【名企】復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法與案例討論2022

復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法與案例討論李偉強(qiáng)北

京

市

建

筑

設(shè)

計(jì)

研

究

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有

限

公

司BEIJING

INSTITUTE

OF

ARCHITECTURAL

DESIGN北京土木建筑學(xué)會巖土工程委員會2022年3月地基基礎(chǔ)與地下工程研究所（SES：Soil

Engineering

Services）專注于“地基與基礎(chǔ)”及“巖土與結(jié)構(gòu)”相互作用的科學(xué)研究，專業(yè)理論扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，致力于復(fù)雜地基基礎(chǔ)工程難題。地基與基礎(chǔ)的研究方向與核心技術(shù)領(lǐng)域：李偉強(qiáng)所長正高級工程師注冊土木工程師（巖土京土木建筑學(xué)會理事、巖土工程委員會

秘書長中國土木工程學(xué)會土力學(xué)及巖土工程分會青年委員中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會地下空間分會

理事

地基與結(jié)構(gòu)相互作用（SSI）技術(shù)研究

沉降后澆帶優(yōu)化咨詢

巖土工程數(shù)值分析工程咨詢

深基坑與相鄰建筑相互影響分析評估

變形控制的復(fù)合地基設(shè)計(jì)與優(yōu)化

超高層建筑樁筏精益設(shè)計(jì)與優(yōu)化

復(fù)雜地質(zhì)條件建筑地基基礎(chǔ)優(yōu)化咨詢

采空區(qū)建筑抗變形設(shè)計(jì)咨詢巖土地基分會

理事

巖土與結(jié)構(gòu)整體抗震計(jì)算分析匯報內(nèi)容一、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的目的二、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的方法三、復(fù)合地基幾個問題討論四、沉降控制復(fù)合地基計(jì)算方法五、復(fù)合地基工程案例匯報內(nèi)容一、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的目的二、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的方法三、復(fù)合地基幾個問題討論四、沉降控制復(fù)合地基計(jì)算方法五、復(fù)合地基工程案例基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要目的考慮上部結(jié)構(gòu)的類型地基土的性質(zhì)地下水位情況地基承載力經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)形式保證建筑不發(fā)生過量的沉降和傾斜滿足正常使用要求可能的沉降基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要環(huán)境影響因素地下構(gòu)筑物及地下設(shè)施的位置、標(biāo)高鄰近建筑的基礎(chǔ)狀況不能影響其正常使用地基基礎(chǔ)主要類型天然地基

復(fù)合地基

樁基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)（梁板、平板）獨(dú)立基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)復(fù)合地基解決什么問題承載力不滿足要求？沉降不滿足要求？承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)我們更關(guān)心差異沉降傾斜影響正常使用開裂p

≤

fk

a基礎(chǔ)底面處的平均壓力值不大于修正后的地基承載力特征值建筑物的地基變形計(jì)算值，不應(yīng)大于地基變形允許值。匯報內(nèi)容一、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的目的二、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的方法三、復(fù)合地基幾個問題討論四、沉降控制復(fù)合地基計(jì)算方法五、復(fù)合地基工程案例復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ

79-2012《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》GBT50783-2012計(jì)算流程承載力計(jì)算復(fù)合地基沉降計(jì)算計(jì)算要求R??????

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=Essps?????承載力變形滿足要求滿足要求不是單體建筑不是獨(dú)立基礎(chǔ)需要重點(diǎn)考慮高低層的差異沉降，以控制差異沉降為主要目的不設(shè)高低層的后澆帶或提前澆灌后澆帶高低層建筑荷載差異巨大、沉降控制是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)一般高層建筑與裙房或地下車庫座在同一大底盤基礎(chǔ)上，建筑結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)荷載不均勻、對沉降變形敏感、高層建筑和純地下室部分荷載相差懸殊的特征，對地基承載力、地基變形及地基的整體穩(wěn)定性提出了十分嚴(yán)格的設(shè)計(jì)控制要求。高低層建筑荷載差異巨大、沉降控制是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)結(jié)合基礎(chǔ)剛度、地基土層非線性應(yīng)力應(yīng)變特性及施工過程的影響進(jìn)行深入的上部結(jié)構(gòu)—基礎(chǔ)—土共同作用分析，通過對地基基礎(chǔ)沉降與差異沉降的計(jì)算分析結(jié)果，優(yōu)化布樁（復(fù)合地基CFG

