高层宾馆筏板基础设计探究

关键词：高层宾馆；筏板基础；内力分析；施工要点 

　　引言 

　　筏形基础在高层建筑设计中的使用变得越来越普遍，其不仅能结合地下室的埋深，充分利用天然地基建造补偿性基础，具有整体刚度好、能调整地基不均匀沉降的特点，同时，也能配合未来城市对地下空间的相关需求进行合理的开发利用。除此之外，筏形基础抗震性能相对较好，而且施工简便、工期短，技术质量比较容易得到保证。 

　　1 工程概况 

　　某高层宾馆，地面以上楼高9层，层高为3m，地下1层，地下室为停车库和设备问，基础埋深4.50m。上部采用现浇框架结构，主体结构为短肢剪力墙结构体系。本工程抗震设防烈度Ⅵ度，场地类别为Ⅲ类。一般地质条件下，高层建筑中钢筋混凝土结构采用桩基础，其基础工程包括基坑支护和开挖施工的费用约占建筑总造价的20～30%，施工工期约占建筑总工期的30～40%，同比之下，采用筏板基础分别为10～20%和20～25%。因此，相对于桩基础而言，筏板基础的经济效益较为明显。本工程初步设计为桩基础，由于考虑到场地附近挖方相对较多，因此对场地进行填土1m后优化设计采用筏板基础。 

　　2 筏形基础选型 

　　通常来说，筏形基础有两种类型，分别为梁板式和平板式。本建筑工程除前面提到的主体结构为短肢剪力墙结构体系外，其平面布置也比较特殊。若采用梁板式筏基，则基梁的布置相对较复杂，同时节点不宜处理，基梁之间的相互传力关系不明确；若采用平板式筏基，则可不受平面布置不规则的影响，能够较好地解决梁板式筏基中遇到相关问题，有效提高筏基的整体刚度及调整应力和变形的能力。相比之下，平板式筏基还具有施工简便、施工工期短以及施工质量比较容易得到保证的特点。综上所述，不管从经济、工期还是工程技术质量考虑，该建筑工程采用平板式筏基，能够很好的满足相关设计要求。 

　　3 筏板基础埋深 

　　筏板基础的埋置深度，当采用天然地基时不宜小于建筑物地面以上高度的1/12，但对于非抗震设计的建筑物或抗震设防烈度为Ⅵ度时，筏基的埋置深度可适当减小。为此当室内外高差为0.6m时，筏板基础的埋置深度H： 

　　H=1/12（3×9+0.6）=2.3m 

　　取H=2.0m，其中地质勘察报告提供的地基剖面如表1所示。 

　　4 筏板面积的确定 

　　筏板面积的大小与上部结构的荷载和地基承载能力有关。该工程地基承载力设计值由地质勘察报告提供，在2m深处粉土层有f=130kPa。 

　　中柱：P=12×3.6×（2.4+5.7）/2×9=1574.6kN 

　　边柱：P=12×3.6×5.7/2×9=1108.08kN 

　　上部框架结构的荷载值可根据高层建筑结构计算荷载的取值方法，按表2经验数值进行估算。 

　　5 筏板基础的内力分析计算 

　　对于高层建筑的筏板基础内力分析，通常简化计算方法，由于其具有将由上部结构、基础和地基三部分构成的一个完整的静力平衡体系的基本的特点，因此可以将筏板基础分割成三个部分，逐一进行独立求解。考虑到上部结构、基础和地基三者之间具有相互影响、相互制约的关系。筏板上部结构部分，由于考虑了因基础变形而引起的相关变形，这种变形会使上部结构产生次应力，考虑了这种次应力，结构将更安全；筏板基础部分，由于考虑了上部结构的贡献，一定程度上能够减小其整体弯曲变形和内力，因此取得较为经济的效果。分析筏板基础内力时，主要应考虑以下几方面： 

　　（1）当进行筏板基础内力分析时，理论上应充分考虑上部结构的刚度，但是一定程度上会增加计算工作量。通常而言，对多层建筑可以不考虑上部结构的刚度，只须将地下室部分的结构刚度考虑进去，可以得到足够准确的工程精度，而不必考虑所有的上部结构刚度。 

　　（2）由于筏板基础的板厚一般较大，而且其空间受力性较强，所以普通的薄板理论己不能满足其要求，此时应采用考虑板剪切变形的中厚板理论或三维实体单元来分析。对于相对规则或可简化为规则的筏板基础结构，可采用类似边界元法的域外奇点法来进行分析。当采用有限元法或域外奇点法进行基础内力分析计算时，应该考虑如何解决地基弹簧刚度的问题。一些相关学者提出在计算地基弹簧刚度时考虑与地基土之间的相互影响，这种方法理论上是正确的，但在实际工程设计施工中却很难行得通。通常情况下，在设计中应先计算基础的总沉降，求得地基土的总弹簧刚度，然后再根据局部的地基情况对地基的弹簧刚度进行适当修正，最后在计算基础内力的过程中考虑与地基土之间的相互影响。 

