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一:
<中央电视台新主楼基础设计>岩土工程学报2010/8第32卷增刊2王卫东等
摘要:
中央电视台塔楼结构重心高、荷载大且自身基地荷载分布很不均匀,塔楼与裙楼相邻部位的荷载差异悬殊,基础设计难度非常大,基础采用了桩、土与结构地板协同作用的理念进行计算,实现桩位布置、桩基受力、筏板厚度与分布的合理设计.塔楼采用了大直径的钻孔灌注桩,通过了桩端桩侧联合后注浆提高承载力减少变形,以两种桩端持力层的载荷试验为依据,减少桩长和造价并降低施工难度.采用非均匀的变刚度布桩和变厚度底板布置较好地满足了基础沉降倾斜和受力的要求.通过在主楼与裙楼之间筏板设置铰接构造,减少主楼与裙房之间基础内力.通过对基础沉降系统的监测,了解了基础变形性状并验证了计算方法.
本工程采用华东建筑设计院的”高层建筑底板沉降内力计算高精度有限元分析程序(PWMI)”是在考虑上部结构—基础底板—桩土协同作用分析理论的研究基础上,开发的实用基础设计计算软件.其总体思路如下:
采用PWMI软件,根据上部荷载及初步确定的桩位和筏板,计算基础沉降,底板弯曲内力和桩顶反力,由桩顶反力可进行各控制截面处的筏板抗剪切和抗冲切验算.基于上述初步计算,对桩位和基础布置进行调整后再次计算,直至各条件均满足要求.
步骤:
1桩基设计,桩基持力层选择.试桩结果与分析,最终选用第⑨层为持力层的B型桩.桩基设计。
2基础底板设计。
底板厚度与布置。
基础沉降与底板弯曲计算。
底板抗剪切计算。
底板抗冲切计算。
基础沉降实测,考虑了筏板自重产生的沉降,计算值与实测值表现出了一只的规律性。
二:
人工挖孔桩在山坡地区的应用
由于在山坡上不宜钻机进入,且钻机扰动较大,容易造成山体震动,而人工挖孔桩则较为经济.其优点单桩承载力高,有利于一柱一桩设计施工,桩长易控制,质量可靠.成空质,量易于保证,挖掘时可以用肉眼观察土质,桩底部易于扩底桩,施工场地要求不高,无噪音无振动不扰民,成空过程中相互作业影响小.
嵌岩人工挖孔桩的设计
(1)确定桩的长度和单桩承载力
(2)桩身构造(3)桩身配筋(4)现浇混凝土护壁
施工工艺:
放线定位开挖土方测量控制支设护壁模板灌注护壁混凝土钢筋笼的制作与沉放灌注桩身混凝土
中国铁建大厦工程主要施工技术
1工程概况
中国铁建大厦位于北京市海淀区复兴路40号院
内,是“世界500强企业”、国内最大的工程承包商———
中国铁建的办公大楼。
该工程为长方形单体建筑,框架
剪力墙结构;总建筑面积60708m2,其中,地下3层,建
筑面积20934m2,地上15层,建筑面积39774m2;采用
天然地基,筏板基础;抗震设防烈度8度。
基础底板混凝土强度等级为C40,竖向结构混凝
土强度等级为C30~C50,水平构件混凝土强度等级为
C30~C35,其中基础底板、地下室外墙、无上部结构的
地下室顶板均采用防水混凝土,抗渗等级为S8。
钢筋
采用HPB235级、HRB335级和HRB400级钢筋。
隔墙
采用加气混凝土砌块、MU7.5预拌水泥砂浆砌筑。
基坑
采用护坡桩+预应力锚杆+挡土墙技术支护。
地下室为车库及设备用房;地上1层为总部大堂
和两个下属单位大堂,第2、3层设有电视电话会议室、
贵宾会议室及多功能厅等房间,第4~10层为出租用
普通办公区,第11~15层为中国铁建自用办公区,设
有董事会会议室、贵宾接待室等各种不同装饰风格的
会议室,共计13个(见图1~图4)。
室外装饰主要为玻
璃幕墙及干挂石材幕墙。
工程实际投资3.5亿元。
2工程技术难点与新技术应用情况
2.1技术难点
1)基坑开挖面积8360m2,深度16.4m,采用混凝土灌注桩进行边坡防护;地下室外墙距离南侧军用电缆沟仅6m,距离北侧市政热力管网7.5m,且地处长安街延长线,深基坑支护工艺要求高。
