探析高層結構地基承載力深度修正系數的計算合理性

高攀

[摘 要] 對于高層結構地基承載力深度修正系數計算的合理性而言，必須要根據實際對施工情況考慮其地基承載力的計算并由此來照應深度修正系數計算，確保更規范地規劃計算取值。本文圍繞高層建筑施工的深基礎地基承載力的控制展開來相應對計算研究，主要通過地基承載力深度修正系數的計算探析，以實際工程情況為主，對其計算對合理性進行了分析。

[關鍵詞] 高層承載力深度修正系數計算

中國建筑部門規定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑，近年來我國施工領域高層建筑施工技術發展不斷創新，其施工理論和高層建筑施工與一般建筑施工存在區別。本文圍繞高層建筑施工的深基礎地基承載力的控制展開來相應對計算研究，主要通過地基承載力深度修正系數的計算探析，以實際工程情況為主，對其計算對合理性進行了分析。

1.工程實例

1.1建筑概述

本次分析研究對建筑物位于烏魯木齊城北片區東側,相鄰揚子江路總建筑面積約36000平方米，建筑為13層，無地下室。整體建筑為整體構造，地上部分劃分為三個獨立對單元建筑體。設計基本參數情況如下：工程±0.000m相當于絕對標高為23.900m。工程設計使用年限為50年,地面粗糙度為C類,設計基本風壓為0.45 kN/m2,基本雪壓為0.35kN/m2,抗震設防烈度為8度,設計基本地震加速度為0.2g,II類場地土,不考慮地基土液化影響,場地特征周期值0.35s。場區在50m的勘察深度范圍內有一層地下水,埋深約為11.300～12.200m,地下水對混凝土和混凝土中鋼筋均無腐蝕性。

1.2地基施工情況

本次地基對施工主要根據當地對水文地質情況選擇來進行地基施工方案的選擇，主要的依據是相鄰對揚子江路對高層建筑物地基施工情況，選擇了較為經濟合理對建筑基礎形勢。砌體結構優先采用剛性條形基礎，如灰土條形基礎、C15素混凝土條形基礎、毛石混凝土條形基礎和四合土條形基礎等，當基礎寬度大于2.5m時，可采用鋼筋混凝土擴展基礎即柔性基礎。主裙連體變剛度調平施工過程中，對于主裙連體建筑，應按增強主體、弱化裙房的原則設計。

地基（樁土）—基礎—上部結構共同作用下，為使變剛度調平概念設計更趨向合理、可靠、實用，宜在概念設計的基礎上進行地基（樁土）—基礎—上部結構共同作用計算分析，進一步調整布樁，使差異變形降到最小，并計算確定基礎、承臺的內力與配筋。

2.地基承載力計算

本次施工對地基承載力的計算采用來天然地基承載力設計值的計算，地基在保證穩定性的條件下，滿足建筑物基礎沉降要求的所能承受荷載的能力?？捎伤苄院奢d直接，也可由極限荷載除以安全系數得到，或由地基承載力標準值經過基礎寬度和埋深修正后確定。本次計算先是打孔勘察土質分層、厚度等，通過勘察報告資料的數據測算出地基承載力。然后代入公式進行取值的確定?！癴=fk+ηb?γ?(b- 3) +ηd?γ0?(d- 0.5)”式中,f為地基承載力設計值,kPa;fk地基承載力標準值=140 kPa;γ為基底以下土的重度,kN/m3;γ0為基底以上土的有效重度(加權平均值)=15kN/m3;ηb為寬度修正系數;ηd為深度修正系數;d為持力層頂面埋深=9.2 m。因考慮對深度修正系數進行討論,寬度修正系數取ηb=0。f=fk+ηd?γ0?(d- 0.5)，ηd=4.4,代入式,則f= 140 + 4.4×15×(9.2 - 0.5) = 714(kPa)。附加壓力值pz，可按雙層地基中附加應力分布計算。為簡單實用，也可采用應力擴散角的概念計算。地基擴散角。向下傳遞和擴散，并假定均勻分布，根據擴散前后總壓力相等的條件，求得擴散面上的附加壓應力，按公式“pz+pcz≤faz” 式中 Pz——軟弱下臥層頂面處的附加壓力值，kPa;pcz——軟弱下臥層頂面處的自重壓力值，kPa;faz——軟弱下臥層頂面處經深度修正后的地基承載力特征值，kPa。

