高層建筑地基方案優(yōu)化設(shè)計(jì)
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摘要：針對(duì)高層建筑地基基礎(chǔ)方案進(jìn)行分析，闡述了對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)的必要性，同時(shí)介紹了進(jìn)行高層建筑地基基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)遵循的原則，內(nèi)容有：合理設(shè)置沉降縫，充分利用地下空間，提升建筑穩(wěn)定性，掌握結(jié)構(gòu)計(jì)算形式。最后結(jié)合貴州省某高層建筑基本情況，探討了場(chǎng)地地質(zhì)概況和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案對(duì)比，管樁的使用等方面內(nèi)容。
關(guān)鍵詞：高層建筑；地基基礎(chǔ)；沉降縫；穩(wěn)定性
隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市人口不斷增加，城市用地越來越緊張。近幾年，我國(guó)城市建設(shè)過程中，高層建筑為越來越多，高層建筑極大的節(jié)約了用地，拓寬了人們的活動(dòng)空間。在高層建筑工程施工過程中，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)十分重要，其關(guān)系到建筑的穩(wěn)定性和使用壽命，因此對(duì)高層建筑地基基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，意義深遠(yuǎn)。
1地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)重要性
在高層建筑施工過程中，地基基礎(chǔ)具有重要意義，同時(shí)也是高層建筑建造過程中的基礎(chǔ)性內(nèi)容。因?yàn)樵趯?duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)過程中，關(guān)系系數(shù)的設(shè)計(jì)難度較大，地基在土地下埋設(shè)不光會(huì)受到地質(zhì)環(huán)境的影響，地下水也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，通常情況下，在對(duì)普通地基基礎(chǔ)進(jìn)行建造過程中，造價(jià)基本上在工程造價(jià)的5~6%之間，若出現(xiàn)一些較為復(fù)雜的情況，則需進(jìn)行較深的埋置，這時(shí)會(huì)追加造價(jià)，造價(jià)比例會(huì)上升到總造價(jià)的10%左右[1]。工程單位會(huì)使用一些特殊方式進(jìn)行處理。從這一點(diǎn)上可以看出，對(duì)地基進(jìn)行具體設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)不同基礎(chǔ)方案進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行擇優(yōu)選擇，盡可能的降低造價(jià)，最終獲得較好的經(jīng)濟(jì)收益。
2高層建筑地基基礎(chǔ)方案選擇原則
2.1合理設(shè)置沉降縫
在對(duì)高層建筑地基進(jìn)行具體設(shè)計(jì)過程中，需對(duì)多方面因素進(jìn)行分析，從具體應(yīng)用層面上分析，先要對(duì)沉降縫進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，第一步在實(shí)施基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)主流應(yīng)用形式進(jìn)行分析，如果有沉降不合理情況，就需要以形變狀態(tài)為依據(jù)，對(duì)基礎(chǔ)底面進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，不但會(huì)因?yàn)椴痪鶆虺两祮栴}使其受到影響，基礎(chǔ)設(shè)施形式或者基礎(chǔ)設(shè)施施工水平較差，均會(huì)導(dǎo)致其受到一定影響。在具體設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)應(yīng)用相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)流年，按照嵌固手段對(duì)其進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。不同建筑類型之間存在著較大差異，為了實(shí)現(xiàn)防水目的，可以對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，選擇最為合理的方案[2]。
2.2充分利用地下空間