樁或

鉆孔灌注

樁）

與筏板（承臺）方案，減小筏板差異沉降，并降低筏板（承臺）內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工處理措施，解決高低層建筑的地基變形協(xié)調(diào)問題。抗浮水位高、抗浮設(shè)計(jì)方案需要重點(diǎn)關(guān)注抗浮設(shè)計(jì)中可采用的抗浮措施有結(jié)構(gòu)配重、抗拔樁、抗浮錨桿等。結(jié)構(gòu)配重適用于抗浮荷載不太大的情況；當(dāng)浮力較大時一般采用抗拔樁和抗浮錨桿等構(gòu)件抗浮。此外不同的抗浮措施對上部結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一定的影響，例如對高、低層間的差異沉降和結(jié)構(gòu)底板內(nèi)力的分布等，從而影響工程造價和建筑物的使用功能?？垢∷桓?、抗浮設(shè)計(jì)方案需要重點(diǎn)關(guān)注抗拔樁與抗浮錨桿的經(jīng)濟(jì)對比是一個系統(tǒng)工程，它不僅包括抗拔樁和抗浮錨桿本身工程量的大小，還包括施工成本、施工周期成本、基礎(chǔ)形式和尺寸變化帶來的節(jié)約或支出?，F(xiàn)有抗浮錨桿相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，抗拔承載力計(jì)算、安全系數(shù)、主筋配筋及檢測要求，各規(guī)范互不協(xié)調(diào)，給設(shè)計(jì)及施工帶來很大困擾。尤其是《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ476-2019出臺后，抗浮錨桿的設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格，設(shè)計(jì)紛紛改用抗浮樁的方案。為此已立項(xiàng)國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《建筑結(jié)構(gòu)抗浮錨桿》期望通過吸收各方意見、整合相關(guān)規(guī)范，作為未來抗浮錨桿設(shè)計(jì)和施工的依據(jù)。按變形控制進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，保證工程安全按變形控制是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要原則，特別是對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多高層建筑，高低層建筑大底盤基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式，荷載集度差異懸殊，與相鄰建筑地基基礎(chǔ)相互影響，與鄰近深基坑開挖相互影響等復(fù)雜工況的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，地基與結(jié)構(gòu)相互作用分析與詳細(xì)的沉降計(jì)算是必需的，數(shù)值分析計(jì)算成果可作為工程判斷的重要依據(jù)，模型參數(shù)確定是數(shù)值分析計(jì)算中的關(guān)鍵問題。按變形控制進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，保證工程安全復(fù)合地基優(yōu)化地基變形控制設(shè)計(jì)原則減少高層建筑總沉降量、差異沉降協(xié)調(diào)為主控設(shè)計(jì)原則變剛度調(diào)平技術(shù)抗浮優(yōu)化結(jié)構(gòu)抗浮聯(lián)合抗浮CFG抗浮錨桿CFG

抗浮樁地基方案優(yōu)化方案設(shè)計(jì)院地基方案一般作法按變形控制進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，保證工程安全通過對地質(zhì)條件、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行分析，應(yīng)用巖土工程數(shù)值計(jì)算軟件，可以很好的模擬各工況下建筑基礎(chǔ)的變形和內(nèi)力情況?？捎?jì)算出基礎(chǔ)沉降量、主裙樓差異沉降，樁頂荷載，筏板內(nèi)力等數(shù)據(jù)，為地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供有效依據(jù)。匯報內(nèi)容一、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的目的二、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的方法三、復(fù)合地基幾個問題討論四、沉降控制復(fù)合地基計(jì)算方法五、復(fù)合地基工程案例復(fù)合地基設(shè)計(jì)的依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

巖土工程提出的承

勘察報告載力和變

提供的巖形的要求

土參數(shù)CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)變形要求如下：400kPa1.

