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关于高层建筑工程复合地基专项审查报告(勘察)编写方法的建议

消息来源:本网站     发布时间:2016/9/19 15:56:13     浏览次数:

万嘉康

河南德阳设计审查咨询有限公司

 

    《河南省建设厅关于加强高层建筑工程复合地基专项审查的通知》(豫建设标【200857号文)明确要求:为加强我省高层建筑的抗震设计管理,提高高层建筑工程设计的可靠性和安全性,保证高层建筑工程质量,依据国务院《建设工程勘察设计管理条例》(第293号令)第二十九条、《房屋建筑工程抗震设防管理规定》(第148号令)第九条以及《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-2004)第8.4.1条规定,对地基基础设计等级甲级且岩土工程勘察等级甲级拟采用复合地基的高层建筑均应进行专项审查。

      由此可见,应纳入专项审查的范围:一是地基基础设计等级为甲级的高层建筑,即《建筑地基基础设计规范》(GB50007)表3.0.1条中的30层以上的高层建筑和《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72)表3.0.1中甲级第1款:30层以上或高度超过100m的超高层建筑;二是此处所谓复合地基专指CFG桩复合地基。因为规范8.4.1条已明确说明:复合地基主要适用于勘查等级为乙级的高层建筑,对勘察等级为甲级的高层建筑拟采用复合地基方案时,须进行专门研究,并经充分论证。现行复合地基中的竖向增强体多数自身刚度有限(如水泥土搅拌桩、灰土挤密桩等),虽然CFG桩是具有较大黏结强度的增强体,但同样不具有抗弯、抗剪能力,不能承受上拔力和水平力,与承台或筏板没有构造要求的连接。但在充分利用桩间土承载力共同作用的条件下,有可能承担建筑物的较大竖向荷载。故在经过充分论证的条件下,有可能作为30层以上高层建筑的复合地基使用。所以对其可行性有必要进行专项审查。审查的内容除应符合《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-20048.4节和《房屋建筑和市政基础设施工程勘察编制深度规定》(2010年版)4.5.9条的要求外,重点应包括以下几点内容:

1、拟建工程概况;

2、CFG桩成桩可行性;

3、地基土能否提供满足设计要求的单桩承载力,复合地基承载力和抗震设计要求。

4、结合本工程建筑特征进行复核地基变形评价,预估平均沉降量和可能产生倾斜的原因。对于附属裙房和外扩地下车库进行差异沉降分析,提出控制过大差异沉降的措施。

5、CFG桩复合地基施工的质量保证措施及施工对环境的影响和对策。

 一、拟建工程概况

根据我国勘察设计体制的现状,勘察单位与设计单位的沟通和交集,仅为一份勘察任务委托书。由于勘察阶段地基基础设计的基本参数都是初步设定的,所以原勘察报告所提供的资料除地层分布,各土层的物理力学性质指标和原位测试成果、场地稳定性、适宜性评价、拟建场地和基地的地震效应等基础资料不可改动外,CFG桩复合地基的基本设计参数均应在专项方案的论证报告中与设计桩位图所标示的各项设计参数相对接,并重新计算评价。所以CFG桩复合地基专项审查报告的编写,是对原勘察报告中基础方案论述部分的再加工。故可行性报告除应详细介绍工程位置、周边环境外,尚应根据最终设计校核拟建建筑编号、地上地下层数、裙房及地下车库等资料外,应列表介绍各建筑±0标高、桩顶标高、有效桩长、布桩方案、基底压力等基本设计参数。由于CFG桩基础持力层以桩顶标高所在位置的地层层号为准,所以桩顶标高的明确具有特殊意义。

二、拟建场地工程地质、水文地质条件和场地和地基的地震效应:

主要根据原勘察报告提供桩身影响深度范围内各岩土层的形成年代,岩土种类、分布规律和工程性质等。重点之一应介绍碎石土粒径与含量、充填物性质和充填程度、密实度等。粉土与粘性土的结核含量、粒径、胶结程度等。重点之二应介绍影响CFG桩侧阻、端阻取值的主要物性指标如孔隙比、液性指数、标贯及静力触探等原位测试成果,以便掌握成桩可行性,CFG桩侧阻、端阻取值的合理性。根据桩身影响范围内地基土的承载力特征值和压缩模量,推荐承载力和压缩模量相对较高,埋深适宜的土层作桩端持力层。此外,报告尚应提供拟建场地抗震设计所需基本设计参数,明确拟建场地所处对建筑抗震有利、一般、不利和危险地段的具体类别。

