1、1超长混凝土结构的无缝设计信息产业电子第十一设计研究院有限公司黄以庄摘要 超长混凝土结构在电子、通信、生物医药行业的厂房结构中得到广泛应用。由于高洁净及防微振的要求，厂房不得设缝，因此超长混凝土结构的无缝设计已成为工程中必须解决的重要课题。基于大量的工程实践，通过对超长混凝土结构进行温度应力计算，采用膨胀剂补偿混凝土收缩并形成自压应力，以膨胀带取代后浇带，并采取有效的配筋构造措施，同时配合以严格的施工技术管理，成功地实现了超长混凝土结构的无缝设计。本文所述超长混凝土结构厂房己服役多年,使用效果良好。因此，本文可供有关设计人员参考。关键词 超长混凝土结构 无缝设计 混凝土收缩 控制缝混凝土是一种
2、脆性材料，极小的拉应力或受拉应变即可引起裂缝，因此混凝土结构的裂缝问题是其工程应用中的难题。产生混凝土结构裂缝的原因十分复杂，对于荷载作用下结构承载受力裂缝的控制，设计规范已有明确规定。但对于温度变化、混凝土收缩以及强迫位移在混凝土结构中引起的间接裂缝，由于影响因素太复杂难以定量计算，只能采取构造措施加以控制。例如，限制混凝土结构伸缩缝的最大间距，并在容易开裂的部位配置构造钢筋等。随着经济发展和技术进步，近年超长混凝土结构日渐增多。特别在电子、通信、生物医药行业，由于生产环境的超洁净条件及防微振要求，厂房必须高度密闭，甚至长达 200m 的混凝土结构也不允许设置伸缩缝。这已远远超出了结构设计规
3、范的限值，给设计者带来了超长混凝土结构无缝设计的难题。十多年来，我院承担了多项微电子、光纤通信和生物医药厂房超长混凝土结构的设计，均取得了成功。例如，上海华虹微电子工程 3 层框架结构，长 172m 未设缝；武汉长飞扩建工程 26 层框架结构，塔楼总高 30m，长 132m 未设缝；武汉邮电科学研究院产业大楼 45 层框架结构，总高 29.2m，长 240m，宽 120m，只在纵向设了 2 条伸缩缝；MoTorola 北京新园区地下室，长度 320m，未设缝；成都 INTEL厂房，框架结构，长度 196m，未设缝；。这些工程建成投产以后，正常使用至今未发现明显的裂缝。总结成功经验，简介如下：1
4、 进行温度应力计算(1) 计算混凝土的水化热温升2(1)1WQTC式中，T 1混凝土的水化热温升 ()；结构散热影响系数，多维散热（墙板、楼板、梁）取 0.3；一维散热（底板）取 0.50.6；W每立方混凝土的水泥用量(kg/m 3)；Q水泥 28d 龄期的水化热，取决于水泥标号， 425525 号普通硅酸盐水泥，取 340380 kJ/kg，425525 号矿渣水泥，取 250290 kJ/kg；UEA 膨胀剂，取 240250 kJ/kg；C混凝土比热，取 0.96 kJ/(kg)；混凝土体积密度，取 2400 kg/m3。根据(1)式计算，多维散热时，普通硅酸盐水泥混凝土的水化热温升约为
5、1619。(2) 根据温度变化计算框架柱顶位移(2)c12()Tl式中， 柱顶侧位移(mm)；c混凝土线膨胀系数，取 1.010-5/；环境平均温差() ；2T纵向构件长度，计算框架、排架平面外的纵梁时取为柱距(mm) 。l(3) 计算柱顶位移产生的温度内力(3)cNK(4)3cEJH式中， 温差造成的柱顶推力(N)；Kc柱的侧向抗推刚度(N/mm)；混凝土的弹性模量(N/mm 2)；柱的截面惯性矩(mm 4)；J柱的计算长度(mm)。c根据(3)式求得的温度内力，可以调整纵梁因此而需增加的纵向钢筋。同时纵梁的伸缩产生的推力作用于柱顶，还会在柱中产生附加剪力和弯矩，也应适当加强柱的配筋。例题一