地基處理后塔樓的基礎(chǔ)沉降值不大于50mm；600kPa2.

傾斜率不大于0.0015；3.

塔樓外圍柱基與相鄰裙樓柱基的沉降差不大于0.002L（L為相鄰柱基的中心距離）。23.70±0.000板底標(biāo)高10.8323.70±0.00板底標(biāo)高10.8323.70±0.000板底標(biāo)高10.8323.70±0.000板底標(biāo)高10.83附件一

主體設(shè)計(jì)單位需提供的設(shè)計(jì)依據(jù)資料清單工程名稱建設(shè)單位設(shè)計(jì)單位聯(lián)系人及聯(lián)系方式聯(lián)系人及聯(lián)系方式序號資料名稱包含基本信息用途用于地基處理范圍定位，確定地基基礎(chǔ)側(cè)限條件1建筑總平面圖建筑物定位坐標(biāo)、室內(nèi)地坪±0標(biāo)高等基底標(biāo)高、地基承載力要求、地基穩(wěn)定性要求、液化處理要求、地基變形控制指標(biāo)等用于確定地基處理范圍，確定地基處理設(shè)計(jì)達(dá)到的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)23基礎(chǔ)平面圖和剖面圖用于地基處理的變形計(jì)算、承載力驗(yàn)算、穩(wěn)定性驗(yàn)算、處理方案的具體設(shè)計(jì)荷載分布圖或文字說明

基底處準(zhǔn)永久荷載組合周圍既有建（構(gòu)）筑物、地下管線等環(huán)境因素類型、形態(tài)以及與擬建工程位置關(guān)系

用于確定地基處理方案和施工工藝等地形圖、地下管線圖以及其他周圍環(huán)境資料45其他需要說明的要求場地平整、不同結(jié)構(gòu)施工順序說明等明確地基基礎(chǔ)側(cè)限條件項(xiàng)目結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)人簽字（簽名）

日期：問題結(jié)構(gòu)工程師提的是否合理地勘報告的參數(shù)是否合理最優(yōu)、最合理地基基礎(chǔ)方案天然地基

復(fù)合地基

樁基礎(chǔ)地基方案選?

復(fù)合地基選擇要根據(jù)土層型更重要

特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)共同考慮詳細(xì)的計(jì)算輔助進(jìn)行綜合判斷?

以差異沉降控制為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，變形計(jì)算為重點(diǎn)匯報內(nèi)容一、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的目的二、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的方法三、復(fù)合地基幾個問題討論四、沉降控制復(fù)合地基計(jì)算方法五、復(fù)合地基工程案例《巖土工程的工作方法》，張?jiān)诿鲙r土-結(jié)構(gòu)相互作用精細(xì)化仿真數(shù)值計(jì)算CBD

Z15（中國尊）PLAXIS是用于巖土工程的變形、穩(wěn)定性以及地下水滲流等問題的通用有限元系列軟件。它計(jì)算功能強(qiáng)大、運(yùn)算穩(wěn)定、界面友好，是解決現(xiàn)在與未來復(fù)雜巖土工程問題的專業(yè)計(jì)算分析工具。PLAXIS系列軟件擁有強(qiáng)大的本構(gòu)模型，可用于精確模擬土的力學(xué)特性，模型的參數(shù)也充分符合巖土工程的實(shí)踐應(yīng)用，并可采用板、樁、錨桿和其他構(gòu)件對土體結(jié)構(gòu)和相互作用進(jìn)行精確模擬。為結(jié)構(gòu)-地基-基礎(chǔ)共同作用分析提供了很好的工具。巖土-結(jié)構(gòu)相互作用精細(xì)化仿真數(shù)值計(jì)算Zsoil

