高層建筑地基基礎(chǔ)概念設(shè)計(jì).ppt

高層建筑地基基礎(chǔ)概念設(shè)計(jì) 高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的內(nèi)在潛力 孟凡向 一 復(fù)合地基與復(fù)合樁基的概念與區(qū)別墩 樁 復(fù)合地基中樁的區(qū)別 復(fù)合樁基 復(fù)合地基 柔墊層 樁基 二 地基處理 樁基技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新 1 地基處理技術(shù)的發(fā)展 排水固結(jié) 堆載預(yù)壓 真空預(yù)壓 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓 電滲法 降水固結(jié)法 強(qiáng)夯 柱錘沖擴(kuò) 孔內(nèi)強(qiáng)夯 強(qiáng)夯置換 水泥土 深層攪拌 雙向攪拌法 高壓噴射 夯實(shí)水泥土樁 噴射攪拌 壓力灌漿法 滲入性灌漿 壓密性灌漿 劈裂性灌漿 置換與密實(shí) 墊層 拋石擠淤 砂石樁置換 強(qiáng)夯置換 石灰樁 爆破擠密 土樁灰土樁擠密 夯實(shí)水泥土樁 孔內(nèi)夯擴(kuò) 加筋土墊層 土工織物 土工格柵 土工格室 金屬板條 剛性樁復(fù)合地基 CFG樁 低標(biāo)號(hào)素砼樁 預(yù)制鋼筋砼靜壓樁 預(yù)應(yīng)力管樁 無砂砼小樁 冷熱處理 凍結(jié) 燒結(jié) 2 復(fù)合地基技術(shù)的創(chuàng)新 異性樁復(fù)合地基技術(shù)CFG樁 灰土樁水泥土樁 振動(dòng)碎石樁碎石樁 壓漿形成無砂砼小樁組合樁 異性樁復(fù)合地基2 實(shí)散組合樁 復(fù)合載體夯擴(kuò)樁 長短樁復(fù)合地基技術(shù)長樁控制沉降 短樁控制承載力依基礎(chǔ)剛度 荷載分布決定長短樁結(jié)合形式依應(yīng)力場分布決定長短樁布置范圍復(fù)合地基承載力試驗(yàn)與檢測 沉降計(jì)算方面帶來新的課題 長短樁復(fù)合地基示意圖 墊層加筋與樁網(wǎng)復(fù)合地基技術(shù)水平排水板 振動(dòng)碾壓豎向排 降水 強(qiáng)夯 多種地基處理方法的聯(lián)合運(yùn)用技術(shù) 墊層加筋復(fù)合地基技術(shù)水平向加筋 豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基調(diào)整樁土應(yīng)力比 使樁承擔(dān)更多的荷載減少水平向路基變形或減少工后沉降量改善了柔性基礎(chǔ)條件下的剛性 半剛性樁復(fù)合地基的應(yīng)用條件可采用疏樁理論按沉降控制設(shè)計(jì) 水平加筋與豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基 小樁技術(shù) 小樁技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系列化和理論化 很多新技術(shù)措施使小樁能更好地應(yīng)用于復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu) 土質(zhì)和環(huán)境中 主要有 1 對(duì)小樁進(jìn)行二次灌漿 2 對(duì)樁間土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng) 3 預(yù)加荷載 4 變節(jié)技術(shù)的應(yīng)用 瑞典1983年成功研制一種擴(kuò)底小樁 解決重荷載基礎(chǔ)的地基處理問題 馬來西亞1987年推出了造價(jià)低 施工快 沉樁簡易的預(yù)制靜壓小樁 南非1985年成功地運(yùn)用小樁處理了濕陷性土層中 房屋基礎(chǔ)的托換工程 1971年McQuire通過對(duì)木樁的埋藏試驗(yàn) 確認(rèn)經(jīng)正常防腐處理的木樁使用年限可達(dá)100年 澳大利亞小木樁被用于膨脹土中作為住宅基礎(chǔ) 新加坡小木樁用于軟粘土地基以建造街坊式單層工業(yè)廠房 新西蘭使用小直徑軟木樁取代混凝土樁和硬木樁作為房屋基礎(chǔ) 