高層建筑地基方案優(yōu)化設(shè)計
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摘要：針對高層建筑地基基礎(chǔ)方案進行分析，闡述了對地基基礎(chǔ)進行科學設(shè)計的必要性，同時介紹了進行高層建筑地基基礎(chǔ)方案設(shè)計過程中應(yīng)當遵循的原則，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)計算形式。最后結(jié)合貴州省某高層建筑基本情況，探討了場地地質(zhì)概況和地基基礎(chǔ)設(shè)計方案對比，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，拓寬了人們的活動空間。在高層建筑工程施工過程中，地基基礎(chǔ)設(shè)計十分重要，其關(guān)系到建筑的穩(wěn)定性和使用壽命，因此對高層建筑地基基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計進行分析，意義深遠。
1地基基礎(chǔ)設(shè)計重要性
在高層建筑施工過程中，地基基礎(chǔ)具有重要意義，同時也是高層建筑建造過程中的基礎(chǔ)性內(nèi)容。因為在對地基基礎(chǔ)進行具體設(shè)計過程中，關(guān)系系數(shù)的設(shè)計難度較大，地基在土地下埋設(shè)不光會受到地質(zhì)環(huán)境的影響，地下水也會對其產(chǎn)生影響。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果顯示，通常情況下，在對普通地基基礎(chǔ)進行建造過程中，造價基本上在工程造價的5~6%之間，若出現(xiàn)一些較為復(fù)雜的情況，則需進行較深的埋置，這時會追加造價，造價比例會上升到總造價的10%左右[1]。工程單位會使用一些特殊方式進行處理。從這一點上可以看出，對地基進行具體設(shè)計過程中，需要對不同基礎(chǔ)方案進行對比，進行擇優(yōu)選擇，盡可能的降低造價，最終獲得較好的經(jīng)濟收益。
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
在對高層建筑地基進行具體設(shè)計過程中，需對多方面因素進行分析，從具體應(yīng)用層面上分析，先要對沉降縫進行科學合理的設(shè)計，第一步在實施基礎(chǔ)設(shè)計過程中，對主流應(yīng)用形式進行分析，如果有沉降不合理情況，就需要以形變狀態(tài)為依據(jù)，對基礎(chǔ)底面進行適當調(diào)整，不但會因為不均勻沉降問題使其受到影響，基礎(chǔ)設(shè)施形式或者基礎(chǔ)設(shè)施施工水平較差，均會導致其受到一定影響。在具體設(shè)計過程中，技術(shù)人員應(yīng)當應(yīng)用相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)計流年，按照嵌固手段對其進行具體設(shè)計。不同建筑類型之間存在著較大差異，為了實現(xiàn)防水目的，可以對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行適當調(diào)整，選擇最為合理的方案[2]。
2.2充分利用地下空間
高層建筑在擴大空間范圍過程中，也需要適當擴大地下空間，如果對空間進行具體擴大過程中，有不合理的操作，可能會對空間帶來一定的影響，從而導致建筑地基無法合理使用。對相關(guān)規(guī)定進行分析發(fā)現(xiàn)，在對高層建筑基礎(chǔ)進行埋設(shè)過程中，要求其達到建筑高度的5~7%。同時，還需要對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行充分考慮，對堿性和移動性的因素進行充分考慮，如果出現(xiàn)密度較大的情況，為了實現(xiàn)施工的基本要求，需要施工人員及時進行填土工作。明確了施工基本高度后，相關(guān)工作人員應(yīng)當積極了解并確定已有的計算基礎(chǔ)，針對結(jié)構(gòu)應(yīng)用的方式和類型進行明確[3]。對基層巖石盡心積極分析，找出可能會對高層建筑結(jié)構(gòu)帶來影響的因素。同時，技術(shù)人員應(yīng)當將錨桿當成基礎(chǔ)，適當增加現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的造價管理程序。
2.3提升建筑穩(wěn)定性
站在建筑穩(wěn)定性的角度進行分析，會帶來極為深遠的影響。高層建筑基礎(chǔ)中，基層巖石會因為場地面積而受到影響，技術(shù)人員具體操作過程中，需對基層巖石所具備的承載力以及地壓縮能力進行充分利用，對其應(yīng)用能力進行合理有效的分析，最終形成成本投入的目的。同時，土層自身也會對地基帶來一定影響。為了增強全體應(yīng)用強度，需要在住宅區(qū)進行相應(yīng)的樁基設(shè)計，此后在商業(yè)區(qū)建立起一個類似地下停車場的功能區(qū)。針對促使建筑穩(wěn)定性受到影響的因素以及各方面需求進行充分合理的分析，最終挑選出科學合理的設(shè)計方案。
2.4掌握結(jié)構(gòu)計算形式