3.深度修正系數的處理

本次工程施工對過程中由于采用了樁土地基的形式，因此深度修正是考慮土的側限作用對地基承載力的有利影響，所以要對按無側限情況所得到的地基承載力基本值進行修正。僅就地基承載力而言先后填土并無區別，基礎底面上的土越高側限作用就越大,抵抗基底下楔形體向外擠出的壓力就越大?！督ㄖ鼗A設計規范》(GB 50007-2002)規定,地基承載力特征值可由載荷試驗等方法綜合確定,當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時,從載荷試驗或其它方法確定的地基承載力特征值,尚應進行修正。經計算，承載力滿足要求。但是地勘報告上要求，為了減小基礎的不均勻沉降，在基礎下鋪0。5到1.0米厚的整片級配砂石墊層，這樣的話，地基承載力修正系數就變了，根據《地基處理規范》3.0.4條規定，不鋪設級配砂石墊層的話，寬度修正系數是3.0，深度修正系數是4.4，鋪設了砂石級配墊層之后，寬度修正系數就變成了0，深度修正系數變成了1。

4.需要注意的問題

如前所述,用深度修正系數比傳統的用土工試驗壓縮模量計算既快又省費用,值得推廣,各地可以在總結經驗的基礎上確定本地區的沉降經驗系數。計算公式簡單明了,土層的壓縮模量是取土自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計算。因此在具體的計算過程中需要考慮到深度修正系數的承載力情況計算，同時也要考慮到實驗計算前對試體材料的取得，鉆探取樣要在試驗點下取樣，測定材料含水量。取樣數量如下：最大粒徑不大于5mm，試樣數量約120g；最大粒徑不大于25mm，試樣數量約250g；最大粒徑不大于40mm，試樣數量約500g。

5.影響高層結構地基承載力深度修正系數取值的因素分析

高層結構的建筑物對地基承載力對要求更高，因此中采用傳統天然地基承載力的計算過程中往往會使得地基對強度出現變形，缺乏有效的控制措施。而且，在具體的施工過程中也會發現，對地基處理前后的地基承載力特征值進行深寬修正，因所依據的規范不同，采用不同的承載力修正公式。取寬度深度修正系數為0，深度修正系數為1，造成了處理后的復合地基承載力修正的提高量不大，可能仍然不滿足地基強度要求，甚至有比地基處理前反而有所降低的現象。高層建筑埋置深度為零或接近于零。這種情況下則不能進行地基承載力的深度修正，此時可將基礎周邊地下構筑物的重量折算為土容重厚度，近似進行深度修正。相應的高層結構地基承載力深度修正系數取值。即S≤C，C為抗力或變形的限值；pk≤fa（地基）；Qk≤Ra（樁基）。此時特征值fa、Ra即為正常使用極限狀態下的抗力設計值。承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，即γ0S≤R計算，此時地基反力p、樁頂下反力Ni和主動土壓力Ea等相應為荷載設計值，要采用相應的分項系數。

綜上所述，對于高層結構地基承載力深度修正系數計算的合理性而言，必須要根據實際對施工情況考慮其地基承載力的計算并由此來照應深度修正系數計算，確保更規范地規劃計算取值。

參考文獻：

[1]戴洪軍, 劉益平, 任治軍. 某電廠工程地基承載力與深度修正系數的取值[J]. 電力勘測設計, 2010,(06).

[2]李鏡培,侯勝男. 上海地區天然地基極限承載力計算公式探討[J]. 工程勘察, 2009,(04) .

[3]李鏡培,陳樂意,梁發云. 地基承載力理論計算公式在合肥地區適用性分析[J]. 勘察科學技術, 2009,(06) .

[4]毛群芳,徐四一. 對天然地基承載力計算公式的理解和應用[J]. 上海地質, 2003,(03) .

[5]韓曉雷, 張輝, 水偉厚, 張文龍. 強夯法處理沙漠地基的載荷試驗尺寸效應研究[J]. 工程勘察, 2011,(06).