相鄰荷載作用下地基變形計(jì)算分析

王松松

（太原市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)站有限公司，山西 太原 030002）

0 前言

在當(dāng)今城市建設(shè)中，新建建筑物越來越近，后建建筑物的建成對(duì)其周邊既有建筑物的地基可能產(chǎn)生新的變形，進(jìn)而影響周邊既有建筑物的地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性和安全狀況。本文將通過一工程實(shí)例，對(duì)既有建筑地基在相鄰荷載作用下的變形進(jìn)行計(jì)算分析。某住宅樓為建成有10年的框架剪力墻結(jié)構(gòu)房屋，臨近住宅樓北側(cè)一高層住宅項(xiàng)目正在建設(shè)。既有住宅樓主樓為地下一層，地上十一層，建筑高度34.85m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)；裙樓位于主樓北側(cè)，地下一層，地上一層，框架結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，與主樓之間不設(shè)伸縮縫，施工時(shí)留有后澆帶。裙樓北側(cè)在建項(xiàng)目為地下一層，地上十五層，復(fù)式高層住宅項(xiàng)目，建筑總高度78.7m，地下室層高：3.6m，一層4.3m，二層3.6m，住宅層高5.4m（平層2.8，躍層2.6m），剪力墻結(jié)構(gòu)。高層住宅項(xiàng)目于2012年7月開工，2013年9月停工，現(xiàn)施工至地上十一層，高度為 56m。在建高層項(xiàng)目南側(cè)基礎(chǔ)邊緣距離既有住宅樓地下室外墻的距離東側(cè)最小，約為0.49m，西側(cè)最大，約為1.19m；在建高層項(xiàng)目基底標(biāo)高比既有住宅樓裙樓基底標(biāo)高低0.7m，比主樓基底標(biāo)高低0.2m；在建高層住宅項(xiàng)目施工至目前進(jìn)度，比既有住宅樓高約 23米；若施工至設(shè)計(jì)高度，比既有住宅樓高約 50米。平面示意圖及豎向示意圖見圖1、圖2。

圖1 相鄰項(xiàng)目平面位置示意圖

圖2 相鄰項(xiàng)目豎向位置示意圖

1 地基土物理力學(xué)指標(biāo)及工程特性

表1 兩個(gè)項(xiàng)目地基土物理力學(xué)指標(biāo)及工程特性對(duì)比

根據(jù)上表地基土物理力學(xué)指標(biāo)及工程性質(zhì)對(duì)比可知，兩場(chǎng)地地基土土層分布相似，地基土各層物理力學(xué)指標(biāo)及工程特性相當(dāng)。在建高層住宅項(xiàng)目地基持力層為第②層卵石層，承載力特征值采用250kPa；既有住宅樓地基持力層為②層卵石層，地基承載力特征值采用 250kPa卵石層邊坡穩(wěn)定計(jì)算建議卵石參數(shù)為：c=0kPa，φ=45°。

2 地基變形計(jì)算

在建高層住宅項(xiàng)目的建設(shè)相當(dāng)于既有住宅樓的地基北側(cè)作用有相鄰荷載，在相鄰荷載的作用下，既有住宅樓商住樓地基會(huì)產(chǎn)生新的變形。根據(jù)在建高層住宅項(xiàng)目設(shè)計(jì)總高度，2#住宅樓層數(shù)最多，高度最高，本次地基變形計(jì)算相鄰荷載按2#住宅樓基地反力計(jì)算。

2.1 現(xiàn)階段地基變形計(jì)算

（1）基地反力計(jì)算

按照在建高層住宅項(xiàng)目2#住宅樓的實(shí)際結(jié)構(gòu)布置情況和基礎(chǔ)布置情況，以目前施工至地上十一層考慮（包含裝修使用后恒荷載和活荷載），在準(zhǔn)永久荷載組合下，計(jì)算得在建高層住宅項(xiàng)目主樓及地庫基底壓力如下：

總豎向荷載(含基礎(chǔ)自重)：195008 (kN)

底板平均反力(含基礎(chǔ)自重)：305kPa；

最大壓力：313kPa； 最小壓力：297kPa。

本次計(jì)算按基地最大壓力313kPa計(jì)算。

（2）地基參數(shù)選取

既有住宅樓地基土性質(zhì)如下所示：②卵石，厚度3.9m（除去開挖深度），變形模量E0=21MPa；③卵石，15.4m（參考相鄰地勘），變形模量E0=32MPa；④泥巖，未揭穿，變形模量E0=40MPa。

故地基土各層的壓縮模量為：②卵石 Es=26.2MPa，③卵石 Es=40MPa，④泥巖Es=50MPa。

（3）分層總和法地基沉降量計(jì)算

1）裙樓地基變形

基礎(chǔ)底面以下，共有三層地基土：②卵石，厚度3.9m；③卵石，15.4m；④泥巖，未揭穿。分層總和法[1]計(jì)算結(jié)果如下：

表2 裙樓分層總和法地基沉降量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上表，最后1m厚土層的變形量為1.37mm，總沉降量為102.43mm，1.37mm故地基沉降計(jì)算深度取33.3m合理。