　　（3）由于筏板基础的空间受力性相对比较强，因此，在采用三维实体单元法求得基础板的内力会产生弯矩及剪力的同时，也会有轴力，所以根据此类方法求出的基础板的内力进行配筋计算时，应按偏心受压或偏心受拉构件进行计算。 

　　6 筏板基础施工 

　　该高层宾馆为一类高层建筑，工程量相对较大，具有一定的施工难度，因此要求施工单位必须具备较复杂高层建筑施工组织、管理和施工能力。在施工中应特别注意以下工序的操作： 

　　6.1 施工降水 

　　该高层宾馆基地地下水位深-6.50～7.00m，所以在基坑开挖护臂和基础施工时必须做好降水工作。根据场地条件，采用井点降水进行合理降水，砂卵石层的综合渗透系数K取17m/d。 　　6.2 基坑开挖护臂 

　　该工程开挖深度较大，所以在开挖过程中必须进行支护。由于该建筑场地四周分布已有建筑、市政设施等建筑物，为了避免对市政设施以及已有建筑产生不良影响，基坑开挖时应该采用人工挖孔护臂桩进行支护。人孔挖空护臂桩开挖深度为13m，桩径1.1m，混凝土强度采用C20。护臂桩间连系梁也采用C20混凝土，截面尺寸b×h为1000mm×400mm。 

　　6.3 局部地基加固 

　　基底下局部地段分布圆砾，对埋深较小的圆砾应予以挖除，同时应回填级配良好的砂卵石并进行夯实；对埋深较大的圆砾应采用旋喷桩进行加固处理。该工程加固完工后，为了检测加固效果，取得复合地基的相关力学指标，有关检测部门进行了现场静载试验和动力触探试验，并将测得的复合地基与原状土有关力学指标进行比对，结果满足设计要求。 

　　6.4 基础底板大体积混凝土浇筑 

　　该工程底板混凝土用量较大，具有大体积混凝土的施工特点，同时采用C35混凝土。由于内外温差比较大，所以容易产生收缩、裂缝等现象，而且运输距离较远，运输能力相对有限。为此，施工单位制定了大体积混凝土浇筑方案，以防止产生裂缝现象，同时最大限度地解决了混凝土运输能力不足的问题。该基础底板大体积混凝土浇筑划分为三个施工段，沿长边方向推进，每段方量约4000m3，I段用4d浇筑完毕后休整间隔6d，Ⅱ、Ⅲ段用8d浇筑完毕。在此期间为保证混凝土质量，必须保证1200m3/d以上的混凝土浇筑量。在整个浇筑过程中，成立由监理及甲、乙双方共同组成的指挥组，24h轮流值班负责整个生产过程中的运输、泵送、搅拌、技术保证、质量控制以及协调等工作。 

　　7 变形观测 

　　该工程在首层共布设了10个观测点，施工期间每隔2层观测1次，以实测资料作为建筑物地基基础工程质量检查的依据之一。目前，主体结构已经封顶，正进行外立面装修，根据现场的变形观测结果，各观测累计沉降量均在13.53～17.21mm范围内，平均下沉量为15.37nnn，筏板基础最大倾斜量为0.11‰，满足规范允许值3‰范围之内的要求。就观测结果进行分析，整个基础沉降相对比较均匀，预计最终实际沉降量要比理论计算值小，总沉降量约为25～30mm。 

　　8 结束语 

　　高层建筑筏板基础选型和设计，是整个结构设计中的比较关键的环节，直接影响到建筑工程安全、质量和投资等方面。因此，相关工程设计人员应认真研究拟建场地的岩土性质和上部结构特点，通过综合技术经济比选后保证筏板基础的质量，在工程中具有重要意义。 

　　参考文献 

　　[1]刘继光，筏板基础选型和设计分析[J]，北方工业大学学报，2002（01） 

　　[2]王利云，大型筏板基础的设计与施工[J]，广东建材，2006（01） 

　　[3]陈云敏，陈仁朋，黄海丹，桩筏基础相对刚度及合理板厚的确定[J]，工业建筑，2005（05） 

　　[4]齐永正，建筑物框架结构筏板基础与地基共同作用的分析研究[D]，合肥工业大学，2005