現代建筑結構基礎分析

王帥

摘要：高層建筑物基礎沉降是施工過程中對施工質量的重要監測指標，而基礎沉降量的預測是施工質量的保證和預報預警的重要措施。本文研究了對于高層建筑物在施工過程中的沉降安全性分析，介紹了土的滲透性破壞形式并對樁基的承載力進行分析，有利于避免建筑物樁基沉降帶來的危險。

關鍵詞：建筑結構;基礎沉降;樁基承載力

1 土的滲透性破壞形式

由水利工程中水工建筑結構基礎中土體間存在十分不規則斷面和形狀的間隙，因此水在土體顆粒間隙中的滲透流動過程是個非常復雜的過程。為研究水在土中顆粒間的流動過程，采用單位時間內通過土體單位面積的水量來表示滲透速度來代替真實的滲透速度。在水利工程中，土工建筑物中的滲流過程，由于滲透力的存在以及某一滲流通道的集中沖刷會削弱建筑物本身的安全性以及地基的穩定性。根據以往水利工程中因結構基礎失事的一些統計數據中可知，滲透破壞可能性占很大比例，對結構安全性有著嚴重的削弱作用。

2 樁基的承載力分析

我國各種建筑物的基礎建設理念也放棄了以原有的天然土，而多采用樁基礎的型式，特別是灌注樁基礎的形式因其具有地層適應性強、樁長樁徑可按設計靈活選用、單樁承載力大的優點而得到廣泛應用。但是樁基礎在成樁的過程中總是會在樁側形成難于剔除的泥皮和在樁基礎底面位置留有難于清理干凈的沉渣。

2.1 樁側泥皮對樁基礎承載能力的影響

由于樁基礎施工過程中鉆機擾動、地下水壓力的變化、以及不同深度土的性質不同等因素會造成孔徑變化，因此為了穩定孔壁，防止塌孔、縮孔，平衡地層壓力通常會采用泥漿護壁措施。然而泥漿護壁成孔后一般會在樁基礎四周形成一層泥皮，厚度因施工條件不同會出現從幾毫米到幾厘米的不同結果。樁基礎四周泥皮的存在，改變了樁基礎和四周土體相互作用關系。相對無泥皮的樁基礎四周的土體，樁側泥皮具有較低的抗剪強度、較高含水量、較大的壓縮性，因此當泥皮很厚時，樁基礎四周土體的物理力學性質將會受到一定程度的削弱作用，使得樁基礎摩阻力大幅度減小。當樁基礎四周泥皮較厚時還會樁基礎的摩阻力產生軟化作用，從而嚴重削弱了樁基礎的承載能力。

2.2 樁端沉渣對樁基礎承載能力的影響

以前大多數科研人員都認為樁基礎的摩阻力和樁基礎底面的端阻力是沒有直接關系的，而樁基礎的承載能力的值也只是樁基礎的摩阻力和樁基礎底面的端阻力大小的簡單相加。由此，如果施工場地不發生改變，工程地址就不會發生改變，因此樁基礎的樁側摩阻力和樁端阻力便不會再發生改變，如果基于以上結論，那么無論在施工過程中采用何種類型的樁，它的承載能力都不會發生改變。由于施工工藝、施工規范性等因素會造成樁基礎底面產生不同程度厚度的沉渣情況，從而降低樁基礎底面的端阻力，因此會對樁基礎的承載力產生一定削弱作用。

3 建筑基礎沉降和承載力

當上部結構對基礎的作用力大于地基的極限承載能力時會使巧基礎四周的土體發生剪切破壞，通常根據剪切破壞特點可以將破壞形式主要分為三種，如圖1所示。

由圖可以看出：樁基礎四周土體發生整體剪切破壞時，土體內部能夠形成延展到地面的連續滑動面，并且樁基礎四周圓環面頂部的地面會隆起，此時樁基礎沉降與所受的荷載力呈線性變化，當樁基礎四周土體出現破壞時的荷載沉降曲線正處于曲線拐點的位置，如圖1（a）所示;樁基礎四周土體發生局部剪切破壞相比整體剪切破壞，盡管在結構基礎中也形成了明顯的破壞區和樁基礎四周圓環面頂部的地面也相應向上微微隆起，但是并未能形成延伸至地面的連續滑動面，而且樁基礎的荷載一沉降曲線一直呈非線性變化并且無明顯的拐點，如圖1（b）所示;樁基礎四周土體沖剪破壞的特點是在結構基礎中沒有形成破壞區或滑動面，而是上部結構作用荷載的增加并且達到一定數值時，樁基礎將隨著土的壓縮而發生近乎垂直地連續刺人的剪切破壞，樁基礎此時的荷載一沉降曲線并不會拐點，如圖1（c）所示。

綜合考慮了土的壓縮性，建議用樁基礎四周土的剛度指標Ir與土的臨界剛度Ir（cr）大小關系將樁基礎四周土體劃分為劃分相對可壓縮和相對不可壓縮的兩大類型，并據此判斷樁基礎四周土體的破壞形式。若Ir>Ir（cr），樁基礎四周土體是相對不可壓縮的，樁基礎四周土體將發生剪切破壞;若Irk Ir（cr），認為樁基礎四周土體是相對可壓縮的，此時樁基礎四周土體可能發生局部剪切破壞也可能發生沖剪破壞。其中樁基礎四周土體的剛度可按下式計算，即

其中G為土的剪切模量，kPa;E為土的變形模量，kPa; v為土的泊松比;c為土的凝聚力，kPa;Ψ為土的內摩擦角;q₀為樁基礎四周土體中膨脹區平均超載壓力，kPa。

4 結論

文本介紹了土的滲透性破壞形式并對樁基的承載力進行了分析，有利于避免建筑物樁基沉降帶來的危險。

參考文獻

[1]中華人民共和國標準.建筑地基基礎設計規范（GB50007-2011）[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.