2)主樓地基變形

主樓基礎(chǔ)筏板北側(cè)邊緣距離 2#樓基礎(chǔ)筏板南側(cè)邊緣距離為約 17.8m，按最不利條件45°擴(kuò)散，2#樓基地壓力擴(kuò)散至既有住宅樓商住樓基礎(chǔ)筏板北側(cè)邊緣處時(shí)的附加應(yīng)力為：

313kPa-20 kN/m3×17.8m=-43kPa＜0

說明目前階段（包含裝修及樓面活荷載），在建高層住宅項(xiàng)目2#住宅樓基地壓力尚未對(duì)美麗家園住宅樓底部筏板基礎(chǔ)正下方的地基產(chǎn)生新的附加應(yīng)力。

（4）規(guī)范法[2]地基變形計(jì)算

裙樓地基最終沉降量：s=ψss′=0.2×102.43=20.5mm（2）

2.2 施工至設(shè)計(jì)高度后地基變形計(jì)算

（1）基地反力計(jì)算

按照在建高層住宅項(xiàng)目2#住宅樓的實(shí)際結(jié)構(gòu)布置情況和基礎(chǔ)布置情況，以設(shè)計(jì)高度考慮（包含裝修使用后恒荷載和活荷載），在準(zhǔn)永久荷載組合下，計(jì)算得在建高層住宅項(xiàng)目主樓及地庫基底壓力如下：

總豎向荷載(含基礎(chǔ)自重)：255639 (kN)

底板平均反力(含基礎(chǔ)自重)：400kPa；

最大壓力：407kPa； 最小壓力：393kPa。

本次計(jì)算按基地最大壓力407kPa計(jì)算，

（2）分層總和法地基沉降量計(jì)算

1）裙樓地基變形

基礎(chǔ)底面以下，共有三層地基土：②卵石，厚度3.9m；③卵石，15.4m；④泥巖，未揭穿。分層總和法計(jì)算結(jié)果如下：

表4 裙樓分層總和法地基沉降量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上表，最后1m厚土層的變形量為1.78mm，總沉降量為133.19mm，1.78mm故地基沉降計(jì)算深度取33.3m合理。

2)主樓地基變形

主樓基礎(chǔ)筏板北側(cè)邊緣距離 2#樓基礎(chǔ)筏板南側(cè)邊緣距離為約 17.8m，按最不利條件45°擴(kuò)散，2#樓基地壓力擴(kuò)散至既有住宅樓商住樓基礎(chǔ)筏板北側(cè)邊緣處時(shí)的附加應(yīng)力為：

407kPa-20 kN/m3×17.8m=51kPa

基礎(chǔ)底面以下，共有三層地基土：②卵石，厚度3.4m；③卵石，15.4m；④泥巖，未揭穿。分層總和法計(jì)算結(jié)果如下：

表5 主樓分層總和法地基沉降量計(jì)算結(jié)果

Δsi(mm)0 0 2.3 0.00 0.5000 51 3.4 3.4 26.2 2.3 0.22 0.4994 51 3.31 8.4 5 40 2.3 0.53 0.4928 51 3.11 13.4 5 40 2.3 0.85 0.4782 51 2.89 19.8 5.4 40 2.3 1.25 0.4512 51 3.22 24.8 5 50 2.3 1.57 0.4272 51 1.69 29.8 5 50 2.3 1.89 0.4032 51 1.45 32.8 3 50 2.3 2.08 0.3894 51 0.77 33.8 1 50 2.3 2.14 0.3852 51 0.25總變形量 s′ 16.7

根據(jù)上表，最后1m厚土層的變形量為0.25mm，總沉降量為16.7mm，0.25mm故地基沉降計(jì)算深度取33.8m合理。

（3）規(guī)范法地基變形計(jì)算

裙樓地基最終沉降量：s=ψss′ =0.2×133.19=26.6mm

主樓地基最終沉降量：s=ψss′ =0.2×16.7=3.34mm

經(jīng)上述地基變形計(jì)算可知，在建高層住宅項(xiàng)目施工至目前階段（包括裝修后的恒荷載和樓面活荷載），引起了既有住宅樓商住樓北側(cè)地基基礎(chǔ)的變形，尚未引起住宅樓底部筏板正下方的地基變形；但是，按設(shè)計(jì)高度計(jì)算，在建高層住宅項(xiàng)目的基地壓力進(jìn)一步加大，會(huì)引起既有住宅樓商住樓裙樓地基變形的加大，并進(jìn)一步引起主樓底部筏板下方地基的變形。

3 總結(jié)

通過相鄰荷載作用下地基變形計(jì)算，當(dāng)新建項(xiàng)目基礎(chǔ)距離周邊建筑距離較近，新建項(xiàng)目高度較大，基地壓力較大時(shí)，會(huì)引起周邊既有建筑地基產(chǎn)生新的變形。這種變形對(duì)既有建筑物的地基穩(wěn)定及安全是有不利影響的，所以在新建項(xiàng)目的前期規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分調(diào)查周邊建筑物的地基基礎(chǔ)情況，制定合理的地基處理方案。此次計(jì)算分析也可得出，在卵石持力層地基中，相鄰荷載作用下，分層總和法計(jì)算結(jié)果和規(guī)范法計(jì)算結(jié)果存在明顯差異，有待對(duì)其他土質(zhì)情況的地基變形進(jìn)行進(jìn)一步研究和分析。