超高层建筑深基础沉降计算进展

2015-05-21 290 0

  1.基础沉降计算从来就是地基基础工程中三大难题之一
  百年甚至几百年来,很多专家、学者都对此作出过贡献,至今还没有完全解决。“万丈高楼从地起,上天容易入地难”,深基中不少问题弄不清,未知因素、不确定因素很多。地下工程确实比地上工程困难。超高层建筑深基础沉降计算也同样远没有完全解决。目前解决此问题的方法有以下途径:
  1.解析法
  2.数值计算法
  3.半解析唱半数值法
  4.半理论唱半经验方法
  地基变形或基础沉降计算涉及若干学科,并与地质条件、土的物理力学性质和工程密切相关,至今还没有很好的方法,使其计算理论值与沉降实测结果一致或十分接近。因此,以上第三、第四个方法就显得十分重要,也是目前工程上常用的有效方法。
   2 . 国内外地基沉降计算研究进展
  一般建筑物地基的变形包括:
  a.初始沉降
  b.固结沉降
  c.次压缩(或次固结)沉降
  由于地基沉降问题十分重要,至今还没有完全解决。近几十年来,国内外专家对此十分重视和感兴趣,提出了若干计算方法。这些方法都与实际情况有一定差距。这里归纳起来简介如下:
  1 半理论唱半经验沉降计算方法(修正的分层总和法)。
  2 考虑应力历史的地基沉降方法
  3 应力路径法计算地基沉降。
  4 由变形特征进行沉降计算。
  5 采用有限元法计算沉降。
  6 地基沉降计算的综合法。
  7 地基沉降计算的参数测试技术研究。
  至今,应该说地基沉降计算远远没有解决,其中难点之一就是计算参数的测试问题。
   3. 超高层建筑桩箱(筏)基础沉降研究进展
  一般箱基的刚度大、协调不均匀沉降的能力强、抗震性能好,因此得到广泛应用。箱形基础的沉降研究除了研究其地基自重应力变形、回弹再压缩变形、恒定荷载作用的变形等以外,还研究上部结构、基础和地基的共同工作、共同作用,研究测试设备和方法。与此同时,也进行地基计算模型和计算参数的研究。超高层建筑的箱形基础工程在国外应用较多、在国内应用很少,在国内,建筑高度超过100m的箱形基础只有十多栋,超过200m的只有两栋(青岛中银大厦、广东国际大厦)。国外超过200m建筑高度采用箱(筏)基础的较多,尽量避免采用桩基础。国内的箱形沉降研究进展大多是中高层建筑,国外以沉降计算方法为重点介绍。
  20世纪70年代,我国箱形和筏形基础的沉降问题在8~12层建筑(高度60m以内)中已取得很多成果,如箱形地基压缩深度分析和计算方法等。中国建筑科学研究院在1974年组织同济大学、商业部设计院、上海民用建筑设计院、北京市勘察院等作了不少箱基测试工作,把理论研究的一些成果与测试数据结合,编写了箱基规范。后来,考虑箱形基础的补偿性、地基回弹后再压缩性、基坑开挖以后的应力重分布等,提出分层总和法等地基变形计算方法(包括弹性力学计算方法、数值法和经验法)。箱基沉降计算中,集中于基坑底的回弹再压缩量研究和计算方法,并写进高层建筑箱形与筏形基础技术规范。同时,进行了大量的箱基沉降实测工作和共同作用分析,得到若干有用的结论。由此可见,我国的这两本基础规范,基本上可以反映其沉降计算方法和研究进展。
  (1)1925年Terzaghi提出一维固结理论开始,主要应用弹性力学的方法来计算基础沉降问题。
  (2)1934年,Frohlick建立了地基沉降计算方法;1936年,Rendulic在固结过程中总应力不变的假设下,把一维固结问题推广到三维情况;
  (3)1941年,Biot建立了严格的固结理论并于1956年又将其推广到动力问题。
  (4)1948年,Terzaghi等提出砂土地基沉降计算方法。
  (5)1970年,Sckmertmann提出一个半经验的计算砂土地基沉降的公式,实际工程检验,比较符合实际。采用分层总和法可以考虑成层地基的情况。以上这些沉降计算方法,都可以用应力路径来归纳和总结,但仍要用弹性力学来计算土体的应力增量。
  4 . 超高层建筑桩箱(筏)基础沉降研究进展
  (1)超高层建筑桩箱(筏)基础沉降研究,分为单桩沉降、群桩沉降和上部结构、基础、桩土共同作用研究。单桩的沉降计算是所有沉降计算的基础。在竖向荷载作用下,单桩沉降包括桩身的弹性压缩变形,桩端和桩端以下土体的压缩变形等三部分。目前单桩沉降的计算方法主要有:荷载传递分析计算方法、分层总和法、弹性理论计算法、剪切变形传递计算法、简化的经验方法。这些方法计算结果总有误差。一般工程设计都规定要进行试桩(试桩根数不少于3根),得到Q 唱s 曲线。很多学者也研究单桩沉降与群桩沉降的关系,由于地基土的复杂性、可变性、地域性,很难找到一个统一的关系式,一般采用地区经验系数的办法,找到本地区的经验系数。首先注重群桩沉降实测或模型试验工作。
  a.群桩沉降的实测和模型试验
  b.群桩计算半理论唱半经验法
  c.Poulos的弹性理论群桩沉降计算方法
  d.群桩沉降计算的简化方法
  (2)超长桩沉降计算进展超高层建筑深基础中,采用桩箱(筏)基础较多,而桩基又往往是大直径超长钻孔灌注桩。一般超长桩的直径d ≥800mm,桩长l≥50m。我国在上海、天津、武汉、福州、南京、郑州、西安等软土地区不断兴建超高层建筑,大量采用超长钻孔灌注桩。钻孔灌注桩经过100多年的应用和研究,应该说短桩、中长桩、长桩的研究很多,积累的数据资料也多,而超长桩相对来说研究少,测试数据也少。
  (3)本人详细研究了超长桩的基本特性,分析了沈保汉等提供的40多根超长桩的压桩试验数据从中得到重要结论:
  a.超长桩具有控制沉降的突出优点。
  b.对于大直径钻孔灌注超长桩宜采用后压浆技术,以解决桩端沉渣和钻孔壁松弛问题。
  c.应研究超深土力学向题,以推动沉降计算研究。
  本文整理于陈祥福教授在第五届深基础工程发展论坛中作的主题报告PPT,分享给业界人士。如有错误,请见谅!

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