高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中地基承載力深度修正計(jì)算方法運(yùn)用

明安泉 朱希

（武漢市勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖北武漢 430000）

高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中地基承載力深度修正計(jì)算方法運(yùn)用

明安泉 朱希

（武漢市勘察設(shè)計(jì)有限公司，湖北武漢 430000）

我國(guó)的相關(guān)規(guī)范中明確規(guī)定了地基承載力修正計(jì)算公式。本文選擇具體的工程實(shí)例，通過(guò)運(yùn)用高層建筑中地基承載力修正的計(jì)算方法對(duì)實(shí)際地基承載力特征值與設(shè)計(jì)需要的承載力特征值之間的差額進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)該工程的地基承載力進(jìn)行深度修正計(jì)算，希望可以為同類工程的相關(guān)計(jì)算提供一些參考。

高層建筑 地基承載力 深度修正計(jì)算

地基承載力修正在我國(guó)的相關(guān)規(guī)范中有很明確的規(guī)定，一般情況下通過(guò)載荷試驗(yàn)等方式對(duì)地基承載力特征值進(jìn)行確定，由于載荷試驗(yàn)的進(jìn)行場(chǎng)所通常是在比較小的載荷板上進(jìn)行的，對(duì)于該工程的實(shí)際情況來(lái)看，對(duì)建筑物的深度與寬度進(jìn)行修正是對(duì)地基承載力進(jìn)行修正的前提。所以說(shuō)，不管是在具體的應(yīng)用實(shí)踐中還是理論上這三者之間都有很密切聯(lián)系，由于與此同時(shí)的還受到其他許多因素的制約，所以在他們之間存在的相關(guān)規(guī)律是十分復(fù)雜的。在我國(guó)的相關(guān)規(guī)范中給出相關(guān)的修正系數(shù)，不過(guò)這些系數(shù)也都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的數(shù)值。由于地基承載力對(duì)于整個(gè)的建筑安全有著非比尋常的重要作用，所以都會(huì)對(duì)相關(guān)的長(zhǎng)度、寬度進(jìn)行修正計(jì)算。高層建筑在我們的生活中越來(lái)越常見(jiàn)，地基技術(shù)在也得到了長(zhǎng)久的發(fā)展，對(duì)于地基承載力的計(jì)算也顯得越來(lái)越重要。本文結(jié)合具體的工程實(shí)例對(duì)地基承載力的修正計(jì)算進(jìn)行深入的探討分析［1］。

1 工程概況

本文所選擇的建筑物有四個(gè)部分組成，主要包括住宅樓、公寓樓、商業(yè)裙樓以及主塔樓四個(gè)部分。住宅樓屬于框剪支架結(jié)構(gòu)，地下3層共14.4米，地上有45層為164米，選用的筏板基礎(chǔ)厚度為3米；公寓樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，地下3層共14.4米，地上54層為192米，選用的筏板基礎(chǔ)厚度3.5米；商業(yè)裙樓，總體架構(gòu)屬于框架式結(jié)構(gòu)，地下3層，共14.4米；地上7層、共37米，選用的筏板基礎(chǔ)厚度為1米；主塔樓屬于框筒結(jié)構(gòu)，地下3層共14.4米，地上72層共為292米，選用的筏板基礎(chǔ)厚度為4.5-6.5米之間不等。從整體建筑來(lái)看主塔樓的筏板基礎(chǔ)是至關(guān)重要的，并且這也是當(dāng)?shù)氐谝蛔褂梅ぐ寤A(chǔ)的超高建筑。對(duì)于當(dāng)?shù)氐膸r土勘察報(bào)告進(jìn)行分析可以得出一些數(shù)據(jù)結(jié)果，當(dāng)?shù)貛r土的地基承載力特征值大約為650kPa，主塔樓需要的地基承載力需要有760kPa，對(duì)于二者之間的這110kPa差距，需要通過(guò)對(duì)地基承載力特征值進(jìn)行相關(guān)的修正計(jì)算對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)前，該工程設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)相關(guān)的國(guó)家審查，裙樓結(jié)構(gòu)施工已到六層。

2 規(guī)范公式的說(shuō)明

根據(jù)我國(guó)的相關(guān)建筑法規(guī)，可以通過(guò)載荷試驗(yàn)等方式對(duì)地基承載力的特征值進(jìn)行計(jì)算，還應(yīng)該結(jié)合具體的工程實(shí)際情況等多種方式進(jìn)行綜合確定。對(duì)于有些埋設(shè)深度在半米以上、基礎(chǔ)寬度在三米以上的就可以按照式（1）對(duì)地基承載力進(jìn)行修正：

對(duì)于本工程來(lái)講，fak=650kPa，ηb=3.0，ηd=4.4，γ=12.04，γm=12.49，筏板的基礎(chǔ)寬度大于6米，對(duì)于修正后的取值應(yīng)取為6米，而在該計(jì)算中的關(guān)鍵就是對(duì)地基承載力進(jìn)行深度計(jì)算，也就是說(shuō)對(duì)式中的d進(jìn)行計(jì)算［2］。

在進(jìn)行修正計(jì)算的過(guò)程中，應(yīng)該輔助以土體極限平衡理論，也就是說(shuō)在土體表面放置一條載荷板，如果呈現(xiàn)出平衡狀態(tài)的話，那么它的塑流邊界如圖1所示。