三維巖土工程有限元軟件是由瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（SwissFederalInstitute

ofTechnology

in

Lausanne）開發(fā)的，此巖土數(shù)值軟件提供了解決土力學(xué)和巖石力學(xué)、地下結(jié)構(gòu)、基坑開挖、土—結(jié)構(gòu)相互作用、地下水、地震動力和溫度分析的統(tǒng)一方法?；诙嚆@孔地層數(shù)據(jù)精細(xì)模擬計(jì)算結(jié)構(gòu)單元豐富，可進(jìn)行地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)共同作用分析基于單元庫中的“SHELL”“BEAM”“PILEINTERFACE””PILE

TIPINTERFACE””CONTACT”等庫存單元，可以精細(xì)模擬超高層基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)大的巖土本構(gòu)模型庫，計(jì)算結(jié)果符合工程實(shí)際?

莫爾-庫倫（M-C）模型?

德魯克-普拉格（D-P）模型?

鄧肯-張（Duncan-Chang）模型?

蓋帽（D-P-Cap）模型?

修正劍橋（MCC）模型?

硬化土（HS）模型和小應(yīng)變硬化土（HSS）模型?

ECPHujeux模型?

成層節(jié)理（Multi-lamina?

霍克-布朗（Hoek-Brown?

混凝土老化（AgingConc?

多種蠕變模型1)

勘察報告提供的地基承載力參數(shù)、變形計(jì)算參數(shù)、抗浮水位與地基基礎(chǔ)方案關(guān)系密切，直接影響工程的投資與工期；對地勘巖土工程參數(shù)校核分析，保證設(shè)計(jì)方案的合理性、安全性與經(jīng)濟(jì)性；2)

根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件特點(diǎn)，對樁基施工工藝、持力層選擇進(jìn)行詳細(xì)比選，確定最優(yōu)基礎(chǔ)形式；3)

按變剛度設(shè)計(jì)理念優(yōu)化復(fù)合地基或樁基，通過調(diào)整地基剛度或基礎(chǔ)剛度，達(dá)到減少主樓沉降，最終減小主裙樓差異沉降的目的，尋找最優(yōu)方案；4)

詳細(xì)對比抗拔樁、抗浮錨桿、壓重等被動抗浮措施優(yōu)缺點(diǎn)，對本工程可采用抗浮方案進(jìn)行比選，研究新工藝、新方法（如擴(kuò)大頭預(yù)應(yīng)力錨桿、聯(lián)合抗浮措施）在本工程應(yīng)用的可能性，與差異沉降控制同時考慮，做到總體設(shè)計(jì)方案最優(yōu)；基礎(chǔ)的變形抗浮設(shè)計(jì)措施沉降后澆帶有效性復(fù)合地基設(shè)計(jì)方案5)

進(jìn)行地基-基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用分析，通過按變形控制方法校核地基基礎(chǔ)方案，為設(shè)計(jì)提供優(yōu)化意見及建議；6)

通過變形控制計(jì)算，優(yōu)化或取消沉降后澆帶，節(jié)約工期和造價。地基基礎(chǔ)協(xié)同作用計(jì)算分析高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)分析高低層建筑荷載差異巨大、差異沉降控制是重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)校核地基巖土參數(shù)，進(jìn)行天然地基可行性評價抗浮水位高、抗浮設(shè)計(jì)方案需要重點(diǎn)關(guān)注按變形控制進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，保證工程安全優(yōu)化沉降后澆帶，節(jié)約工期匯報內(nèi)容一、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的目的二、復(fù)合地基設(shè)計(jì)的方法三、復(fù)合地基幾個問題討論四、沉降控制復(fù)合地基計(jì)算方法五、復(fù)合地基工程案例復(fù)合地基改天然地基本工程位于北京市朝陽區(qū)，地上由A座24層寫字樓、B座11層寫字樓、C座4層商業(yè)裙房組成，地下3層，各部分地下室相互連通且位于同一底板上，整個地下室，包括基礎(chǔ)不設(shè)永久縫。天然地基承載力為180kN/m2復(fù)合地基選型土的性質(zhì)，即天然條件下土的承載力雜填土土層分布極不均勻上部結(jié)構(gòu)對沉降要求嚴(yán)格現(xiàn)狀主體結(jié)構(gòu)