高層建筑在擴(kuò)大空間范圍過程中，也需要適當(dāng)擴(kuò)大地下空間，如果對(duì)空間進(jìn)行具體擴(kuò)大過程中，有不合理的操作，可能會(huì)對(duì)空間帶來一定的影響，從而導(dǎo)致建筑地基無法合理使用。對(duì)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在對(duì)高層建筑基礎(chǔ)進(jìn)行埋設(shè)過程中，要求其達(dá)到建筑高度的5~7%。同時(shí)，還需要對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行充分考慮，對(duì)堿性和移動(dòng)性的因素進(jìn)行充分考慮，如果出現(xiàn)密度較大的情況，為了實(shí)現(xiàn)施工的基本要求，需要施工人員及時(shí)進(jìn)行填土工作。明確了施工基本高度后，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)積極了解并確定已有的計(jì)算基礎(chǔ)，針對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的方式和類型進(jìn)行明確[3]。對(duì)基層巖石盡心積極分析，找出可能會(huì)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)帶來影響的因素。同時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將錨桿當(dāng)成基礎(chǔ)，適當(dāng)增加現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的造價(jià)管理程序。
2.3提升建筑穩(wěn)定性
站在建筑穩(wěn)定性的角度進(jìn)行分析，會(huì)帶來極為深遠(yuǎn)的影響。高層建筑基礎(chǔ)中，基層巖石會(huì)因?yàn)閳?chǎng)地面積而受到影響，技術(shù)人員具體操作過程中，需對(duì)基層巖石所具備的承載力以及地壓縮能力進(jìn)行充分利用，對(duì)其應(yīng)用能力進(jìn)行合理有效的分析，最終形成成本投入的目的。同時(shí)，土層自身也會(huì)對(duì)地基帶來一定影響。為了增強(qiáng)全體應(yīng)用強(qiáng)度，需要在住宅區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的樁基設(shè)計(jì)，此后在商業(yè)區(qū)建立起一個(gè)類似地下停車場(chǎng)的功能區(qū)。針對(duì)促使建筑穩(wěn)定性受到影響的因素以及各方面需求進(jìn)行充分合理的分析，最終挑選出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。
2.4掌握結(jié)構(gòu)計(jì)算形式
針對(duì)高層建筑現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，所對(duì)應(yīng)的計(jì)算方式也存在特殊性，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)劃理論方面的基礎(chǔ)性要求，在實(shí)施初期設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)選擇方面進(jìn)行合理優(yōu)化，結(jié)合相關(guān)技術(shù)操作手段以及管理規(guī)范，對(duì)其中的變量差異進(jìn)行積極分析并優(yōu)化，此外還需對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化。針對(duì)相關(guān)人工智能系統(tǒng)和專家系統(tǒng)而言，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用的十分廣泛。技術(shù)人員可以對(duì)其作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和計(jì)算[4]。在這一過程中，主要是將經(jīng)濟(jì)效益作為核心內(nèi)容。并且對(duì)質(zhì)量和穩(wěn)定性進(jìn)行兼顧，將這一內(nèi)容作為原則，最終對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理優(yōu)化和選擇。
3案例分析
3.1工程概況
以貴州某高層建筑為例，項(xiàng)目為高層住宅樓，主樓部分地上32層，地下2層，長(zhǎng)65m，寬18.8m，層高3m，結(jié)構(gòu)總體高度為96.45m，室內(nèi)外高差為0.45m。建筑結(jié)構(gòu)的主要形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，其中的主樓四周是一層地下車庫(kù)，層高為4.5m，結(jié)構(gòu)形式是剪力墻結(jié)構(gòu)。主樓的四周有一層地下車庫(kù)，層高為4.5m，其主要結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)、±0.000相對(duì)與絕對(duì)標(biāo)高為1008.25m，建筑的基礎(chǔ)埋深為8.2m。建筑企業(yè)對(duì)場(chǎng)地抗震設(shè)防裂程度進(jìn)行設(shè)置，程度為Ⅷ度，所設(shè)計(jì)的基本地震加速度值控制在0.2g，地震分組設(shè)計(jì)為第一組。
3.2場(chǎng)地地質(zhì)概況和地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案對(duì)比