針對高層建筑現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，所對應(yīng)的計算方式也存在特殊性，為了實現(xiàn)數(shù)學規(guī)劃理論方面的基礎(chǔ)性要求，在實施初期設(shè)計過程中，需要對選擇方面進行合理優(yōu)化，結(jié)合相關(guān)技術(shù)操作手段以及管理規(guī)范，對其中的變量差異進行積極分析并優(yōu)化，此外還需對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸進行科學合理的優(yōu)化。針對相關(guān)人工智能系統(tǒng)和專家系統(tǒng)而言，在基礎(chǔ)設(shè)計過程中應(yīng)用的十分廣泛。技術(shù)人員可以對其作出適當?shù)恼{(diào)整和計算[4]。在這一過程中，主要是將經(jīng)濟效益作為核心內(nèi)容。并且對質(zhì)量和穩(wěn)定性進行兼顧，將這一內(nèi)容作為原則，最終對設(shè)計方案進行合理優(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，項目為高層住宅樓，主樓部分地上32層，地下2層，長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，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，層高為4.5m，其主要結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)、±0.000相對與絕對標高為1008.25m，建筑的基礎(chǔ)埋深為8.2m。建筑企業(yè)對場地抗震設(shè)防裂程度進行設(shè)置，程度為Ⅷ度，所設(shè)計的基本地震加速度值控制在0.2g，地震分組設(shè)計為第一組。
3.2場地地質(zhì)概況和地基基礎(chǔ)設(shè)計方案對比
結(jié)合對該地地質(zhì)勘查報告結(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，對土質(zhì)從上到下進行劃分，分別為素填土、粉砂、粉質(zhì)粘土、細砂共同構(gòu)成，場地沒有液化土層，存在三種類型的場地土，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)下作用的主要標準組合是478kPa，其基底的持力層位于③層粉質(zhì)粘土，這時的地基場地承載力所具備的特征值為faK=100kPa，對其進行深度修正之后，還是無法滿足設(shè)計需要，這種情況下，需要對其進行地基處理，或者使用深基礎(chǔ)。（1）對CFG樁復(fù)合地基施工技術(shù)進行使用，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)量控制相對容易，同時工程造價相對低廉。這種技術(shù)已經(jīng)成為當?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。該項目在實施CFG樁時，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行施工，所設(shè)置的樁的長度為20m，同時對混凝土強度等級進行控制，本工程使用的是C25，樁端進入5層粗砂不小于100000mm，技術(shù)人員在樁的頂端設(shè)置了級配砂石褥墊層，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)場完成了CFG樁的檢測，其中的單樁承載力已經(jīng)達到了1000kN，同時對復(fù)合地基承載力進行計算，得出的結(jié)果為520kPa。（2）在一些高層建筑當中，其豎向荷載較大，對樁基進行應(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]。對本工程地基進行勘察，結(jié)合勘察結(jié)果，發(fā)現(xiàn)5層細砂工程具有良好的性能，厚度也相對較大，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，還需要作出進一步分析。
3.3管樁的使用
使用擠土夯擴混凝土大頭樁，要比CFG樁造價低，大約低出5%左右。在進行試樁施工檢測結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)這一工程當中大頭樁存在一定問題，這些問題包括：①樁的端頭僅進入了第④層細砂層中的1m左右的深度，地勘報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對柴油錘進行使用，對其進行施打，產(chǎn)生較為劇烈的震動，同時也發(fā)出較大的噪音，當穿透3層粉質(zhì)粘土層時，施工相對困難，擊打的次數(shù)較多，施工進度比較緩慢。對工期影響進行綜合考慮，采用擠土夯擴混凝土大頭樁進行施工，在本工程中并不合理。
4結(jié)束語
在高層建筑當中，地基基礎(chǔ)設(shè)計占據(jù)著重要的地位，對地基基礎(chǔ)進行具體施工過程中，質(zhì)量的好壞對整個工程質(zhì)量均產(chǎn)生一定影響。高層建筑層數(shù)較多，需要在地基上進行建設(shè)。這種情況下，對地基基礎(chǔ)方案進行具體設(shè)計過程中，只有對地基基礎(chǔ)設(shè)計方案進行不斷完善和優(yōu)化，才能為高層建筑接下來的施工奠定基礎(chǔ)。
參考文獻
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作者:林如鍇 單位:貴州省建筑設(shè)計研究院有限責任公司