高層賓館筏板基礎設計探究

朱春強　梁建娣

摘要：高層建筑筏板基礎設計是整個結構設計的比較重要的部分，其設計是否合理，直接關系到建筑物的安全使用、施323-期和投資額度。鋼筋混凝土筏板基礎具有施工簡單、基礎整體剛度較好以及能調節建筑物不均勻沉降等特點，它的抗震性能也比較好。因此，在滿足安全、經濟和正常使用的前提下可以考慮采用筏板基礎。本文通過工程實例，簡單介紹了高層賓館筏板基礎的選型、埋深和內力分析要點，充分考慮上部結構、基礎和地基之間的共同作用，闡述了筏板基礎的施工注意事項。

關鍵詞：高層賓館；筏板基礎；內力分析；施工要點

中圖分類號：TU471.1+5 文獻標識碼：B 文章編號：1674-3954（2013）21-0152-02

引言

筏形基礎在高層建筑設計中的使用變得越來越普遍，其不僅能結合地下室的埋深，充分利用天然地基建造補償性基礎，具有整體剛度好、能調整地基不均勻沉降的特點，同時，也能配合未來城市對地下空間的相關需求進行合理的開發利用。除此之外，筏形基礎抗震性能相對較好，而且施工簡便、工期短，技術質量比較容易得到保證。

1 工程概況

某高層賓館，地面以上樓高9層，層高為3m，地下1層，地下室為停車庫和設備問，基礎埋深4.50m。上部采用現澆框架結構，主體結構為短肢剪力墻結構體系。本工程抗震設防烈度Ⅵ度，場地類別為Ⅲ類。一般地質條件下，高層建筑中鋼筋混凝土結構采用樁基礎，其基礎工程包括基坑支護和開挖施工的費用約占建筑總造價的20～30%，施工工期約占建筑總工期的30～40%，同比之下，采用筏板基礎分別為10～20%和20～25%。因此，相對于樁基礎而言，筏板基礎的經濟效益較為明顯。本工程初步設計為樁基礎，由于考慮到場地附近挖方相對較多，因此對場地進行填土1m后優化設計采用筏板基礎。

2 筏形基礎選型

通常來說，筏形基礎有兩種類型，分別為梁板式和平板式。本建筑工程除前面提到的主體結構為短肢剪力墻結構體系外，其平面布置也比較特殊。若采用梁板式筏基，則基梁的布置相對較復雜，同時節點不宜處理，基梁之間的相互傳力關系不明確；若采用平板式筏基，則可不受平面布置不規則的影響，能夠較好地解決梁板式筏基中遇到相關問題，有效提高筏基的整體剛度及調整應力和變形的能力。相比之下，平板式筏基還具有施工簡便、施工工期短以及施工質量比較容易得到保證的特點。綜上所述，不管從經濟、工期還是工程技術質量考慮，該建筑工程采用平板式筏基，能夠很好的滿足相關設計要求。

3 筏板基礎埋深

筏板基礎的埋置深度，當采用天然地基時不宜小于建筑物地面以上高度的1/12，但對于非抗震設計的建筑物或抗震設防烈度為Ⅵ度時，筏基的埋置深度可適當減小。為此當室內外高差為0.6m時，筏板基礎的埋置深度H：

H=1/12（3×9+0.6）=2.3m

取H=2.0m，其中地質勘察報告提供的地基剖面如表1所示。

4 筏板面積的確定

筏板面積的大小與上部結構的荷載和地基承載能力有關。該工程地基承載力設計值由地質勘察報告提供，在2m深處粉土層有f=130kPa。

中柱：P=12×3.6×（2.4+5.7）/2×9=1574.6kN

邊柱：P=12×3.6×5.7/2×9=1108.08kN

上部框架結構的荷載值可根據高層建筑結構計算荷載的取值方法，按表2經驗數值進行估算。

5 筏板基礎的內力分析計算

對于高層建筑的筏板基礎內力分析，通常簡化計算方法，由于其具有將由上部結構、基礎和地基三部分構成的一個完整的靜力平衡體系的基本的特點，因此可以將筏板基礎分割成三個部分，逐一進行獨立求解。考慮到上部結構、基礎和地基三者之間具有相互影響、相互制約的關系。筏板上部結構部分，由于考慮了因基礎變形而引起的相關變形，這種變形會使上部結構產生次應力，考慮了這種次應力，結構將更安全；筏板基礎部分，由于考慮了上部結構的貢獻，一定程度上能夠減小其整體彎曲變形和內力，因此取得較為經濟的效果。分析筏板基礎內力時，主要應考慮以下幾方面：