結(jié)合對(duì)該地地質(zhì)勘查報(bào)告結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該地的地基土層主要是第四系全新統(tǒng)沖擊層，對(duì)土質(zhì)從上到下進(jìn)行劃分，分別為素填土、粉砂、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂共同構(gòu)成，場(chǎng)地沒有液化土層，存在三種類型的場(chǎng)地土，屬于抗震一般的地段。主樓傳至就出的作用效應(yīng)在正常使用極限狀態(tài)下作用的主要標(biāo)準(zhǔn)組合是478kPa，其基底的持力層位于③層粉質(zhì)粘土，這時(shí)的地基場(chǎng)地承載力所具備的特征值為faK=100kPa，對(duì)其進(jìn)行深度修正之后，還是無法滿足設(shè)計(jì)需要，這種情況下，需要對(duì)其進(jìn)行地基處理，或者使用深基礎(chǔ)。（1）對(duì)CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)進(jìn)行使用，在具體施工過程中，施工速度較快，工期較短，施工過程中質(zhì)量控制相對(duì)容易，同時(shí)工程造價(jià)相對(duì)低廉。這種技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)?shù)睾椭苓叺貐^(qū)高層建筑建設(shè)過程中應(yīng)用的比較普遍的技術(shù)之一。該項(xiàng)目在實(shí)施CFG樁時(shí)，使用的樁徑為500mm，樁距控制在1500mm，采用正三角形滿堂布樁的方式進(jìn)行施工，所設(shè)置的樁的長(zhǎng)度為20m，同時(shí)對(duì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行控制，本工程使用的是C25，樁端進(jìn)入5層粗砂不小于100000mm，技術(shù)人員在樁的頂端設(shè)置了級(jí)配砂石褥墊層，這一墊層的厚度為300mm，上面設(shè)置了1400mm厚的筏板，CFG工程一共使用了574根樁。技術(shù)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)完成了CFG樁的檢測(cè)，其中的單樁承載力已經(jīng)達(dá)到了1000kN，同時(shí)對(duì)復(fù)合地基承載力進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果為520kPa。（2）在一些高層建筑當(dāng)中，其豎向荷載較大，對(duì)樁基進(jìn)行應(yīng)用，能夠減小地基變形情況，還能夠在一定程度上提高結(jié)構(gòu)整體安全方面的復(fù)合地基[5]。對(duì)本工程地基進(jìn)行勘察，結(jié)合勘察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)5層細(xì)砂工程具有良好的性能，厚度也相對(duì)較大，埋藏的深度較淺，和基底之間相差12m左右的距離。但是，在樁的極限端位置，所具備的阻力為2500kPa某，樁基是否和這一工程相符合，還需要作出進(jìn)一步分析。
3.3管樁的使用
使用擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁，要比CFG樁造價(jià)低，大約低出5%左右。在進(jìn)行試樁施工檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這一工程當(dāng)中大頭樁存在一定問題，這些問題包括：①樁的端頭僅進(jìn)入了第④層細(xì)砂層中的1m左右的深度，地勘報(bào)告所提供的極限端阻力為1200kPa，通過這種方式能夠使其被提升到7000kPa，這種情況下難以保障其安全性。②對(duì)柴油錘進(jìn)行使用，對(duì)其進(jìn)行施打，產(chǎn)生較為劇烈的震動(dòng)，同時(shí)也發(fā)出較大的噪音，當(dāng)穿透3層粉質(zhì)粘土層時(shí)，施工相對(duì)困難，擊打的次數(shù)較多，施工進(jìn)度比較緩慢。對(duì)工期影響進(jìn)行綜合考慮，采用擠土夯擴(kuò)混凝土大頭樁進(jìn)行施工，在本工程中并不合理。
4結(jié)束語(yǔ)
在高層建筑當(dāng)中，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)占據(jù)著重要的地位，對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行具體施工過程中，質(zhì)量的好壞對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量均產(chǎn)生一定影響。高層建筑層數(shù)較多，需要在地基上進(jìn)行建設(shè)。這種情況下，對(duì)地基基礎(chǔ)方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)過程中，只有對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷完善和優(yōu)化，才能為高層建筑接下來的施工奠定基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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作者:林如鍇 單位:貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司