高层建筑采用天然地基的探索

1、高层建筑采用天然地基的探索杨洁啸张克恭(东南大学建筑设计研究院, 南京 210018) (东南大学岩土工程研究所, 南京 210018)摘 要 结合工程实践, 对高层建筑在软质岩石上采用天然地基进行了监测、分析、论证. 提供了实践和理论依据.关键词 高层建筑; 天然地基; 跟踪监测中图法分类号 TU 444; TU 472. 34高层建筑根底设计是个很重要的问题, 它不仅涉及上部结构的平安, 而且影响整个建筑的工程造价. 目前不少地区, 特别在南京地区, 设计高层建筑一般采用桩根底. 这是由于根底工程 不仅与上部结构相互影响, 而且与复杂的地基条件直接发生关系, 其计算分析的难度较大, 用桩根

2、底相比照拟保险. 但盲目选用桩根底, 只能造成建设资金和施工周期的极大浪费.东南大学建筑设计研究院在一幢 30 层的高 层建筑根底设计中进行了大胆探索, 在科学分析、 论证、施工实测等工作的根底上, 经过一年半时间 的跟踪监测, 得到不少实测资料, 可供高层建筑采用天然地基作参考, 研究成果为今后高层建筑采 用天然地基, 探索了一条新的路子.工程简况及工程地质条件1) 地理位置 工程位于南京市汉中路, 牌楼 巷 交叉路口东北角, 主楼 28 层 ( 总高度 100 m ) , 采用框筒结构. 裙房 4 层, 采用框架结构. 主裙楼 下均设有 2 层地下室. 主裙楼间不设沉降缝, 图 1 为结构

3、平面图.2) 工程地质情况 场地上部第四纪覆盖层 主要系 3 粉质粘土, 下部基层由白垩系红土层组 成单斜, 主要岩性为赤山组砂, 砾岩, 泥岩和粉细 砂 岩互层, 以422 层中等风化含砾泥质粉砂岩1图 1 结构平面图 收稿日期: 1997- 05- 12, 修改稿收到日期: 1997- 08- 22.东南大学学报第 27 卷134和粉砂岩互层作根底持力层. f k =3.600 k P a. 工程地质情况及深井静荷载试验情况见图 2 和图图 2 地质剖面图图 3 深井荷载试验曲线天然地基方案的论定和根底的设计计算在目前国内作者尚未见到 30 层高层建筑在软质岩石上采用天然地基的实例报道,

4、更未见 到对这类根底在施工及使用过程中应力2应变情况的有关研究报道. 本工程采用天然地基的可 能性是: 1) 根据深井静荷载试验结果说明, 本场地地基承载力能满足强度及变形要求; 2) 在场 地边界补充钻探查明边坡稳定; 3) 二层地下室根底埋深能满足地震作用时稳定性的要求; 4) 该 岩石遇水软化, 施工时可采取措施解决. 天然地基方案确定后, 结合课题研究, 在根底的适当部 位埋设一定数量的压力盒、钢筋计、沉降观测点, 进行跟踪监测. 每施工一层观测一次, 作阶段 性的分析、论证.根底工程的计算包括根底与地基外表的接触应力、沉降与自身的内力, 而其中以接触应力 和沉降的计算最为重要, 这两

5、个问题解决了, 根底自身内力等其它问题也就迎刃而解了. 鉴于 目前国内外应用最为普遍的仍是文克尔和弹性半无限体模型. 美国及香港等地采用 E TA B S 程序分析, 本工程采用国内现有的筏板根底电算程序进行分析. 在根底配筋计算时用手算与电 算配合进行.基 础 设 计 时 主 楼 荷 载 大、刚 度 大, 主 楼 下 采 用 2 m 厚 筏 板; 裙 楼 荷 载 小、刚 度 小, 采 用016 m 厚板及 112 m 高根底梁纵横拉通. 主楼裙房间不设沉降缝.2天然地基根底的施工及监测本工程根底施工的关键在于现场排水及根底隔水, 由于本场地岩石遇水易软化, 故在基坑 开挖时委托勘测部门专人在

6、现场把关, 开挖一块, 验收一块, 验收后立即用 C 30 混凝土封底, 严格做好根底隔水及建筑物周围的排水.本次监测主要包括 4 项内容: 1) 根底底面土压力 ( 接触压力) 量测; 2) 地下室侧土压力量 测; 3) 建筑物沉降观测; 4) 根底板内钢筋应力量测.3 1994-2021 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊杨洁啸等: 高层建筑采用天然地基的探索135实测结果分析1) 根底底面土反力分布 图 4 及图 5 分别为根底底面土反力的实测曲线, 从图中可以看 出, 由