以及主体结构、外部装修、设备管道铺设和室内装修及机电工程系统多等技术难题。
然后介绍了新技术的应用
3主要施工技术
3.1施工测量中包括平面控制网测设和高程控制网测设
3.2劲钢结构安装技术
3.3屋面工程
4工程质量情况
变刚度桩筏基础工作性状和设计方法研究
本文在以往众多学者研究成果的基础上,进行了以下几方面的工作:
(1)对桩筏基础设计基本理论进行了归纳与总结,指出了不同计算方法的优缺点。
(2)依托某高层框剪结构一桩筏基础的大比尺现场模型试验资料,分别建立5个柔性筏板下不同布桩方式桩筏基础的计算模型进行数值模拟计算分析,研究变刚度桩筏基础的工作性状,发现桩筏基础的沉降变形特性随布桩方式的变化而变化,对相对柔性的桩筏基础,增加核心区的布桩长度,可以有效降低其沉降的最大值、沉降差,得出变桩长变桩距的布桩方式是相对合理的布桩方式,可以达到沉降变形调平的目的;另外,从所用桩的体积来看,经济上也是合理的;(3)在得出相对合理布桩方案的基础上再建立5个不同筏板厚的的桩筏基础的计算模型,进一步研究筏板的板厚对筏板沉降变形的影响,发现存在一个相对合理的板厚可以使桩筏基础的平均沉降量和差异沉降变形最小。
对实际工程有一定的指导作用
2.1.2桩土共同作用理论分析与计算方法
桩土系统的理论分析与计算可以分为:
荷载传递法、弹性理论法、剪切位移法、
有限元法等,下面分别对这几种方法作简要介绍。
一、荷载传递法
荷载传递法最早由Seed和Reese提出,它将桩离散成许多单元,每一个单元用
一个非线性弹簧连接起来,表示该处桩与地基的联系,用荷载传递函数表示“弹簧”
的应力应变关系,荷载传递函数即桩身截面位移与桩侧摩阻力之间的关系。
单桩的
传力过程为:
当竖向荷载作用到单桩桩顶时,桩身受到压缩而产生相对于土的向下
位移,单桩所受的荷载通过桩侧摩阻力向桩间土传递,使桩间土产生压缩。
由于荷
载向桩周围土体的传递,桩身荷载和桩身压缩量随着桩深度的增加而减小。
桩所受
荷载增加时,桩侧摩阻力逐渐加大,桩和桩间土的相对位移逐渐增大,桩端承担的
荷载也相应逐渐增大。
当单桩桩侧摩阻力达到极限荷载时,若继续增加荷载,这时
增加的荷载将主要由桩端阻力承担。
由于桩端持力层的大量压缩,位移增长速度显
变刚度桩筏基础工作性状和设计方法研究
著增大,直至桩端阻力达到极限,位移迅速增大而破坏,此时桩所承受的荷载就是
极限荷载。
荷载传递法有利于深入了解和研究桩的受力机理,它不像剪切位移法那
样只局限于线弹性传递函数,摩阻力和位移的关系只能从弹性理论导出,荷载传递
法则适用于较复杂的传递函数,特别是非线性函数。
基于荷载传递函数建立起来的
荷载传递法适用于单桩受力机理的分析,这种方法己经比较完善。
二、弹性理论法
弹性理论法是以Poulos为代表的,Poulos和Davis等人自从六十年代起,以弹
性理论为基础,根据桩形状分析方法作了大量的研究。
这些方法的共同特征都是以
弹性介质理论模拟桩周土的性状,并且都使用了半无限体的Mindlin解。
弹性理论
法的基本假定是:
桩插在一个理想均匀、各向同性的弹性半空间内,土体中的弹性
模量E和泊松比,不因桩的存在而发生变化。
Poulos在分析群桩相互作用时存在着如下缺陷:
1)Poufos将两根桩的分析结果通过引入“共同作用系数”而扩展到群桩中去。
然而,所有的桩之间是相互影响,相互制约的,两根桩的相互作用必然受到其它桩
的影响。
因此,从严格意义上说,Poulos的群桩共同作用方法并不服从应力叠加原
理,从理论上是不严格的,也不能求出土体中的应力场。
2)Poulos在分析两根桩的共同作用系数时,应用了对称性假定,即两根桩完全
相同,对称受力,因而无法考虑桩端和处在不同地层中桩的相互作用问题。
基于以上两点缺陷,有必要对群桩相互作用的受力状态进行深入的研究和提出
更严格的理论,使用更广泛的方法。