6、：单层厂房排架结构长 L = 120 m ，柱高 H = 10 m，柱距 l =7.5 m，C30钢筋混凝土柱，截面 600mm600mm，柱顶设通长纵向混凝土梁，截面300mm600mm，求温差产生的柱顶位移和纵向梁的温度内力以及柱顶侧向推力。柱截面惯性矩： = 6006003 /12= 10.8109 mm4J混凝土弹性模量： = 3.0104 N/mm2cE柱侧向抗推刚度：K c = 33.010410.8109/100003 = 972 N/mm2 取水化热温升： = 181T3当地气温平均温差： = 202T总的温度差： = 381单柱柱顶侧位移： = 1.010-5387500 =
7、 2.85 mmc单柱顶部侧向推力及纵梁轴力： = 9722.85 =2.77 kNN由此累积的各柱顶位移、柱顶侧向推力及纵梁轴力如表 1 所示。表 1 单层厂房排架结构的温度效应构件编号 A B C D E F G H柱顶侧位移(mm) 2.85 5.70 8.55 11.40 14.25 17.10 19.95 22.80柱顶侧推力(kN) 2.77 5.54 8.31 11.08 13.85 16.62 19.39 22.16纵梁轴力(kN) 99.72 96.95 91.41 83.10 72.02 58.17 41.55 22.16温度变化引起的柱顶位移、对柱顶的侧向推力及纵梁轴向力
8、分布如图 1 所示。OABCDEFGH BCDEFGH2.85.71.4257.192.8.578.14.25719.28(a) 柱顶位移(单位：mm) OABCDEFGH BCDEFGH2.169.31623.851.0835.42.70 2.169.31623.851.0835.42.7（b）柱顶的侧向推力(单位： kN)OABCDEFGHCDEFGH9.72651.483072.541.6.9651.483072.541.60（c）纵梁的轴向内力(单位：kN)图 1 温度变化引起的位移及内力分布2 采用膨胀剂补偿混凝土收缩2.1 膨胀混凝土的补偿收缩原理利用膨胀剂在硬化过程中的体积增大，
9、在钢筋和周边结构的约束下使混凝土受压以补偿收缩。例如 UEA 或其他膨胀剂能使混凝土在体积膨胀受限的条件下会产生0.20.6 N/mm2 的受压自应力，这一受压作用可抵消混凝土由于收缩产生的受拉应4变，从而控制裂缝。UEA 是由硫酸铝盐熟料、明矾石和石膏共同粉磨而成的膨胀剂，其与水泥中的Ca(OH)2 反应生成可膨胀的钙矾石 ( C3A3CaSO432H2O )使混凝土产生适度膨胀。有关试验表明，在充分保水养护条件下掺 UEA 的混凝土早期体积膨胀，14d 后基本稳定，对钢筋无锈蚀，耐酸、碱性能和碳化性能与普通混凝土基本相同。其它膨胀剂的原理基本相同。设计超长混凝土结构时，可在结构收缩应力最大
10、的薄弱部位设置膨胀带，浇筑大掺量 UEA 的膨胀混凝土以补偿收缩。在膨胀带两侧用小掺量 UEA 混凝土给予较小的膨胀应力补偿，以控制整个结构混凝土的收缩变形，避免引起裂缝。2.2 膨胀混凝土的自压应力计算混凝土的微膨胀受到钢筋的约束，造成钢筋受拉而混凝土受压。由两者平衡可以计算混凝土的自压应力。(5)sccAE式中， 混凝土的自压应力(N/mm 2)；c混凝土截面积(mm 2)；钢筋截面积(mm 2)；s钢筋弹性模量(10 5 N/mm2)；E钢筋的伸长率，即混凝土的限制膨胀率(%)。s2.3 应用膨胀混凝土的措施(1) 结构长度大于 70（净化厂房） 90m（一般厂房）时，在中部（梁板应力集
11、中处或梁板跨中）设置膨胀带，间距 4050m，宽度 2000mm。带内 UEA 掺量1415% （膨胀率约 4610 -4） ，带外 UEA 掺量 812%（膨胀率约 2310 -4） ，等量取代水泥，对裂缝有严格要求时，取上限。带内钢筋贯通并配置加强筋，加强筋面积为受力主筋的 1/2，混凝土强度提高一级。施工时混凝土浇灌顺序为：由两侧向膨胀带推进，最后连续浇筑膨胀带。(2) 结构长度小于 70（净化厂房） 90m（一般厂房）时，设置后浇带解决施工中的温度应力问题。后浇带间距 3040m，宽度 8001000 mm。钢筋贯通并配置加强筋，加强筋面积为受力主筋的 1/2。混凝土强度提高一级，宜采