已有建筑物 帽梁 噴射混凝土 開挖面 小樁 網(wǎng)狀小樁群圖 承受水平荷載的小樁群為 有筋土墻 有筋土墻 的計(jì)算可模擬鋼筋混凝土梁的計(jì)算 有下列三種情況 1 完全不考慮小樁與土體間的粘結(jié) 2 考慮小樁與土體之間完全粘結(jié) 3 考慮小樁與土體之間部分粘接 縱斷面 原有建筑物 橫斷面 開挖線 1 2 3 4 小樁在基坑 托換工程中的應(yīng)用 已有建筑物 可能滑動(dòng)面 理想塊體 地面 開挖面 網(wǎng)狀群樁外部穩(wěn)定驗(yàn)算圖 后處理復(fù)合地基技術(shù) 后處理技術(shù)概念 圖1路基先處理 圖2先部分填方后處理 后填土 圖3全填方后處理 加寬路基 先處理樁 后處理樁 原道路路基 施工樁長部分位于填土內(nèi) 利用樁土間的摩擦力形成錨固段 可阻止地基土變形時(shí)樁向上的 刺入 和使后部分填土荷載通過該段樁側(cè)摩阻力或樁頂設(shè)置的樁帽向樁身的轉(zhuǎn)移 有效地調(diào)整和增加樁土應(yīng)力比 后處理技術(shù)機(jī)理 在被加固場地先填土形成附加應(yīng)力后用碎石樁置換 對(duì)碎石樁體及樁周土體進(jìn)行滲入式灌漿 二次壓密注漿 使樁周土體受到壓密灌漿處理 形成較高強(qiáng)度的無砂砼小樁豎向增強(qiáng)體 后處理技術(shù)具有堆載預(yù)壓 快速排水 排氣固結(jié) 固化 豎向置換增強(qiáng)等綜合作用機(jī)理 剛性基礎(chǔ)條件 大大改善了 柔性基礎(chǔ)條件 下復(fù)合地基工作性狀 具有固結(jié)沉降快 工后沉降變形小 穩(wěn)定時(shí)間短的特點(diǎn) 無砂砼小樁后處理技術(shù) 復(fù)合地基平面及剖面設(shè)計(jì)布置圖 某工程軟弱路基位移 沉降變形過程曲線 注漿碎石樁后處理技術(shù) 原理基本同無砂砼小樁 樁徑大于350 400mm 有時(shí)需設(shè)計(jì)墊層和樁帽 加勁水泥土樁復(fù)合地基后處理技術(shù)在已施工的水泥土樁中設(shè)置勁性材料形成剛度較大的剛性樁體 充分發(fā)揮水泥土樁與土間較大的摩阻潛力和樁端承載力 樁側(cè)阻力與樁身的變形模量樁體剛度 樁土界面狀態(tài)和接觸面積及圍壓有關(guān) 加筋水泥土組合樁 靜壓小樁 管樁 復(fù)合地基后處理技術(shù) 靜壓預(yù)制砼小樁 預(yù)應(yīng)力管樁復(fù)合地基引入了樁土相互作用理論 充分發(fā)揮樁間土承載力和提高單樁承載力 有較好的控制復(fù)合地基變形的能力 具有較好的經(jīng)濟(jì)性 具有較好的承載力保證和質(zhì)量穩(wěn)定性 作為環(huán)保型 無振動(dòng) 噪音及粉塵污染 復(fù)合地基 具有發(fā)展前景 CFG樁 后插鋼筋籠CFG樁復(fù)合地基后處理技術(shù) PHC樁后處理技術(shù) 第二次壓樁面 第三次壓樁面 原路堤 CFG樁后處理技術(shù) 第一次壓樁面 第二次打樁面 第三次打樁面 原路堤 3 樁基技術(shù)理論的發(fā)展與創(chuàng)新 變節(jié)技術(shù)變節(jié)技術(shù)與擴(kuò)底技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用組合樁技術(shù)樁側(cè) 樁底注漿技術(shù)變節(jié)技術(shù) 擴(kuò)底技術(shù)與后注漿技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用預(yù)制 現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼管樁技術(shù)后處理技術(shù) 后處理樁 逆筑法 技術(shù) 樁端條件 埋深 土性對(duì)樁側(cè)阻力的影響 樁側(cè)阻力的強(qiáng)化效應(yīng)和退化效應(yīng)強(qiáng)化效應(yīng)極限側(cè)阻力在樁端附近得到加強(qiáng)的形象 樁側(cè)阻力與樁入土深度有關(guān) 94 94 規(guī)范有預(yù)制樁的修正系數(shù)對(duì)長鉆孔灌注樁具有同樣的概念 與土的剪縮 剪脹有關(guān) 與膠結(jié)體損傷程度有關(guān) 鄭州黃河公路大橋試樁樁周摩阻力 