（1）當進行筏板基礎內力分析時，理論上應充分考慮上部結構的剛度，但是一定程度上會增加計算工作量。通常而言，對多層建筑可以不考慮上部結構的剛度，只須將地下室部分的結構剛度考慮進去，可以得到足夠準確的工程精度，而不必考慮所有的上部結構剛度。

（2）由于筏板基礎的板厚一般較大，而且其空間受力性較強，所以普通的薄板理論己不能滿足其要求，此時應采用考慮板剪切變形的中厚板理論或三維實體單元來分析。對于相對規則或可簡化為規則的筏板基礎結構，可采用類似邊界元法的域外奇點法來進行分析。當采用有限元法或域外奇點法進行基礎內力分析計算時，應該考慮如何解決地基彈簧剛度的問題。一些相關學者提出在計算地基彈簧剛度時考慮與地基土之間的相互影響，這種方法理論上是正確的，但在實際工程設計施工中卻很難行得通。通常情況下，在設計中應先計算基礎的總沉降，求得地基土的總彈簧剛度，然后再根據局部的地基情況對地基的彈簧剛度進行適當修正，最后在計算基礎內力的過程中考慮與地基土之間的相互影響。

（3）由于筏板基礎的空間受力性相對比較強，因此，在采用三維實體單元法求得基礎板的內力會產生彎矩及剪力的同時，也會有軸力，所以根據此類方法求出的基礎板的內力進行配筋計算時，應按偏心受壓或偏心受拉構件進行計算。

6 筏板基礎施工

該高層賓館為一類高層建筑，工程量相對較大，具有一定的施工難度，因此要求施工單位必須具備較復雜高層建筑施工組織、管理和施工能力。在施工中應特別注意以下工序的操作：

6.1 施工降水

該高層賓館基地地下水位深-6.50～7.00m，所以在基坑開挖護臂和基礎施工時必須做好降水工作。根據場地條件，采用井點降水進行合理降水，砂卵石層的綜合滲透系數K取17m/d。

6.2 基坑開挖護臂

該工程開挖深度較大，所以在開挖過程中必須進行支護。由于該建筑場地四周分布已有建筑、市政設施等建筑物，為了避免對市政設施以及已有建筑產生不良影響，基坑開挖時應該采用人工挖孔護臂樁進行支護。人孔挖空護臂樁開挖深度為13m，樁徑1.1m，混凝土強度采用C20。護臂樁間連系梁也采用C20混凝土，截面尺寸b×h為1000mm×400mm。

6.3 局部地基加固

基底下局部地段分布圓礫，對埋深較小的圓礫應予以挖除，同時應回填級配良好的砂卵石并進行夯實；對埋深較大的圓礫應采用旋噴樁進行加固處理。該工程加固完工后，為了檢測加固效果，取得復合地基的相關力學指標，有關檢測部門進行了現場靜載試驗和動力觸探試驗，并將測得的復合地基與原狀土有關力學指標進行比對，結果滿足設計要求。

6.4 基礎底板大體積混凝土澆筑

該工程底板混凝土用量較大，具有大體積混凝土的施工特點，同時采用C35混凝土。由于內外溫差比較大，所以容易產生收縮、裂縫等現象，而且運輸距離較遠，運輸能力相對有限。為此，施工單位制定了大體積混凝土澆筑方案，以防止產生裂縫現象，同時最大限度地解決了混凝土運輸能力不足的問題。該基礎底板大體積混凝土澆筑劃分為三個施工段，沿長邊方向推進，每段方量約4000m³，I段用4d澆筑完畢后休整間隔6d，Ⅱ、Ⅲ段用8d澆筑完畢。在此期間為保證混凝土質量，必須保證1200m³/d以上的混凝土澆筑量。在整個澆筑過程中，成立由監理及甲、乙雙方共同組成的指揮組，24h輪流值班負責整個生產過程中的運輸、泵送、攪拌、技術保證、質量控制以及協調等工作。

7 變形觀測

該工程在首層共布設了10個觀測點，施工期間每隔2層觀測1次，以實測資料作為建筑物地基基礎工程質量檢查的依據之一。目前，主體結構已經封頂，正進行外立面裝修，根據現場的變形觀測結果，各觀測累計沉降量均在13.53～17.21mm范圍內，平均下沉量為15.37nnn，筏板基礎最大傾斜量為0.11‰，滿足規范允許值3‰范圍之內的要求。就觀測結果進行分析，整個基礎沉降相對比較均勻，預計最終實際沉降量要比理論計算值小，總沉降量約為25～30mm。

8 結束語

高層建筑筏板基礎選型和設計，是整個結構設計中的比較關鍵的環節，直接影響到建筑工程安全、質量和投資等方面。因此，相關工程設計人員應認真研究擬建場地的巖土性質和上部結構特點，通過綜合技術經濟比選后保證筏板基礎的質量，在工程中具有重要意義。

參考文獻

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