[分享]软土地区天然基础抗浮设计探索

发表于2020-01-09    149人浏览    1人跟帖    总热度:65  

软土地区天然基础抗浮设计探索


一.引言



随着社会经济的发展,人们对于居住建筑的要求也越来越高,目前地下室已经成为住宅建筑的常规配置。对于层数不高的别墅项目,基地压力不大,可以通过天然基础的形式将其传递给地基,但是设置了地下室以后,在设计高水位下,经常会存在抗浮工况,此时天然基础的方案就无法满足使用要求,需要改用桩基础。

常规桩基础设计时,承压和抗浮均由桩基来满足。承压设计时,将上部荷载集中到桩基,单桩承载的上部荷载较大,为了满足单桩承载力,需要将桩端至于较好的土层。抗拔设计时,由于水浮力不大,可能仅仅需要承压计算一半的桩长就可以满足设计要求。www.gxfcw.com_【官方首页】-广西风采网对于这种承压为主,又存在抗浮工况的项目,采用常规桩基础设计是可行的,但经济性不佳。www.gxfcw.com_【官方首页】-广西风采网但仅仅采用天然基础,虽然能满足承压工况,经济性也较好,但对于抗浮工况却无能为力。


二.新基础形式探索


本文提出的一种新型的基础形式——天然基础+“悬浮桩”,类似于复合疏桩基础,考虑桩和地基土的共同作用,但设计的思路和适用条件和前者有一定的区别。新型基础主要用于解决多层带地下室建筑的抗浮问题,同时具有良好的经济性。其较为理想的适用条件由以下几点:

  1. 项目为带地下室的多层建筑,地下室底板位于工程力学性能较好的持力层上,在设计低水位工况下,地基土可以满足承载力极限状态和正常使用极限状态的要求;

  2. 设计高水位时,建筑的自重不足以抵抗水浮力的作用,存在一定上浮工况,但抗浮力不大;

  3. 底板持力层以下较浅范围内存在工程力学性能较差的土层,如淤泥土;

当满足以上几个条件时,设计时可以采用天然基础+“悬浮桩”的基础形式。设计时,假定承压工况和抗浮工况分别有按天然基础和桩基来考虑,两者互不影响。

一般情况下,设置了桩基以后,由于桩体进入了下部较好的土层,具有比天然基础更好的承载力,其刚度也比地基土要大的多,在上部荷载作用下,桩基会承担更多的荷载,桩间土发挥的承载作用是很小的,也就是说按常规桩基设计,上部荷载基本全部由桩基础承担。要满足承压工况下主要由桩间土来承担上部荷载的假定,需要对桩基的构造提一定的要求,即桩长较短且桩端持力层位于工程力学性能较差的土层。桩长短则侧阻力小,持力层如果为淤泥则端阻力可以忽略不计,但这并不影响桩的抗拔承载力。此时的桩的抗压承载力只有侧阻力,其单桩承载力也较小,抗压的刚度也相对较小,当上部荷载作用在桩基上,桩基自身无法满足所有荷载的承载能力,会产生一定的竖向位移,并将剩余大部分荷载传递到地基土。因此在承压工况下,桩基发挥的作用是很小的,可以忽略不记,认为上部荷载均由地基土来承担。在抗浮工况下,由于土体无法抗拉,天然基础是不发挥作用的,只有通过桩的侧阻力才能抵抗地下水浮力。综上,通过对桩长和桩端持力层的限制,可以实现承压按天然基础、抗浮按桩基础的假定。


三. 工程实例分析


项目位于上海市,是近些年较为流行的中式别墅项目。别墅为地上两层建筑,设置一层地下室。本项目建设场地天然地面标高约4m(吴淞高程),建筑±0.000标高相当与吴淞高程6.100m。www.gxfcw.com_【官方首页】-广西风采网别墅投影范围外地下室基本跨度约8mX6m,底板结构标高-5.5m(以下均用相对标高表示),顶板结构标高-1.8m,覆土1.5m。

www.gxfcw.com_【官方首页】-广西风采网采用浅基础设计时,地基土承载力特征值fak是根据国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第5.2.3条,并结合工程经验确定,详见表1。

采用桩基础设计时,各土层的桩周土极限摩阻力标准值fs及桩端土极限端阻力标准值fp详见表2(表中仅列出预制桩的值)。

www.gxfcw.com_【官方首页】-广西风采网根据地勘报告,场地潜水水位埋深可按年平均高水位埋深0.50m,低水位按埋深1.50m采用,抗浮水位建议值:可按室外地面整平标高以下0.5m考虑。

www.gxfcw.com_【官方首页】-广西风采网根据地下室底板的埋置深度可知,地库底板位于②3砂质粉土层,该土层具有良好力学性能,其承载力特征值fak=110kPa,可以作为上部建筑的持力层。根据经验,框架结构单层荷载标准值约14~15kN/m2,上部两层荷载标准值约28~30kN/m2,地库1.5m的覆土荷载约为1.5x18=27kN/m2,两者荷载相近,而地库的柱网比较规则,为使结果更加直观,本文将以地库区域作为主要的分析对象。

图1.别墅地下室剖面图


www.gxfcw.com_【官方首页】-广西风采网在盈建科结构设计软件中建立纯地库模型,柱网跨度6mx6m,按照1.5m覆土设计,承压时覆土荷载按照28kN/m2取值,抗浮时,对土体容重折减,按照1.5x16=24kN/m2取值。基础计算时,按照复合基础计算,为了模拟仅用天然基础承压,桩基的承压刚度取0,抗拔刚度按实际取值,承压计算时考虑低水位的有利作用。按照1节12m长的PHC400管桩计算桩基抗浮承载力特征值Rt=140kN。

计算结果显示,在设计低水位工况下,地基承载力平均值为28kPa,远小于地基土的承载力特征值110kPa。但是如果该荷载由桩基来承压,单桩承载力需要达到约28x6x6=1008kN。根据地勘资料计算,如果采用单柱下一根PHC400的管桩,持力层需要达到⑦1层,才能满足要求,此时的桩基长度约为28m,远大于12m。

在抗浮工况下,中间抗拔桩起到抗拔作用,抗拔力达到132kN,小于承载力特征值140kN,如图2所示(因边界条件未考虑周边影响,计算结果以中部结果为准,下同)。结构的沉降如图3所示,最大沉降量在2mm左右。

可见,该基础形式能够很好的解决带地下室的多层结构的抗浮问题,且具有良好的经济性。但该基础形式也有其适用条件,首先基础底板位于较好的持力层,能够满足上部荷载承载力,其次需要保证桩的刚度较小,即桩端位于工程力学性质较差的土层,否则桩将承担的荷载将过大,天然基础的承压作用不能体现出来。

图2.设计高水位管桩抗拔力/kN

图3.基础沉降计算结果


4.总结



当地基土满足特定的条件下,本文提出的天然基础形式,能有效的解决带地下室的多层住宅抗浮问题,具有良好的经济效益。


参考文献

[1] 建筑桩基技术规程:JGJ 94-2008 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2] 建筑地基基础设计规范:GB 5007-2011 [S]. 北京:中国建筑工业出版社,2012.

[3] 桩土共同作用下的复合基础沉降计算[J]. 周军,鲁亮. 结构工程师. 2009(06)


分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

 发表于2020-01-13   |  只看该作者       筑龙币+10

2

软土地区天然基础抗浮设计探索

 回帖后跳转到最后一页


分享

页面底部区域 foot.htm