樁深關(guān)系曲線 0 5 1 0 1 5 2 0 h 4m h 59m h 53m h 43m h 24m h 19m h 12m 鄭州黃河公路大橋試樁樁周摩阻力 荷載關(guān)系曲線 荷載 MN 樁周摩阻力 kPa 開封黃河公路大橋試樁樁周摩阻力 樁深關(guān)系曲線 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 5 10 15 20 h 42m h 3m h 21m h 26m h 60m h 10m h 54m 開封黃河公路大橋試樁樁周摩阻力 荷載關(guān)系曲線 荷載 樁周摩阻力 kPa 東明黃河公路大橋樁周摩阻力 樁深關(guān)系曲線 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 2 10 20 h 40 8m h 52 4m h 30 4m h 20 4m 東明黃河公路大橋樁周摩阻力 荷載關(guān)系曲線 荷載 樁周摩阻力 kPa 4 6 8 12 14 16 18 h 9 4m 國外幾種樁側(cè)阻力的取值方法 擠密作用與徑向應(yīng)力共同作用理論 I III II IV P Meyerhof樁基礎(chǔ)破壞模式 成拱作用理論 成拱作用模式 0 5倍樁徑 樁與土滑動(dòng)距離 P 上覆土約束區(qū) 由于成拱作用應(yīng)力集中 成拱作用影響區(qū) 成拱區(qū) 塑變區(qū) 壓縮區(qū) 虛底 實(shí)底樁側(cè)阻力分布的比較 不同端阻條件下樁載荷試驗(yàn)結(jié)果比較 退化效應(yīng)同標(biāo)高處樁側(cè)阻力隨樁入土深度增加而減小的現(xiàn)象 qs1 qs2 樁側(cè)阻力退化效應(yīng)示意圖 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)理論 均勻布樁導(dǎo)致碟形沉降均勻布樁導(dǎo)致筏板整體彎矩和沖切力增大箱筏承臺(tái)變形性樁因變剛度調(diào)平而改善 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)原理 三 復(fù)合地基 沉降控制復(fù)合樁基理論與技術(shù)前沿 1 理論的發(fā)展與創(chuàng)新 1 復(fù)合地基中的樁土相互作用理論 2 復(fù)合地基 樁 的上刺入與變形預(yù)測理論 3 樁土共同作用理論與復(fù)合樁基技術(shù) 4 上部結(jié)構(gòu) 地下結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)相互作用理論 5 數(shù)值模擬與可視化技術(shù) 6 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工技術(shù) 7 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì) 塑性支承樁理論與技術(shù) 8 高層建筑沉降變形預(yù)測與控制理論 復(fù)合地基中的樁土相互作用 樁的環(huán)向應(yīng)力圖 kafs 最大應(yīng)力點(diǎn)位置變化 由于墊層的存在 樁土發(fā)生了相互作用 土的壓縮和側(cè)向壓力的增加 夾持作用 提高了樁的側(cè)摩阻力 樁的存在提高了樁間土在樁的 有側(cè)限 作用下的承載力 可對(duì)復(fù)合地基承載力應(yīng)力復(fù)合式計(jì)算公式進(jìn)行修正 單樁承載力R值應(yīng)乘以1個(gè)大于1的系數(shù) 式中 1 2 1 6 1 1 2 樁的上刺入與負(fù)摩阻力問題 理論研究和現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果表明 柔性基礎(chǔ) 與剛性基礎(chǔ)下樁體復(fù)合地基的工作性狀有很大差別 在上部荷載作用下 樁周土體下凹 樁頂刺入褥墊層較多 樁側(cè)產(chǎn)生負(fù)摩阻斷且負(fù)摩阻力深度較大 在某一深度存在正負(fù)摩阻力轉(zhuǎn)換的 中性點(diǎn) 上刺入量和中性點(diǎn)位置的確定自由單樁與 樁 的比較 自由單樁側(cè)阻力分布 復(fù)合地基中樁側(cè)阻力 