12、用膨胀混凝土以补偿收缩。后浇带宜设置在梁跨 1/3 处。当需要连续浇筑混凝土时，也可以用膨胀带代替后浇带。(3) 结构面积很大，一次性连续浇灌有困难时，可采用间歇式无缝施工法（跳仓法） 。将膨胀带改为后浇带，带宽 2000mm，加强带两侧 UEA 掺量 8%12%，养护 14d 后再浇筑后浇带。也可在膨胀带内掺 UEA1415%，等量取代水泥，混凝土强度提高一级，直接施工。3 配置补偿收缩的构造钢筋53.1 温度构造钢筋计算根据膨胀混凝土与纵向纲筋的关系，由(5)式可得温度构造钢筋计算公式如下：(6)cssAE式中， 膨胀混凝土的自压应力(N/mm 2)，净化厂房取 0.50.6；一般厂房c取
13、 0.4； 钢筋的伸长率，正常环境条件下取为 。s 12()T由上式求得的钢筋面积即为补偿收缩混凝土构件因温度变化而增加的构造钢筋。3.2 配筋实例例题二：超长建筑采用 C30 补偿收缩混凝土，纵向混凝土梁截面300mm600mm，纵向混凝土墙厚度 250mm。求因温度变化而须增加的纵向构造钢筋面积。取膨胀混凝土的自压应力： = 0.5 N/mm2c混凝土的限制膨胀率（钢筋伸长率）： = = 1.010-538 = 3.810-4s12()T梁中构造钢筋： = 3006000.5/(2.01053.810-4) =1184.2 mm2，取 420；BA墙中构造钢筋： = 25010000.5/
14、(2.01053.810-4)= 1644.7 mm2，取W12130。4 采取有效的构造措施(1) 适当加强纵向梁或墙的纵向通长钢筋纵向框架梁上部通长钢筋不小于支座或跨中钢筋面积的 1/4，一般采用 24 根与负弯矩钢筋等直径的钢筋；侧向构造钢筋直径不小于16；墙纵向钢筋最小配筋率不小于 0.6 %或12150 。(2) 适当加强屋面板的纵向通长钢筋一般不小于 z 7 150，双层配置，温度变化较大时适当增加。(3) 加强保温隔热措施做好屋面和墙面的保温隔热层，这是建筑节能，减少室内外温差，降低温度应力的主要途径，对于恒温厂房尤为重要。屋面和墙面的保温隔热层材料及作法种类很多，应慎重选择。有
15、条件时应尽可能采用外保温形式，效果更佳。5 在结构中设置控制缝（引导缝）在混凝土墙体（包括女儿墙）及楼盖的模扳上设置凸条（或插片） ，造成截面凹槽（或预留缝）的薄弱部位，用以引导混凝土收缩裂缝有序出现，从而避免了相邻区域的随意开裂。控制缝（引导缝）的间距不大于 12m，一般设在柱或墙处（图 2） 。钢筋贯通，基本不影响结构性能。应预先作好止水、防渗处理，并以建筑装饰手法加以遮盖。如 MoTorola 北京新园区地下室，长度 320m，未设缝，也未加膨胀带，只设后浇带，并采用徐有邻教授建议的每隔 10m 设一道控制缝，并在墙上控制缝处钢筋的保护层内设 6150 钢筋网片，取得了很好的效果。6墙
16、体止 水 （ 防 渗 ） 带 插 片引 导 缝 柱 （ 墙 ） 楼 板 插 片 引 导 缝墙 （ 梁 ） 12m(1) 墙 体 中 的 裂 缝 控 制 (2) 楼 盖 中 的 裂 缝 控 制图 2 混凝土结构中的控制缝（引导缝）6 严格的施工技术要求掺加膨胀剂混凝土的浇筑、施工和膨胀期的保水养护；补偿温度、收缩构造钢筋的配置；膨胀带、后浇带混凝土接槎的施工质量；控制（引导）缝的设置及相关防水、抗渗措施及建筑处理；以及可靠的保温、隔热措施，无一不对施工质量提出了更高的要求，应采取严格的技术措施加以保证。7关于基础设计的几个问题1. 结构设计的基本原则（1）安全性安全性是结构设计的首要原则。要保证