7、于主楼根底底板刚度大 (板厚为 2 m ) , 裙房根底刚度小 ( 016 m ) 根底底应力分布相对集 中在主楼根底边缘及筒体下边缘, 主楼下根底底面接触压力曲线构成的图形呈马鞍形. 而裙房 土的反力普遍小于主楼土反力, 这与裙房荷载小, 底板刚度小是一致的.4图 4根底底面 (垫层底) 土压力实测分布之一图 5 根底底面 (垫层底) 土压力实测分布之二图 6 地下室东西侧土压力实测分布 1994-2021 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 东南大学学报第 27 卷1362) 地下

8、室侧壁土压力分布图 6 为实测土压力分布图, 从图中可以看出, 随着侧壁背部回填土逐渐填满加高, 侧土压力逐渐增加, 压力强度根本上按直线分布, 压力强度分布图形为 三角形. 在东侧墙底处实测最大土压力到达 0105 M P a, 接近静止土压力值. 西侧墙底测得侧土 压力比东侧大, 因地面堆放材料, 地面荷载增大, 这与侧土压力分布规律也是一致的.图 7 钢筋应力直测分布3) 根底底板及顶板内钢筋应力分布 图 7 为根底底板和顶板内钢筋应力实测分布图. 由 图看出钢筋应力受压, 受拉一般在 10 30 M P a 范围内 ( 个别点拉应力达 45 M P a ). 说明钢筋 应力大都为设计强

9、度的 1/10. 在根底底板变截面处测得裙房根底的钢筋应力为压应力, 随着 荷载增加压应力值逐渐减小. 另外随着荷载增加, 整个根底底板及顶板内钢筋压应力均逐渐减 小, 拉应力逐渐增大. 说明底板整体弯曲越来越明显.4) 沉降观测结果分析 从观测结果看, 整个建筑沉降较均匀, 累计沉降量一般在 6 7 mm , 个别点沉降为 1115 mm , 主楼核心筒处沉降最大, 主楼外围柱沉降次之, 裙房沉降最小, 在建筑物南边裙房根底略有上抬, 最大上抬 216 mm. 分析原因可能与主楼荷载大, 底板刚度 大, 裙房荷载小, 底板刚度小有关.一般认为桩根底沉降量比天然地基沉降量小. 本工程 30 层

10、采用天然地基与相同场地一幢15 层建筑采用桩根底的沉降观测结果进行比拟. 发现两幢建筑的沉降量比拟接近, 而且数值 都在 6 7 mm 左右.从根底施工到房屋封顶一年半时间的跟踪监测过程中, 发现随着荷载的增加, 地基应力、根底底板钢筋应力、根底沉降量的增加值均比拟小, 每次量测结果比拟接近, 有些曲线几乎重 叠, 没有发现突变现象. 1994-2021 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 增刊杨洁啸等: 高层建筑采用天然地基的探索137高层建筑在地基条件允许的情况下采用天然地基可节省

11、工程造价, 根据国外有关资料报导, 采用天然地基的根底造价仅是桩根底的 17% 67% , 本工程采用天然地基与人工挖孔灌 注桩比拟, 可节约工程造价 360 万元, 节省工期半年以上, 节省工期带来的经济效益和社会效 益更是可观.Study on the Na tura l Foun da t ion D e s ignf or H igh- R ise Bu ild in g sY an g J iex iao(A rch ito c tu ra l D e sign & R e sea rch In st itu te, So u th ea st U n ive r sity, N a

12、n jing 210018)Zh an g K ego n g( In st itu te o f Geo tech n ica l E ng inee r ing, So u th ea st U n ive r sity, N an jing 210018)T h e n a tu ra l fo u n da t io n p rop e r t ie s o n so f t ro ck o f a 302sto rey b u ild in g in N an2A bstra c t:jin g, w h ich m o st ly adop t s p ile fo u n da

13、t io n , a re d iscu ssed. B a sed o n th e de sign an a ly sis, in 2situ m o n ito r in g du r in g co n st ru c t io n , th e va lu ab le re su lt s a re p u t fo rw a rd. It show s th a t u s2in g n a tu ra l fo u n da t io n fo r h igh 2r ise b u ild in g s can g rea t ly eco nom ize an d sho r ten th est ru c t io n , an d it can b e tak en a s a su cce ssfu l refe ren ce de sign in