圖1中的1號(hào)區(qū)域是“彈性核”區(qū)，隨著具體的修正過(guò)程的進(jìn)行而會(huì)產(chǎn)生向下的位移；過(guò)渡區(qū)是上圖中的2號(hào)區(qū)域，對(duì)數(shù)螺線演變形成了兩組滑動(dòng)面曲面中的一組，剩下的一組稱為輻射向曲面；3號(hào)區(qū)域叫做被動(dòng)朗肯區(qū)，只有位于被動(dòng)朗肯區(qū)的超載才會(huì)加大被動(dòng)土上面的壓力，以這種方式為基礎(chǔ)提高地基的承載力。地基規(guī)范中對(duì)于被動(dòng)朗肯區(qū)有相關(guān)的規(guī)定：如果相關(guān)的建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主裙樓一體的話，應(yīng)該對(duì)主體結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行修正。在進(jìn)行修正的過(guò)程中，對(duì)于基礎(chǔ)底面上的荷載處理方式是將其按照基礎(chǔ)兩側(cè)超載進(jìn)行計(jì)算。如果超載寬度過(guò)大，大于基礎(chǔ)寬度的兩倍，正確的處理方式就是將其進(jìn)行深埋處理，并且可以換算為土層的厚度。這樣的話也有可能出現(xiàn)基礎(chǔ)兩邊的超載不相等問(wèn)題，處理方式是取兩者中的小值。通過(guò)上面的論述我們可以看出：超載寬度如果能夠達(dá)到基礎(chǔ)寬度的兩倍以上的話，這樣也能具有提高地基承載力的作用。

3 關(guān)于地基承載力的修正計(jì)算

3.1 對(duì)于主塔樓北側(cè)的超載折算

根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，土層的厚度應(yīng)該包含相應(yīng)的超載部分，對(duì)于這部分應(yīng)該采取深埋的處理方式，對(duì)于可能出現(xiàn)的問(wèn)題諸如在基礎(chǔ)兩側(cè)的的超載是不相等的應(yīng)該選取較小值。在本工程的相關(guān)計(jì)算中，應(yīng)該在對(duì)主樓的四個(gè)方向的超載進(jìn)行折算之后選取較小值進(jìn)行計(jì)算。

如果將主塔樓北側(cè)的超載進(jìn)行折算的話，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，可以得出在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的具體承重?cái)?shù)量，基礎(chǔ)底面的平均壓力的計(jì)算值是110kPa，對(duì)于裙樓來(lái)看，會(huì)受到地下水的浮力，計(jì)算結(jié)果是地下水的浮力值為93kPa，如果將水的浮力進(jìn)行扣除，對(duì)于裙樓來(lái)講，基礎(chǔ)底面的平均壓力為17kPa，進(jìn)行折算之后的土層厚度為1.41米。在對(duì)主塔樓基礎(chǔ)底面上部的荷載進(jìn)行相關(guān)的折算時(shí)，應(yīng)該與相應(yīng)的覆土厚度相加，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得知：該建筑物的主塔樓北側(cè)基礎(chǔ)埋深為5.88米。

3.2 關(guān)于主塔樓南側(cè)的超載折算

對(duì)南側(cè)的主樓超載進(jìn)行換算的話，經(jīng)過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，在南側(cè)2B寬度范圍之，大約有4/5是歸屬為是覆土、有1/5是歸屬為地下室。經(jīng)過(guò)相應(yīng)的折算和計(jì)算，對(duì)于荷載折換的土層厚度為5米，覆土的厚度經(jīng)過(guò)測(cè)量是20米，經(jīng)過(guò)計(jì)算在此范圍的土層厚度就是17米。

3.3 關(guān)于主塔樓西側(cè)的超載折算

在對(duì)建筑物主塔樓西側(cè)的超載進(jìn)行折算過(guò)程中，可以得知無(wú)論是范圍還是覆土厚度都比南側(cè)的大，因此我們可以知道，在西側(cè)的相關(guān)范圍之內(nèi)，土層的加權(quán)平均厚度必然會(huì)是比南側(cè)的大。

3.4 關(guān)于主塔樓東側(cè)的超載折算

由于該建筑物的東側(cè)部分還有相關(guān)的住宅樓以及裙樓，據(jù)此我們就可以得知東側(cè)的平均厚度一定時(shí)超過(guò)北側(cè)部分的。上邊的文章中說(shuō)過(guò)，對(duì)于不同的地基承載力應(yīng)該選取最小值。對(duì)有關(guān)的超載部分折算就應(yīng)該選擇北側(cè)的具體數(shù)值。也就是對(duì)于公式（1）中的d應(yīng)該選取的數(shù)值是5.88m。將該數(shù)值帶入到公式中經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得知：fa=1054kPa＞760kPa。所有可以看出經(jīng)過(guò)修正之后的承載力遠(yuǎn)大于所需要的地基承載力，因此是可以滿足設(shè)計(jì)需求的［3］。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)高層建筑的高度在不斷的增加，所以對(duì)高層建筑的地基承載力進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算、修正對(duì)建筑的安全性是至關(guān)重要的，但是，如果取值不合理的話，對(duì)于基礎(chǔ)選型、結(jié)構(gòu)的造價(jià)等會(huì)產(chǎn)生很大的影響。本文通過(guò)對(duì)地基承載力進(jìn)行深度修正計(jì)算，希望可以通過(guò)具體的實(shí)踐分析出合理的深度修正系數(shù)，這對(duì)于今天的社會(huì)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］王喜堂，徐鋼，朱巖，李三元，楊國(guó)先，張民芳.地基承載力修正計(jì)算在超高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.深圳土木與建筑，2009，01∶39-40.

［2］陳奕君.高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中地基承載力修正的計(jì)算方法［J］.四川建材，2015，03∶94-95.

［3］王喜堂，徐鋼，朱巖，王輝.地基承載力修正計(jì)算在超高建筑筏基設(shè)計(jì)的應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2009，S2∶415-416.