復(fù)合地基中 單樁在集中荷載Q作用下 考慮樁的負(fù)摩阻力 假定為三角形分布 其最大軸力 對(duì)于樁周基土 中性點(diǎn)以上土的壓縮變形為 中性點(diǎn)以下樁壓縮變形為 復(fù)合地基樁下刺入變形為 柔性基礎(chǔ)復(fù)合地基變形計(jì)算模型 S3 S1 S2 Pz P0 中性點(diǎn)位置的確定 令其中為樁承載力發(fā)揮系數(shù) 根據(jù)復(fù)合地基樁中性點(diǎn)處上下軸力相等關(guān)系 確定中性點(diǎn)的位置 即 令 解上式得中性點(diǎn)位置為 n0不仿定義為樁土應(yīng)力比特征值 或特征樁土應(yīng)力比 柔性基礎(chǔ) 條件下復(fù)合地基變形計(jì)算 柔性基礎(chǔ)大間距樁復(fù)合地基樁土分算傳統(tǒng)模式 復(fù)合地基變形示意圖 復(fù)合地基復(fù)合土層變形示意圖 墊層的壓縮變形S1一般很小 可忽略 復(fù)合土層的變形S2樁頂刺入墊層的刺入變形 S1樁身壓縮變形 S2樁刺入下臥土層的刺入變形 S3 復(fù)合土層下臥層變形S3S3由Pz按分層總和法按規(guī)范方法計(jì)算 柔性基礎(chǔ) 復(fù)合地基法 計(jì)算新建模型 忽略樁身壓縮量 上刺入量 考慮樁身壓縮量 上刺入量計(jì)算 S1也可采用倒置式方法 由 柔性基礎(chǔ) 與碎石土 墊層 組成的 人工地基 作為樁頂部的地基 采用彈性力學(xué)方法求解 中性點(diǎn)以下樁壓縮變形為 復(fù)合地基樁下刺入變形為 下臥土層附加應(yīng)力計(jì)算 采用 中性點(diǎn) 平面以下擴(kuò)散方法 設(shè)復(fù)合地基中性點(diǎn)位置處壓力P 復(fù)合地基基底附加應(yīng)力為 樁土共同作用理論與復(fù)合樁基技術(shù) 當(dāng)?shù)鼗脸休d力滿足荷載要求時(shí) 用樁控制地基變形 此時(shí)可按單樁極限承載力設(shè)計(jì)復(fù)合樁基當(dāng)?shù)鼗脸休d力不滿足荷載要求 多余荷載由樁基承擔(dān) 此時(shí)應(yīng)按疏樁理論設(shè)計(jì)復(fù)合樁基樁與土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載 樁承臺(tái)下土極限承載力的提高有利考慮復(fù)合樁基 欠固結(jié)土 靜壓樁引起超孔隙水壓力的粘性土地基不適合使用復(fù)合樁基 上部結(jié)構(gòu) 地下結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用理論 豎向荷載下的共同作用水平荷載下的共同作用地震荷載作用下的共同作用 上部結(jié)構(gòu) 地下結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)相互作用理論 支護(hù)結(jié)構(gòu)影響基底以下土附加應(yīng)力及變形提高上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 增強(qiáng)抗傾覆和抗滑移能力 以差異沉降控制為目的的變剛度設(shè)計(jì)理論 塑性支承樁技術(shù) 樁基的變剛度設(shè)計(jì)1 樁基的變剛度設(shè)計(jì)2 樁基的變剛度設(shè)計(jì)3 變剛度墊層與塑性支承 數(shù)值模擬與可視化技術(shù)數(shù)值模擬 科學(xué)計(jì)算可視化 科學(xué)計(jì)算可視化指的是應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖象處理技術(shù) 將計(jì)算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來 并進(jìn)行交互處理的理論 方法和技術(shù) 科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)的可視化 工程計(jì)算數(shù)據(jù)的可視化 如有限元分析的結(jié)果等 測量數(shù)據(jù)的可視化 如用于基坑工程監(jiān)測的墻體位移分析 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工 