Hain.S.Ji和Lee.I.K于1978年提出了一种分析
桩基的计算方法。
将筏板视作一理想的柔性承台,桩为可压缩的摩擦桩,土体为连
续体,将筏板离散成m个单元,得出m个方程,并用此法对两座桩筏基础建筑进
行了分析,其结果与实际结果较为接近。
1971年,Buterfield.R和Bune巧ee.P.K对任意形状刚性承台,并带有任意分布桩
的基础进行了弹性分析。
假设底面光滑,将承台离散成m个单元,桩侧和桩端离散
成n个单元,建立边界上力与变形的协调方程。
利用Mindhn积分公式求解,求解
中考虑了桩的长径比、承台尺寸和桩土模量比等因素的影响。
结果表明:
桩间土参
与工作可以明显地提高桩基的承载力和系统的刚度,当长径比L/d=20礴0时,桩间
土可分担20%一60%的荷载,系统刚度可提高5%一15%。
以上两种方法,都是将桩台系统离散化,利用Mindlin公式积分,建立基础沉
降与界面应力的线性方程组,然后求解方程组。
这些方法从理论上说明承台能够把
一部分荷载传递到桩间土,考虑了土体的连续性和群桩中桩与桩之间的相互影响,
为以后进一步深入研究提供了可能,对于深入认识桩土共同工作的机理有着重要作
用。
但这些方法由于把地基视为理想弹性,没有反映土的非线性应力应变关系,无
法解释承台脱空和地基变形的塑性发展等复杂的问题,与实际情况出入较大。
同时,
这些方法在对群桩进行分析时也过于复杂,分层计算就更加困难。
三、剪切位移法
剪切位移法将桩身和桩底变形分别计算,对于桩身部分,由于桩上荷载的扩散作用,使周围土体发生剪切变形。
而桩底部分,则按一般弹性理论方法计算变形,
然后考虑两个变形的相容条件,求解桩的轴力、位移等。
桩周土在荷载作用下的变
形可以理想的视为同心圆柱体,从圆柱体内取一微分体,根据轴对称弹性理论的平
衡微分方程、几何方程和物理方程,地表下任意深度Z处竖向位移可以用相应公式
表示。
对于群桩的分析,与弹性理论法一样,从两根桩的情况出发扩展到群桩。
减少
计算工作时间,在桩长方向采用解析法。
建立群桩桩顶的柔度矩阵对群桩进行分析
计算。
剪切位移法实际上是一种发散型的扩散模式,在数学上是不合理的;即使是纯
弹性体表面集中力向内部扩散时,由于剪力滞后的原因总是沿着一个扩散角向内扩
散,不可能从表面开始就完全横向传播,何况是土这样的材料;其次,地基是半无
限体,任何荷载最终必然要传到下层土体中,截取其中的某一土层而不考虑下层土
体提供的反力,从而夸大了土的剪切模量而减少了极限摩阻。
四、有限元法
有限元法是数值分析中最为成熟的一种离散方法,它不仅可以解决线弹性问
题,而且还可以很方便地用于非匀质、非线性问题的分析,同时还能考虑时间效应
及动力效应等诸多影响因素,在土与结构物的相互作用问题中得到了广泛的应用。
由于桩土相互作用的问题影响因素众多,分析起来十分复杂,而且桩、土的应力变
形具有非线性特征,应用有限元法求解是一条很好的途径。
随着计算机的快速发展,
有限元法在岩土工程中得到了广泛的应用。
有限元法在桩土相互作用的研究中发展很快,总的发展趋势是由弹性向弹塑性
发展,由二维向三维发展,考虑尽可能多的影响因素,与实际情况更加符合。
但是,
至今尚存在一些不足之处,主要是计算模型的选取,计算参数的确定及桩土界面的
模拟单元等问题未得到很好的解决,计算结果与实测结果尚有一定距离,需进行不
断的改进与完善。
用有限元法求解桩基工程问题,人们常常遇到计算精度与计算费
用之间的矛盾,由于处理的问题一般为三维非线性问题,有些工程实际问题能够用
有限元法解决,但昂贵的计算费用又使研究人员望而却步。
因此,能定量评价、误差小并且计算速度快的有限元软件的开发是有限元法能否在岩土工程中应用的关键。
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