相鄰荷載作用下地基變形計算分析

王松松

（太原市建筑工程質量檢測站有限公司，山西 太原 030002）

0 前言

在當今城市建設中，新建建筑物越來越近，后建建筑物的建成對其周邊既有建筑物的地基可能產生新的變形，進而影響周邊既有建筑物的地基基礎穩(wěn)定性和安全狀況。本文將通過一工程實例，對既有建筑地基在相鄰荷載作用下的變形進行計算分析。某住宅樓為建成有10年的框架剪力墻結構房屋，臨近住宅樓北側一高層住宅項目正在建設。既有住宅樓主樓為地下一層，地上十一層，建筑高度34.85m，框架剪力墻結構，筏板基礎；裙樓位于主樓北側，地下一層，地上一層，框架結構，條形基礎，與主樓之間不設伸縮縫，施工時留有后澆帶。裙樓北側在建項目為地下一層，地上十五層，復式高層住宅項目，建筑總高度78.7m，地下室層高：3.6m，一層4.3m，二層3.6m，住宅層高5.4m（平層2.8，躍層2.6m），剪力墻結構。高層住宅項目于2012年7月開工，2013年9月停工，現施工至地上十一層，高度為 56m。在建高層項目南側基礎邊緣距離既有住宅樓地下室外墻的距離東側最小，約為0.49m，西側最大，約為1.19m；在建高層項目基底標高比既有住宅樓裙樓基底標高低0.7m，比主樓基底標高低0.2m；在建高層住宅項目施工至目前進度，比既有住宅樓高約 23米；若施工至設計高度，比既有住宅樓高約 50米。平面示意圖及豎向示意圖見圖1、圖2。

圖1 相鄰項目平面位置示意圖

圖2 相鄰項目豎向位置示意圖

1 地基土物理力學指標及工程特性

表1 兩個項目地基土物理力學指標及工程特性對比

根據上表地基土物理力學指標及工程性質對比可知，兩場地地基土土層分布相似，地基土各層物理力學指標及工程特性相當。在建高層住宅項目地基持力層為第②層卵石層，承載力特征值采用250kPa；既有住宅樓地基持力層為②層卵石層，地基承載力特征值采用 250kPa卵石層邊坡穩(wěn)定計算建議卵石參數為：c=0kPa，φ=45°。

2 地基變形計算

在建高層住宅項目的建設相當于既有住宅樓的地基北側作用有相鄰荷載，在相鄰荷載的作用下，既有住宅樓商住樓地基會產生新的變形。根據在建高層住宅項目設計總高度，2#住宅樓層數最多，高度最高，本次地基變形計算相鄰荷載按2#住宅樓基地反力計算。

2.1 現階段地基變形計算

（1）基地反力計算

按照在建高層住宅項目2#住宅樓的實際結構布置情況和基礎布置情況，以目前施工至地上十一層考慮（包含裝修使用后恒荷載和活荷載），在準永久荷載組合下，計算得在建高層住宅項目主樓及地庫基底壓力如下：

總豎向荷載(含基礎自重)：195008 (kN)

底板平均反力(含基礎自重)：305kPa；

最大壓力：313kPa； 最小壓力：297kPa。

本次計算按基地最大壓力313kPa計算。

（2）地基參數選取

既有住宅樓地基土性質如下所示：②卵石，厚度3.9m（除去開挖深度），變形模量E0=21MPa；③卵石，15.4m（參考相鄰地勘），變形模量E0=32MPa；④泥巖，未揭穿，變形模量E0=40MPa。

故地基土各層的壓縮模量為：②卵石 Es=26.2MPa，③卵石 Es=40MPa，④泥巖Es=50MPa。

（3）分層總和法地基沉降量計算

1）裙樓地基變形

基礎底面以下，共有三層地基土：②卵石，厚度3.9m；③卵石，15.4m；④泥巖，未揭穿。分層總和法[1]計算結果如下：

表2 裙樓分層總和法地基沉降量計算結果

根據上表，最后1m厚土層的變形量為1.37mm，總沉降量為102.43mm，1.37mm故地基沉降計算深度取33.3m合理。

2)主樓地基變形

主樓基礎筏板北側邊緣距離 2#樓基礎筏板南側邊緣距離為約 17.8m，按最不利條件45°擴散，2#樓基地壓力擴散至既有住宅樓商住樓基礎筏板北側邊緣處時的附加應力為：