層地鐵既有維護(hù)復(fù)合地基優(yōu)化23.70±0.000板

底標(biāo)高

10.8323.70±0.00板

底標(biāo)高

10.8323.70±0.000板

底標(biāo)高

10.8323.70±0.000板

底標(biāo)高

10.8323.80±0.000板底標(biāo)高10.8323.80±0.00023.80±0.000板底標(biāo)高10.83板底標(biāo)高10.83設(shè)計(jì)對策：

改梁板式筏基為平板式，增加基礎(chǔ)剛度

變剛度沉降控制復(fù)合地基設(shè)計(jì)

進(jìn)行地基基礎(chǔ)協(xié)同作用分析

考慮結(jié)構(gòu)剛度的抗浮設(shè)計(jì)計(jì)算

取消抗拔樁、抗浮錨桿

把設(shè)計(jì)采取抗浮措施的取消

把設(shè)計(jì)采取樁基優(yōu)化復(fù)合地基優(yōu)化取消沉降后澆帶C座B座

13F/B5F

H=71m

13F/B5F

H=71mA座

17F/B5F

H=80m智能環(huán)智能環(huán)C座典型地質(zhì)剖面（南向北）B座A0602017技0602017技0602017技0602017技0602017技0602017技0602017技0602017技0602017技0602017技060151626.56171819202122232425262726.4626.6826.2326.7226.9526.7626.6026.5826.2725.9826.1326.16裙房基底標(biāo)高-24.20m（2.80m）⑤粉質(zhì)粘土⑥細(xì)砂⑦粉質(zhì)黏土⑧粉質(zhì)黏土-黏質(zhì)粉土⑨粉質(zhì)黏土-黏質(zhì)粉土1.

主樓最終最大沉降量不大于50mm；2.

主樓筏板基礎(chǔ)的整體撓度值不大于0.05%；3.

主樓與相鄰的裙房柱的差異沉降不大于跨度的0.1%；4.

建筑整體傾斜不大于0.0020《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB

50007-2011，8.4.22等△s≤

0.1％ls

≤50mm△/L≤

0.05％max結(jié)構(gòu)板厚2.0m筏板基礎(chǔ)厚度C座B座結(jié)構(gòu)板厚1.8m結(jié)構(gòu)板厚1.1m結(jié)構(gòu)板厚1.1m結(jié)構(gòu)板厚1.8mC座B座A座抗拔樁結(jié)構(gòu)板厚0.7m結(jié)構(gòu)板厚1.3m結(jié)構(gòu)板厚2.0m結(jié)構(gòu)板厚2.0mA座B座C座A座粉質(zhì)黏土⑤大層細(xì)砂⑥層抗拔樁抗拔樁粉質(zhì)黏土⑦大層CFG樁復(fù)合地基粉質(zhì)黏土⑧大層粉質(zhì)黏土⑨大層-500.000.00-321-320-131-52-141-1608根/抗浮單元7根/抗浮單元500.001000.001500.002000.002500.003000.008根/抗浮單元7根/抗浮單元筏板彎矩對比210237208291362298216294361284206234208234380382228208241287351384328460571494382483579463320381360290489485293229306292486488289367377325453570481388485577457328379367294463457290202243240377374236200618248559595283576542211599549151469574197487519241528485188570590200493528251527490