工程師論文高層建築結構設計中複合地基基礎的研究與應用實踐

城市化建設進程的不斷推進促進了建築行業的高速發展,在此背景下建築工程項目呈現出多樣化、數量化發展態勢。而高層建築以其佔地面積小、建築面積大、城市現代化代表性強等優勢得到迅速發展,佔建築工程項目主體地位。在高層建築建設施工過程中,地基基礎作為基礎性工程,其設計與應用的重要性不斷提升。以下是筆者對高層建築結構設計中複合地基基礎運用的幾點心得體會,意在拋磚引玉。鑑於此,本文對高層建築結構設計中複合地基基礎的研究與應用實踐進行分析,以供參考。

複合地基作為一種人工地基,通過土地強化可有效增強地基基礎負荷承載能力,保證地基基礎的穩定、牢固與可靠。在高層建築結構設計中,根據施工現場環境條件,結合高層建築建設要求,科學設計與應用複合地基基礎具備較強經濟性、實踐操作性。因此,建築企業以及相關工作人員應加強對複合地基基礎的理解,提升複合地基基礎應用的科學性、準確性,增強高層建築結構設計能力,助力建築行業優化發展。

工程師論文高層建築結構設計中複合地基基礎的研究與應用實踐


1地基簡述

地基是在建築下面承受壓力的土層,對建築起支撐作用。地基的土層又分為岩土、碎石土、粉土、砂質土、黏性土。如果有需要還可以人工填土。從另一方面考慮,地基又分為天然地基和人工地基。天然地基是現成的,可以直接用的,不需要人為加工,比較省力。可是這對土壤的要求較高,而且要考慮地形與坡度,一般要在平原地區適用,不適用於坡度較大的地區或者溼地、沙地。除此之外,還要考慮上面建築的噸位,一般荷載能力較小。還有一種是人工地基,顧名思義,就是經過人為加固的土層。這種人為加工改良的地基承受能力較強,可以根據實際建築加固地基,不僅可以承受重量級建築,而且可以應用到很多特殊地形中。調查顯示,全球平原面積較小,山地、丘陵佔地面積大,我國更是如此,山地和丘陵地區佔比超過一半以上,這些地區的坡度較大,土壤較為疏鬆,荷載能力較差。如果要在這些地方修建建築,打好地基是第一步。

2高層建築地基基礎設計應注意的問題

2.1高層建築地基基礎深埋問題

基礎深埋應該從室外地面標高算起,在填方整平地區,可以自填土地面標高計算,但填土在上部結構施工後完成時,應該從天然地面標高算起。對於地下室,但會採用箱型基礎或筏型基礎時,基礎埋設深度自室外地面標高算起。但會採用獨立基礎或條形基礎時,應從室內地面標高開始計算。在基礎深埋這部分,必須要滿足建築物的使用要求,這是最低的標準。比如應帶有地下車庫、地下室以及其他第一部設施,滿足使用者的生活需求。

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2.2基礎埋深

因為高層建築上部結構質量大,對地基的壓力自然就變大,所以,應該把高層建築的地基埋得深一點,這樣可使地基的附加壓力減小,且地基深度修正也加大,可以提高地基的設計承載力,減少基礎的沉降量。加大地基地下埋深,還可以增加地基和周圍土層的摩擦力,減小建築的晃動程度,提高穩定性。另外,考慮到建築的經濟效益,要適度埋深。如果基礎埋得過深,會大大增加建築成本,而且,對建築的用處也不大;但是如果埋得過淺,就會降低高層建築的安全程度,高層建築就容易發生搖晃、側斜。

3複合地基基礎應用要點

3.1複合地基類型科學選用

在本工程施工過程中,涉及到的軟弱土層相對較多,天然地基無法滿足高層建築建設需求。與此同時,高等建築基地標高接近粉土土層,加之高層建築採用的框架核心筒結構,對地基基礎荷載承載能力的要求相對較高。在對高層建築地基基礎進行處理時,應用預應力管樁、高壓噴射注漿樁的成本投入較高,經濟效益不明顯。對此,根據高層建築施工現場條件,結合相關規定與技術標準,設計應用水泥粉煤灰碎石樁複合地基基礎處理方案進行高層建築地基基礎施工。

3.2複合地基基礎質量控制

目前,在高層建築水泥粉煤灰碎石樁複合地基施工過程中,振動沉管灌注施工工藝、管內泵壓混合料施工工藝與螺旋鑽孔灌注施工工藝是應用較為廣泛的幾種施工方法。不同施工工藝,施工要求、施工方法、施工成本投入不同。對此,需綜合分析高層建築施工現場環境條件、施工週期、水泥粉煤灰碎石樁複合地基施工要求等,選擇經濟效益、社會效益、環保效益較強的方法進行實踐作業。在本工程中,由於高層建築地基基礎施工所在地以粘性土為主,具備工期短任務重特徵,對此設計選擇成本低、施工時間短、成樁質量高、周邊環境影響小的長螺旋鑽孔灌注樁施工工藝。

3.3複合地基基礎應用效果

在複合地基基礎施工完成後,依據國家有關規定對水泥粉煤灰碎石樁複合地基進行質量檢測評價,發展複合地基承載力符合相關規定,能夠有效滿足高層建築結構設計要求。與此同時,採用對比分析法,進行樁基礎與複合地基基礎效益評估,發展複合地基基礎的經濟效益較好。例如,假設在高層建築地基基礎施工中,選擇直徑800mm的後注漿鑽孔灌注樁進行地基基礎處理時,需要應用到的樁數量為189根,樁長為35m,則需要投入成本約為432萬(189×35×1300×0.503);選擇直徑400mm,樁長15m的長螺旋鑽孔水泥粉煤灰碎石樁進行復合地基基礎處理時,雖然應用樁的數量較多,但由於長螺旋鑽孔水泥粉煤灰碎石樁造價成本相對較低,導致複合地基基礎施工整體成本遠低於後注漿鑽孔灌注樁基礎施工。

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3.4基坑支護技術

在地基建造中基坑支護技術也是很重要的一個基礎工程,在地基的施工過程中基坑支護的作用是必不可少的。但是,基坑支護在施工過程中有很考驗技術,在施工過程中可以採取逆作法施工技術,這種技術是相關的工作人員應用比較多的一種技術,這種技術對於在地基的建造中起到了積極的作用,可以有效的減輕基坑的負擔,但是具體的施工情況還是要看施工時的具體情況,不一定是很順利的進行,也有可能會出現問題導致施工過程無法順利進行。還可以使用排樁支護技術,它對基坑的支護作用是最大的,在真的運用的過程中有很多種排樁支護結構。

3.5沉降觀測

雖然廣東省在高強複合地基和超強複合地基工程上有較多的成功實例,總結了不少工程經驗,也頒佈了有關規範。但像本工程這種超高層建築的實例在國內還沒有相應報道,而且本區建築群間的相鄰建築的荷載(結構層數)差異大。這不僅要求複合地基的承載力要有足夠的安全儲備,而且還要保證相鄰建築間的差異沉降在控制的要求範圍以內,為此後期需加強複合地基的監(觀)測工作。

複合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強,或被置換,或在天然地基中設置加筋材料,加固區是由基體(天然地基土體或被改良的天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。複合地基需要在樁體的頂部設置褥墊層以充分發揮地基土體的承載力、調整樁體與土體的應力並協調變形。當天然地基具有一定的承載力但對於上部建築結構荷載不足時,可對地基承載力採用“缺多少,補多少”的原則進行布樁,具有較強靈活性,體現了其具有的經濟性和工期性保證的優點。


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