沉降后澆帶的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工 樁的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工 根據(jù)地基變形監(jiān)測 預(yù)測結(jié)果決定沉降后澆帶澆注時(shí)間 同一場地后建工程要汲取先建工程的經(jīng)驗(yàn) 數(shù)據(jù) 預(yù)制樁的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工 分層沉降與測斜儀同軸電纜電磁波反射技術(shù)監(jiān)測土體位移光纖傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行位移監(jiān)測水平向連續(xù)沉降測試技術(shù)GPS全球定位系統(tǒng) 常用變形監(jiān)測儀器 分層沉降儀 沉降標(biāo)安裝 測斜儀讀數(shù)儀 測斜儀讀探頭 測斜儀測量原理圖 同軸電纜電磁波反射技術(shù)監(jiān)測土體位移 三種光纖傳感器原理圖 BOTDR的應(yīng)變測量原理圖 SOFO光纖變形監(jiān)測系統(tǒng)組成 光纖傳感器健康監(jiān)測原理圖 剖面沉降儀 高層建筑復(fù)合地基變形預(yù)測與控制理論 復(fù)合地基變形的影響因素 復(fù)合土層土性及變形模量 不變 下臥土層的埋深 可變 土性及各土層變形模量 不變 周圍建筑與地面荷載 不變 支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)其產(chǎn)生的約束 不變可利用 地下水滲流及水位變化 不變可利用 樁的類型與樁土相互作用程度 可變可利用 樁體模量樁端土層的壓縮性及樁底虛土狀態(tài) 可變 基礎(chǔ)的尺寸及剛?cè)崽匦?可變 樁與樁間土的荷載分擔(dān)及樁間土附加應(yīng)力 可變 樁底土附加應(yīng)力 可變 土的動(dòng)荷反應(yīng)即土的動(dòng)力特性 可變 復(fù)合地基的應(yīng)力歷史與巖土工程的施工方法 可變可利用 變形預(yù)測理論模型 Pz l ss 樁土分算模式 整體模式 樁土分算模式 整體模式 按樁長徑比和間距確定采用 應(yīng)力擴(kuò)散法 假想實(shí)體法計(jì)算模型 復(fù)合土層應(yīng)力擴(kuò)散法 q qs qsik 假想實(shí)體法 變形預(yù)測數(shù)學(xué)新方法運(yùn)用 灰色系統(tǒng)理論 損傷力學(xué)方法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 復(fù)合地基變形控制技術(shù)與措施 采用剛性樁 提高樁間土變形模量 增加應(yīng)力擴(kuò)散角 控制樁底刺入量 減少下臥土層變形 人工智能控制變形 打樁施工與基坑工程施工對(duì)沉降變形的影響 基坑降水時(shí)間和方法 降水挖土順序 地下水滲流也將通過對(duì)孔隙水壓力和固結(jié)應(yīng)力的影響 影響著土的壓縮模量或變形模量和沉降量計(jì)算結(jié)果 先開挖后處理與先處理后開挖 基坑的回彈不同 對(duì)抗拔樁 承壓樁的承載力與變形影響有時(shí)較大 四 施工力學(xué) 環(huán)境巖土工程問題與對(duì)策 環(huán)境巖土工程 人類工程活動(dòng)與環(huán)境的關(guān)系和作用日益密切 與環(huán)境相關(guān)聯(lián)的巖土工程 地質(zhì)災(zāi)害 垃圾填埋等 巖土工程中的環(huán)境問題 CFG樁施工過程中的環(huán)境巖土工程問題靜壓樁施工中的環(huán)境巖土工程問題基坑開挖與支護(hù) 降水 地下工程施工黃土地基條件下的建 構(gòu)筑物損害可液化土地基條件下的建 構(gòu)筑物損害膨脹土地基條件下的建 構(gòu)筑物損害振動(dòng)施工對(duì)周圍土工環(huán)境的擾動(dòng) CFG樁施工引起的環(huán)境問題及對(duì)策 現(xiàn)象 周圍地面 建筑物下沉或開裂原因 動(dòng)水壓力引起流土鄭州粉土 砂土的剪切液化泵送砼引起孔隙水壓力上升 對(duì)策設(shè)置止水帷