三、单桩承载力和复合地基承载力的估算:

报告应根据桩身范围内地基土物性指标原位测试成果和设计桩长,合理确定桩身侧摩阻力和桩端端阻力取值,根据不同楼号按不利因素考虑选取代表性钻孔进行单桩承载力估算。根据地基土性状、压缩模量和建筑物荷载要求,与设计单位协商,合理选用桩间距和布桩方案,估算复合地基承载力,以满足基底压力为基本原则,基本设计参数(含桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度、桩体强度)在双方申报材料中均应校核一致。对多桩型复合地基,应根据桩的组合类型,按JGJ79-2012规范采用相应公式计算复合地基承载力特征值。由于复合地基承载力和单桩承载力的计算结果仅供初步设计使用,最终结果均需由静载荷试验确定。应注意的是对单桩承载力估算结果不宜进行折减取值后再计算复合地基承载力,因为本身计算即属估算。对计算过程中所得数据进行人为处理,则计算结果的可靠性已无法衡量。而且也不宜根据基底压力倒推桩间距,以方便布桩。在软土分布区应优先考虑采取加大桩长,增加桩间距的布桩方案,以有利于保证成桩质量。

CFG桩桩身强度应满足上述规范要求,但作为30层以上的高层建筑,其桩身强度不宜低于C25

通过上述二、三部分的论述,即可解决CFG桩成桩可行性和复合地基承载力能否满足设计要求的问题,结合造价、工期、施工对环境影响等诸多因素的综合比较,本着安全适用、技术先进、经理合理、确保质量、保护环境的原则,即可为CFG桩复合地基的造型提供依据。

四、CFG桩复合地基变形估算

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)强制性条文3.0.5条第2款:按地基变形设计或应作变形验算且需进行地基处理的建筑物或构筑物,应对处理后的地基进行变形验算。因此,CFG桩复合地基变形验算是可行性报告的重要内容。根据上述规范式7.1.77.9.8-1---7.9.8-4(对多桩型复合地基而言),应先计算桩身范围内各复合土层压缩模量的增大倍数,据此计算各土层的复合模量。由此规范明确规定地基变形计算深度应大于复合土层的深度,故尚需提供桩端下变形计算深度内各土层在上覆土的自重压力和计算点处剩余附加压力之和压力段土的压缩模量取值,以供变形计算使用。计算中应注意3点:一是根据式7.1.7,ζ=fspk/fak,式中fspk是复合地基承载力而非基底压力Pk;二是fak取桩顶标高所在位置地基土承载力特征值,各复合土层的压缩模量均以此ζ值乘以各土层100-200Kpa压力段压缩模量作为取值;三是复合地基变形计算公式采用GB50007-20115.3.5,即天然地基变形计算公式。在假设地层均匀,基础型式为筏板基础,基底压力分布均匀或荷载重心与基础的型心重合的条件下,计算得到的是基础中心点的沉降,对于均匀分布的荷载而言,将中点沉降作为平均沉降使用,不需要计算角点的沉降以后再平均,这也是一种近似的经验处理方法。

如果地层不均匀,则即使是均匀的基底压力也会产生不均匀的沉降,则按四个角点的附加应力分别计算沉降之后再计算差异沉降,判断建筑物的主倾方向。至于由荷载偏心与地层厚度变化叠加引起的倾斜,则计算过程就趋于复杂化,应有勘察、设计单位共同探讨解决。高度小于100m的高层建筑的整体倾斜控制在0.0025之下。计算结果过小时即可认为不存在整体倾斜。

主楼与裙房或附属地下车库之间的高低层差异沉降分析是变形计算的又一重要内容。当预测的差异沉降可能超过现行规范标准或设计的限值时,应对结构设计或施工提出减少基础差异沉降不利影响的建议,具体内容见《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72-20048.5节。

五、CFG桩复合地基施工质量保证措施及对环境的影响和对策:

