)
持力层强度验算
基础深为现地面下5.5米，基础以第(3)层粘土为持力层，第(3)层粘土承载力特征值fk=280kPa，其持力层强度按下式方法验算：
按《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）附录A（A.0.1）计算极限承载力值，其承载力fu计算公式如下：
按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第5.2.5式计算地基承载力设计值，其承载力fa计算公式如下：
fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck
由于基础平面尺寸为59×29.3m2的矩形，因此取b=29.3米、L=59，土的抗剪强度指标，取基底下一倍，基底宽度内地基土的抗剪强度指标的厚度加权平均值，ck=58.9kPa、φ=15.6°
按公式（2）、（3）计算，其结果分别为fu=1085kPa、fa=445kPa。从计算结果，场地地基土强度均能满足要求。
下卧层强度验算
9层建筑物选择（3）层为持力层，其下（4）层承载力小于持力层强度，构成软弱下卧层，应对其进行下卧层强度验算。
按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第5.2.7条，其计算公式为：
Pz+Pcz≤faz(4)
式中Pz—相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值；
Pcz—软弱下卧层顶面处土的自重压力值；
faz—下卧层顶面顶面处经修正深度后地基承载力值。按下式计算：
（5）
计算结果：Pz=162.59kPa、Pcz=80.30kPa fz=269.29kPa
满足Pz+Pcz≤faz=242.89kPa≤269.29kPa，地基土强度满足要求。
地基上的均匀性验算，按《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）第8.2.4条规定，地基土的均匀性应从以下几方面进行评价：
（1）中—高压缩性地基，持力层底面或相邻底标高的坡度大于10%；可视为不均匀地基，经对比计算，场地地基持力层层面坡度均小于10%，应视为均匀地基。
（2）中—高压缩性地基，工程地质单元及其中卧层在基础宽度方向上的厚度差值大于0.05b(b为基础宽度)时，应视为均匀地基，经计算地基持力层和下卧层在基础宽度方向上，地层厚度的差值均符合要求。
（3）地基土的均匀性以压缩层内各土层的压缩模量为评价依据。
当ES1、ES2的平均值大于10MPa时，符合下式要求视为均匀地基：
当ES1、ES2的平均值小于10MPa时，符合下式要求视为均匀地基：
上述两式ES1、ES2分别为基础宽度方向两钻孔中，压缩层范围内压缩模量按量度的加权平均值（MPa），取大者为ES1小者为ES2。
根据这一原则，取地层厚度差值最大的Z1、Z3孔进行判别，ES1、ES2的平均值大于10MPa，按ES1-ES2＜1/20(ES1+ES2)进行验算，其计算结果ES1=11.22MPa、ES2=11.17MPa，满足要求。
2、地基土的变形验算
沉降计算采用分层总和法，选择Z1、Z3孔为例，其计算公式：
其中；取为基底压力标准值，则Po=167kpa，ES1由压缩曲线查得各级压力下的孔隙比，经计算而得。
沉降计算深度Zn按《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-99）第4.0.8式(9)控制；并满足
沉降计算Z1孔总沉降量为31.25mm计算深度为20.0m、Z3孔总沉降量为29.32mm计算深度为21.0m。
建筑物的倾斜
本工程综合大楼，层高H=34.0m，根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2002）第5.3.4条规定，容许倾斜为0.003，b=29.30m，建筑物的倾斜计算按上式，各层ES值按实际应力状态下在压缩曲线上取得的ES值的平均值。
经计算得到建筑物的倾斜值：Z1沉降量为18.55mm、Z3沉降量17.22，倾斜值约为2.6×10-4。
从计算结果后，9层办公大楼的倾斜值小于容许0.003，满足要求。
综合上述分析，9层办公大楼场地采用天然地基是适宜的。
三、结论
通过笔者对9层办公大楼场地地基土的分析与探讨，在粘性土地基上采用天然地基时，应确保各地基土层的各地质参数指标的可靠性，在此前提下运用现有的规范公式对天然地基的可能性，从岩土力学强度、土质的均匀性、变形等方面做好认真、仔细的分析与推敲，在设计时应考虑以下几个方面：
1、粘性土在沉积过程中，在沉积韵律上会产生一定的不均匀性，如果在场地地基土强度能满足要求，基础设计时尽可能采取结构措施来调节其均匀性；
2、对于地基存在不均匀性时，如果地基土的变形能满足要求时，采用天然地基亦是适宜的；
3、与采用桩基相比较，具有施工方便，造价较低，节省时间等优点。
参考文献:
1.方子云、邹家祥、郑连生，中国建筑小区市政管线综合规划设计，中外建筑，2010（11）
2.杨建斌，张 慧，袁大祥。建设工程施工地基风险分析及防范措施。甘肃科技纵横，2011（2）
3.田 军，赵迁树，试论建筑企业的工程项目管理，科技资讯。2009（12）
4.罗福利，建筑结构缺陷事故的分析与防治，建筑设计与规划。2010（12）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。