現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分析

王帥

摘要：高層建筑物基礎(chǔ)沉降是施工過(guò)程中對(duì)施工質(zhì)量的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，而基礎(chǔ)沉降量的預(yù)測(cè)是施工質(zhì)量的保證和預(yù)報(bào)預(yù)警的重要措施。本文研究了對(duì)于高層建筑物在施工過(guò)程中的沉降安全性分析，介紹了土的滲透性破壞形式并對(duì)樁基的承載力進(jìn)行分析，有利于避免建筑物樁基沉降帶來(lái)的危險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中土體間存在十分不規(guī)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(dòng)過(guò)程是個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。為研究水在土中顆粒間的流動(dòng)過(guò)程，采用單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)土體單位面積的水量來(lái)表示滲透速度來(lái)代替真實(shí)的滲透速度。在水利工程中，土工建筑物中的滲流過(guò)程，由于滲透力的存在以及某一滲流通道的集中沖刷會(huì)削弱建筑物本身的安全性以及地基的穩(wěn)定性。根據(jù)以往水利工程中因結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)失事的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可知，滲透破壞可能性占很大比例，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性有著嚴(yán)重的削弱作用。

2 樁基的承載力分析

我國(guó)各種建筑物的基礎(chǔ)建設(shè)理念也放棄了以原有的天然土，而多采用樁基礎(chǔ)的型式，特別是灌注樁基礎(chǔ)的形式因其具有地層適應(yīng)性強(qiáng)、樁長(zhǎng)樁徑可按設(shè)計(jì)靈活選用、單樁承載力大的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但是樁基礎(chǔ)在成樁的過(guò)程中總是會(huì)在樁側(cè)形成難于剔除的泥皮和在樁基礎(chǔ)底面位置留有難于清理干凈的沉渣。

2.1 樁側(cè)泥皮對(duì)樁基礎(chǔ)承載能力的影響

由于樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中鉆機(jī)擾動(dòng)、地下水壓力的變化、以及不同深度土的性質(zhì)不同等因素會(huì)造成孔徑變化，因此為了穩(wěn)定孔壁，防止塌孔、縮孔，平衡地層壓力通常會(huì)采用泥漿護(hù)壁措施。然而泥漿護(hù)壁成孔后一般會(huì)在樁基礎(chǔ)四周形成一層泥皮，厚度因施工條件不同會(huì)出現(xiàn)從幾毫米到幾厘米的不同結(jié)果。樁基礎(chǔ)四周泥皮的存在，改變了樁基礎(chǔ)和四周土體相互作用關(guān)系。相對(duì)無(wú)泥皮的樁基礎(chǔ)四周的土體，樁側(cè)泥皮具有較低的抗剪強(qiáng)度、較高含水量、較大的壓縮性，因此當(dāng)泥皮很厚時(shí)，樁基礎(chǔ)四周土體的物理力學(xué)性質(zhì)將會(huì)受到一定程度的削弱作用，使得樁基礎(chǔ)摩阻力大幅度減小。當(dāng)樁基礎(chǔ)四周泥皮較厚時(shí)還會(huì)樁基礎(chǔ)的摩阻力產(chǎn)生軟化作用，從而嚴(yán)重削弱了樁基礎(chǔ)的承載能力。

2.2 樁端沉渣對(duì)樁基礎(chǔ)承載能力的影響

以前大多數(shù)科研人員都認(rèn)為樁基礎(chǔ)的摩阻力和樁基礎(chǔ)底面的端阻力是沒(méi)有直接關(guān)系的，而樁基礎(chǔ)的承載能力的值也只是樁基礎(chǔ)的摩阻力和樁基礎(chǔ)底面的端阻力大小的簡(jiǎn)單相加。由此，如果施工場(chǎng)地不發(fā)生改變，工程地址就不會(huì)發(fā)生改變，因此樁基礎(chǔ)的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力便不會(huì)再發(fā)生改變，如果基于以上結(jié)論，那么無(wú)論在施工過(guò)程中采用何種類型的樁，它的承載能力都不會(huì)發(fā)生改變。由于施工工藝、施工規(guī)范性等因素會(huì)造成樁基礎(chǔ)底面產(chǎn)生不同程度厚度的沉渣情況，從而降低樁基礎(chǔ)底面的端阻力，因此會(huì)對(duì)樁基礎(chǔ)的承載力產(chǎn)生一定削弱作用。

3 建筑基礎(chǔ)沉降和承載力

當(dāng)上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的作用力大于地基的極限承載能力時(shí)會(huì)使巧基礎(chǔ)四周的土體發(fā)生剪切破壞，通常根據(jù)剪切破壞特點(diǎn)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(chǔ)四周土體發(fā)生整體剪切破壞時(shí)，土體內(nèi)部能夠形成延展到地面的連續(xù)滑動(dòng)面，并且樁基礎(chǔ)四周圓環(huán)面頂部的地面會(huì)隆起，此時(shí)樁基礎(chǔ)沉降與所受的荷載力呈線性變化，當(dāng)樁基礎(chǔ)四周土體出現(xiàn)破壞時(shí)的荷載沉降曲線正處于曲線拐點(diǎn)的位置，如圖1（a）所示;樁基礎(chǔ)四周土體發(fā)生局部剪切破壞相比整體剪切破壞，盡管在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中也形成了明顯的破壞區(qū)和樁基礎(chǔ)四周圓環(huán)面頂部的地面也相應(yīng)向上微微隆起，但是并未能形成延伸至地面的連續(xù)滑動(dòng)面，而且樁基礎(chǔ)的荷載一沉降曲線一直呈非線性變化并且無(wú)明顯的拐點(diǎn)，如圖1（b）所示;樁基礎(chǔ)四周土體沖剪破壞的特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中沒(méi)有形成破壞區(qū)或滑動(dòng)面，而是上部結(jié)構(gòu)作用荷載的增加并且達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，樁基礎(chǔ)將隨著土的壓縮而發(fā)生近乎垂直地連續(xù)刺人的剪切破壞，樁基礎(chǔ)此時(shí)的荷載一沉降曲線并不會(huì)拐點(diǎn)，如圖1（c）所示。

綜合考慮了土的壓縮性，建議用樁基礎(chǔ)四周土的剛度指標(biāo)Ir與土的臨界剛度Ir（cr）大小關(guān)系將樁基礎(chǔ)四周土體劃分為劃分相對(duì)可壓縮和相對(duì)不可壓縮的兩大類型，并據(jù)此判斷樁基礎(chǔ)四周土體的破壞形式。若Ir>Ir（cr），樁基礎(chǔ)四周土體是相對(duì)不可壓縮的，樁基礎(chǔ)四周土體將發(fā)生剪切破壞;若Irk Ir（cr），認(rèn)為樁基礎(chǔ)四周土體是相對(duì)可壓縮的，此時(shí)樁基礎(chǔ)四周土體可能發(fā)生局部剪切破壞也可能發(fā)生沖剪破壞。其中樁基礎(chǔ)四周土體的剛度可按下式計(jì)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(nèi)摩擦角;q₀為樁基礎(chǔ)四周土體中膨脹區(qū)平均超載壓力，kPa。

4 結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn).建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2011）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.