当前我省CFG桩复合地基主要采用长螺旋钻中心压灌成桩施工,长螺旋钻孔灌注成桩和振动沉管灌注成桩施工工艺应用较少。为确保施工质量,施工设备必须有排气装置,采用下开式钻头,严禁先提钻后灌料,应使钻头始终埋在混凝土下。对遇有深厚淤泥、淤泥质土时,需提供试验确定成桩可行性。因该工艺混合料坍落度高,桩体保持自身性状的能力低,常发生严重扩径,桩顶下陷或由于桩周土的挤压造成缩径或断桩。

当桩长范围有饱和粉土、粉细砂和淤泥、淤泥质土时,若桩距较小,则新打桩钻进时长螺旋叶片对已打桩周边土产生剪切扰动,使土结构强度破坏,桩周土的约束力降低,处于流动状态的桩体侧向溢出亦即发生所谓窜孔现象。施工时须对已打桩桩顶标高进行监控。发现已打桩桩顶下沉时,正在施工的桩提至窜孔土部位应停止提钻,继续压料,待已打桩混合料上升至桩顶标高时,在试桩方可继续泵料提钻至设计标高。施工中应始终注意拔钻速度必须与泵入混合料速度的相配,否则也容易产生缩径或断桩,而且不同土层中提钻的速度不应一样,砂性土、粉土、粘性土中提拔速度宜为1.2-1.5m/min,在淤泥质土中应适当放慢。桩顶标高应高出设计标高0.5m

CFG桩施工造成对周边环境的共同影响是容易造成周围地面的明显变形和开裂,故应合理安排桩的施工顺序和施打速度,尽量减少土的侧向挤压和隆起对已施工桩和周围地面的影响。在软土中应选用较大桩距,并采取隔桩跳打方法,有条件时可设置止水帷幕,隔断施工区间对周边场地的影响。由于施工排土和运输易造成对环境的污染,在日益加强环境保护的当今尤其应引起足够重视,工地应及时遮挡和覆盖,防止产生扬尘。运输过程中应符合当地环境保护的要求。

六、存在问题的讨论

1、  关于抗震设计问题

豫建设标【200857号文中要求对复合地基进行专项审查的依据之一是《房屋建筑工程抗震设防管理规定》(建设部令第148号)第九条:“采用可能影响房屋建筑工程抗震安全,又没有国家技术标准的新技术、新材料的,应当按照有关规定申请核准。申请时,应当说明是否适用于抗震设防区以及适用的抗震设防烈度范围”。虽然当前CFG桩复合地基的设计、施工、检测的具体要求早已列入了《建筑地基处理技术规范》(JGJ79),但规范并未说明其适用的抗震设防烈度范围,且广泛采用CFG桩复合地基处理方案的多数地区至今未经受过强震的检验。由CFG桩加固了的复合地基如何传递水平地震力也缺乏有说服力的研究成果。故将CFG桩用于高层建筑,与一般的钢筋混凝土桩相比,究竟抗震性能如何尚不知晓。但起码在抗震不利地段,抗震设防烈度为8度及以上地区均应慎用。

2、与《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)的衔接问题:

现行《岩土工程勘察规范》和《高层建筑岩土工程勘察规程》均明确对湿陷性黄土分布区应执行《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)。我国是湿陷性黄土广泛分布的国家。该规范未明确勘察等级和设计等级的划分标准,而是根据其重要性,地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限值的严格程度将建筑物分为甲、乙、丙、丁四类。但其设计等级和勘察等级如何与其他规范衔接并无相关说明。其中高度大于60m14层及14层以上体型复杂的建筑均已划入甲类建筑范畴。由于划为甲类建筑的地基处理要求从严,不允许剩余湿陷量的存在,或要求采取桩基础穿透全部湿陷性黄土层。因此凡划为甲类的高层建筑采用CFG桩复合地基方案时,首先应进行地基处理消除湿陷,然后才能施工CFG桩。故对大量高度大于60m(约20层),采用CFG桩复合地基的高层建筑是否均需要进行专项论证值得商榷,审查的范围不宜太滥。

3、  某些层数不足30层,但高度接近100m,基底平均压力接近500Kpa的商业建筑,应要求作专项审查。

此类建筑虽为数不多,但由于高度大,基底压力也大,故采用CFG桩复合地基方案时,应比照文件要求进行专项审查。如丹尼斯商业综合体2号楼地上18层、地下3层,地上高度92.39m,基底平均压力483.8Kpa,采用CFG桩复合地基筏板基础,即应要求作专项审查。

 

 

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