17、结构在施工和使用过程中，在建筑物自重、人员、设备自重及运转动力、风荷载、雪荷载、地震作用、温度应力和施工荷载等作用下具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。基础设计是影响建筑结构安全性的主要因素之一。（2）适用性在建筑平、立面确定后，结构设计要尽可能满足建筑的功能要求（工业建筑应满足生产工艺的要求）和美观造型的要求，结构构件尺寸要满足建筑对空间的使用要求。（3）先进性结构设计要选择先进、合理的结构方案，尽量采用新结构、新技术、新材料，作到技术先进、构造合理，并为环境保护和可持续发展创造有利条件。（4）经济性在满足结构的安全性、适用性、先进性的同时，结构设计要作到造价经济。为此，要求结构师不仅要懂
18、技术，而且要懂经济，要逐步掌握各类结构的造价及主要材料价格、劳力、机具使用费，并能进行经济分析。（5）保护环境结构设计要选择为环境保护和可持续发展创造有利条件的结构方案和建筑材料。2. 桩基础设计按照建筑桩基技术规范JGJ942008 进行设计2.1 桩基设计原则（1）桩基设计要作到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境。（2）概念设计是桩基设计的核心。概念设计应在规范框架内，考虑桩、土、承台、上部结构相互作用对于承载力和变形的影响，以优化桩型选择和布桩为重点，力求减小差异变形，降低承台内力和上部结构次应力，实现节约资源、增强可靠性和耐久性。2.2 桩的分类：（1） 按桩的承载性状分
19、：a. 摩擦型桩：摩擦桩：竖向荷载全部由桩侧阻力承担，忽略桩端阻力；端承摩擦桩：竖向荷载主要由桩侧阻力承担；8b. 端承型桩：端承桩：竖向荷载全部由桩端阻力承担，忽略桩侧阻力；摩擦端承桩：竖向荷载主要由桩端阻力承担。（2） 按成桩工艺分：a. 挤土桩：成桩时对桩周和桩端的地基土有挤压作用，如打入式或静压预制桩、闭口式予应力砼空心管桩、闭口钢管桩 ；b. 非挤土桩：成桩时对桩周和桩端的地基土无挤压作用，如人工挖孔灌注桩、机械钻孔泥浆（或钢套管）护壁灌注桩；c. 部分挤土桩：成桩时对桩周和桩端的地基土有一些挤压作用，如长螺栓钻孔压灌桩、冲击成孔冠注桩、打入式或静压式敞口予应力砼空心管桩、敞口钢管桩
20、、H 型钢桩、予钻孔打入式预制桩。（3） 按径桩分：a. 小直径桩：D 250 mm b. 中直径桩：250 D 800 mmc. 大直径桩：D 800 mm2.3 桩基础方案选择方案选择的依据：a. 工程地质和水文地质条件：决定桩的类型、成桩的可能性、桩端持力层；b. 建筑结构的类型和荷载：决定桩的类型、桩径的大小和布桩；c. 抗震设防烈度：如 8 度及以上地区不宜采用予应力管桩；d. 环境条件和对相邻建筑的影响：如相邻建筑较近时，不宜采用打入式预制桩；e. 施工条件：决定所选桩型施工的可能性。2.4 各种桩的适用范围：（1）机械钻孔泥浆护壁灌注桩（包括不扩底桩和扩底桩）：直径 500120
21、0mm，适用于穿越各种地基土，进入各种土层持力层和有无地下水的各种情况，但要慎用于淤泥地基（成桩困难） ，且对施工场地有污染；（2）机械钻孔套管护壁灌注桩（包括不扩底桩和扩底桩）：直径 3001600mm，适用于穿越各种地基土，进入各种土层持力层和有无地下水的各种情况；（3）长螺栓钻孔压灌桩：直径 300800mm，钢筋笼后压入砼内，适用于深度 25m以内的各种地基土；（4）人工挖孔扩底灌注桩：直径 8002000mm，桩长不大于 30m，广泛用于淤泥和淤泥质土以外的各种地基土，但地下水位较高时，应慎用人工挖孔桩；岩9溶发育地区不宜采用一柱一桩方案；（5）打入式予应力砼空心管桩：PHC 桩直径
22、 3001000mm,PC 桩直径300600mm，广泛用于 7 度及 7 度以下地区的各种地基土，但不宜用于 8 度及以上地区，难以穿越碎石、砾石夹层；（6）打入式予制砼方桩：适用于穿越各种地基土，进入各种土层持力层和有无地下水的各种情况；（7）静压桩：适用于穿越一般粘土、淤泥和淤泥质土地基，难以穿越碎石土、砾石夹层和碎石类填土；（8）钢管桩、H 型钢桩：适用于穿越各种地基土，进入各种土层持力层和有无地下水的各种情况。2.5 桩基设计要点（1）确定桩的类型和桩端持力层；（2）计算确定单桩承载力；（3）进行上部结构内力分析，计算柱脚内力；（4）根据计算结果，合理布桩，绘制桩位图：a. 单层工业