313kPa-20 kN/m3×17.8m=-43kPa＜0

說明目前階段（包含裝修及樓面活荷載），在建高層住宅項目2#住宅樓基地壓力尚未對美麗家園住宅樓底部筏板基礎正下方的地基產生新的附加應力。

（4）規(guī)范法[2]地基變形計算

裙樓地基最終沉降量：s=ψss′=0.2×102.43=20.5mm（2）

2.2 施工至設計高度后地基變形計算

（1）基地反力計算

按照在建高層住宅項目2#住宅樓的實際結構布置情況和基礎布置情況，以設計高度考慮（包含裝修使用后恒荷載和活荷載），在準永久荷載組合下，計算得在建高層住宅項目主樓及地庫基底壓力如下：

總豎向荷載(含基礎自重)：255639 (kN)

底板平均反力(含基礎自重)：400kPa；

最大壓力：407kPa； 最小壓力：393kPa。

本次計算按基地最大壓力407kPa計算，

（2）分層總和法地基沉降量計算

1）裙樓地基變形

基礎底面以下，共有三層地基土：②卵石，厚度3.9m；③卵石，15.4m；④泥巖，未揭穿。分層總和法計算結果如下：

表4 裙樓分層總和法地基沉降量計算結果

根據上表，最后1m厚土層的變形量為1.78mm，總沉降量為133.19mm，1.78mm故地基沉降計算深度取33.3m合理。

2)主樓地基變形

主樓基礎筏板北側邊緣距離 2#樓基礎筏板南側邊緣距離為約 17.8m，按最不利條件45°擴散，2#樓基地壓力擴散至既有住宅樓商住樓基礎筏板北側邊緣處時的附加應力為：

407kPa-20 kN/m3×17.8m=51kPa

基礎底面以下，共有三層地基土：②卵石，厚度3.4m；③卵石，15.4m；④泥巖，未揭穿。分層總和法計算結果如下：

表5 主樓分層總和法地基沉降量計算結果

Δsi(mm)0 0 2.3 0.00 0.5000 51 3.4 3.4 26.2 2.3 0.22 0.4994 51 3.31 8.4 5 40 2.3 0.53 0.4928 51 3.11 13.4 5 40 2.3 0.85 0.4782 51 2.89 19.8 5.4 40 2.3 1.25 0.4512 51 3.22 24.8 5 50 2.3 1.57 0.4272 51 1.69 29.8 5 50 2.3 1.89 0.4032 51 1.45 32.8 3 50 2.3 2.08 0.3894 51 0.77 33.8 1 50 2.3 2.14 0.3852 51 0.25總變形量 s′ 16.7

根據上表，最后1m厚土層的變形量為0.25mm，總沉降量為16.7mm，0.25mm故地基沉降計算深度取33.8m合理。

（3）規(guī)范法地基變形計算

裙樓地基最終沉降量：s=ψss′ =0.2×133.19=26.6mm

主樓地基最終沉降量：s=ψss′ =0.2×16.7=3.34mm

經上述地基變形計算可知，在建高層住宅項目施工至目前階段（包括裝修后的恒荷載和樓面活荷載），引起了既有住宅樓商住樓北側地基基礎的變形，尚未引起住宅樓底部筏板正下方的地基變形；但是，按設計高度計算，在建高層住宅項目的基地壓力進一步加大，會引起既有住宅樓商住樓裙樓地基變形的加大，并進一步引起主樓底部筏板下方地基的變形。

3 總結

通過相鄰荷載作用下地基變形計算，當新建項目基礎距離周邊建筑距離較近，新建項目高度較大，基地壓力較大時，會引起周邊既有建筑地基產生新的變形。這種變形對既有建筑物的地基穩(wěn)定及安全是有不利影響的，所以在新建項目的前期規(guī)劃設計時應充分調查周邊建筑物的地基基礎情況，制定合理的地基處理方案。此次計算分析也可得出，在卵石持力層地基中，相鄰荷載作用下，分層總和法計算結果和規(guī)范法計算結果存在明顯差異，有待對其他土質情況的地基變形進行進一步研究和分析。