山區不均勻地基上的基礎設計

趙建永

摘要：所謂不均勻地基,是指單體建筑物不同區段地基的工程性質變化極大且規律性又不明顯的情況,常規的方法是按照最軟弱區段的地基條件確定基礎包括地基處理措施,將導致基礎造價大大提高。本文結合某山區辦公樓所處的不均勻地基條件,進行幾種基礎方案比較,并通過基礎沉降計算來設計基礎,從而確定一種經濟可行的基礎形式。

關鍵詞：地基理論；不均勻；建筑物

1 工程概況及水文地質條件

1.1 工程概況

本工程為擬建五層框架結構辦公樓,位于浙江新昌附近某山區,其中主樓南北方向長度為10m~20m,東西方向長度70m,因建筑立面需要,中間不設沉降縫,設后澆帶一道。

1.2 水文地質條件

場地原地貌單元屬殘丘地帶,建筑物基底地形復雜,巖層起伏較大。根據地質勘察報告,建筑物從西到東方向的三個勘察鉆孔的土層分布基本情況如下(由上至下):①鉆孔8,素填土,厚度0.8m;可塑狀粉質粘土,厚度3.1m;淤泥質土,厚度2.1 m;硬塑狀粉質粘土,厚度1.8m;強風化泥質粉砂巖,厚度1.1m;②鉆孔9,素填土,厚度1m;硬塑狀粉質粘土,厚度3m;強風化泥質粉砂巖,厚度1.6m;③鉆孔14,素填土,厚度0.4m;強風化泥質粉砂巖,厚度0.7m;中風化泥質粉砂巖,厚度0.7m。場地孔隙含水砂層不發育,粘性土層透水微弱,屬弱透水層,含水貧乏。

2 基礎方案比較

考慮天然地基。以坡積土層、風化殘積土層,強風化巖層及中風化巖層埋藏淺的地段結合作為擬建建筑物天然地基上的淺基礎持力層。可塑狀粉質粘土層、硬塑狀粉質粘土層的地基承載力特征值分別為286 kPa,303 kPa。但建筑物東側部分地基為風化巖層,基礎沉降很小,東、西側地質條件不同,容易造成不均勻沉降。

鉆(沖)孔灌注樁。以強風化巖及中風化巖結合作為樁基持力層,采用鉆(沖)孔灌注樁,可以盡可能避免基礎沉降不均勻的問題。場地地基都具有深淺不一的巖層,強風化、中風化泥質粉砂巖樁端端阻力特征值分別為800 kPa~850 kPa,1 500 kPa~1 600 kPa,按公式:Ra= up∑qsiali+qpaAp計算樁承載力特征值可以滿足建筑物地基承載力的需要。但從經濟性的角度來看,建筑物西側部分估計樁長達8 m,而且場地其他部分擬建建筑物的地基與此類似,總的造價比較大,而且施工周期比較長。

靜壓預制樁。同一建筑物宜采用同一種基礎形式。部分巖層埋藏較淺不適宜整個場地都使用預制樁基礎。

基礎方案的選取。根據地基承載力的概念,在保證地基穩定的條件下,使建筑物的沉降量不超過允許值的地基承載力稱為地基承載力特征值。也就是說地基承載力在使建筑物的強度安全儲備足夠的前提下,也要使地基變形不超過允許值。所以本工程經過綜合考慮造價、施工等各方面因素,通過地基變形的計算,在不超過允許值的前提下,符合地基承載力的要求,可以選用天然地基上的淺基礎。

3 地基變形計算

地基的變形特征可分為沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜,由于建筑地基不均勻、荷載差異很大、體形復雜等因素引起的地基變形,對于砌體承重結構應由局部傾斜值控制;對于框架結構和單層排架結構應由相鄰柱基的沉降差控制;對于多層或高層建筑和高聳結構應由傾斜值控制;必要時尚應控制平均沉降量。在中、低壓縮性土上的工業與民用建筑相鄰柱基的沉降差對于框架結構為0.002L,多層和高層建筑的整體傾斜在Hg≤24 m時為0.004,其中L為相鄰柱基的中心距離,Hg為自室外地面起算的建筑物高度。

地基變形采用規范的方法進行計算。基礎沉降量與地基變形計算深度有關,對于基礎寬度b在1 m~30 m之間的建筑物基礎,在沒有相鄰基礎時基礎中點地基變形計算深度z可按以下簡化公式計算:Zn=b(2.5-0.41nb)。

計算深度在土層分界面附近時,如下層土較硬,可取土層分界面的深度為計算深度;如下層土較軟,宜適當加大計算深度;在計算深度范圍內有基巖時,Z即取至主基巖表面。關于相鄰基礎的影響,對于單獨基礎,當基礎凈距大于相鄰基礎寬度時,可按集中荷載計算;對于條形基礎,當基礎的凈距大于4倍相鄰基礎寬度時,可按線荷載計算;在一般情況下,相鄰基礎的凈距大于10 m時,可略去影響。

4 結構構造措施

為了減少相鄰柱間的沉降差,本工程部分基礎采用換填法。地基存在淤泥質土時挖去軟土,換填比例為3∶7的砂石,且增大基礎面積,減小沉降量;地基為巖層時換填1 m厚中粗砂,增大沉降量。然后在滿足地基強度的前提下進行地基變形驗算,調整基礎大小以滿足變形條件。同時,為了減少建筑物的不均勻沉降,還需利用地基、基礎和上部結構的相互作用。增大上部結構剛度,將減小基礎撓曲和內力。研究表明,框架結構的剛度隨層數增加而增加,但增加的速度逐漸減緩,到達一定層數后便趨于穩定。由此可見,在框架結構中下部一定數量的樓層結構起著調整不均勻沉降、削減基礎整體彎曲的作用,同時自身也將出現較大的次應力,且層次位置愈低, 其作用也愈大。在相互作用中起主導作用的是地基,其次是基礎,而上部結構則是在壓縮性地基上基礎整體剛度有限時起重要作用的因素。所以在不均勻地基上的基礎設計中,重點是要處理好地基和基礎,但上部結構的剛度也要做適當加強。根據上述原理所采取的構造措施主要有:增大地梁截面,降低地梁標高,薄弱部位加大梁截面和配筋,樓板面筋拉通等。

結語

在地基不均勻的情況下,首先應當考慮建筑體形力求簡單,設置沉降縫將建筑物分成若干個獨立的單元,通過設置沉降縫調整不均勻沉降。當建筑不可以設縫或者形體復雜時同一建筑物宜采用同一種基礎形式,并取相同的埋深,持力層也相同。有時由于持力層土質不均勻或者上部結構荷重分布差別較大,為了使地基均勻沉降,可以根據計算,有意識地通過調整基礎面積大小以達到調整基底壓力使沉降均勻的目的。

同時,建筑物的剛度越大,調整不均勻沉降的能力越大;強度越高,抵抗附加應力的能力越強。因此必須同時考慮提高結構的剛度與強度。

參考文獻

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