23、厂房基础由于竖向力较小，弯矩较大，布桩往往是弯矩起控制作用，宜采用中直径二桩或多桩基础；b. 多层建筑由于竖向力较大，布桩一般是竖向力起控制作用，考虑弯矩因素，边柱基础可按 130%左右竖向力值布桩，中柱基础可按 120%左右竖向力值布桩。绘制桩位图时 ，一定要标明桩中心线与定位轴线的关系。（5）桩承台和连梁设计：桩承台的高度和配筋由计算确定，不能太小，一般单层工业厂房桩承台不小于 800（轻钢厂房可减少） ，多层建筑桩承台不小于 1000；（6）8 度地震设防区基础抗震设计：a. 主要建筑物、重要设备基础采用桩基础时，钢筋全长配置，箍筋适当加密；b. 桩承台周围土层预先采取强夯加碾压处理复合
24、地基，要求处理深度不小于6.0m，压实系数不小于 0.94，地基承载力特征值不小于 160Kpa；c. 单桩承台在两个主轴方向设置拉梁，二桩承台在弱轴方向设置拉梁。2.6 桩基沉降计算：2.6.1 根据桩基规范第 3.1.4 条，下列桩基应进行沉降计算：（1） 设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基；（2） 设计等级为乙级的体形复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；（3） 软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。软土地基是指 7 度、8 度、9 度地震设防区，在地基的主要受力层范围内，地基10承载力特征值分别小于 80、100 和 120KPa 的地基。具体计算
25、见工程实例 1。2.6.2 根据桩基规范第 5.5.1 条，建筑桩基沉降变形计算值不应大于桩基沉降变形允许值。桩基沉降变形允许值，见表 5.5.4表 5.5.4 建筑桩基沉降变形允许值变 形 特 征 允许值砌体承重结构基础的局部倾斜 0.002单层排架结构（柱距 6m）桩基沉降量（） 120高层建筑桩基最大沉降量（） 200各类建筑相邻柱（墙）基的沉降差：（1）框架、框架剪力墙、框架核心筒结构（2）砌体墙填充的边排柱（3）当基础不均匀沉降时产生附加应力的结构0.002 0l0.00070.005 0l多层和高层建筑的整体倾斜Hg 2424 Hg 6060 Hg 1000.0040.0030.0
26、02注：1. 本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；2. 为相邻柱（墙）中心线之间的距离， Hg 为自室外地面算起的建筑高度0l（m） ；3. 倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；4. 局部倾斜指砌体承重结构沿纵向 610m 内基础两点的沉降差与其距离的比值。2.7 人工挖孔灌注桩和墩基础2.7.1 墩与桩的划分：人工挖孔灌注桩按桩长分为墩与桩，当桩长 L 3.5m 时为桩，L 3.5m 时为墩基础，当 3.5m L 6.0m 时，桩承载力按桩计算再乘以调整系数 ，按公式（2.1）计算：= 10.1（6.0H）-（2.1）式中 H桩端入土深度（ m） ，自桩顶面标高算起，有承台时
27、自承台顶面算起，当 H 大于 6.0m 时，取 H = 6.0m。2.7.2 人工挖孔灌注桩：（1） 桩径 D 不得小于 0.8m，且不宜大于 2.5m，孔深不宜大于 30m。当桩净距小11于 2.5m，应采用间隔开挖。（2）桩的设计按照建筑桩基技术规范JGJ94 2008 进行。2.7.3 墩基础设计（1）墩基础桩径 D 不小于 0.8m,适用于 7 层及 7 层以下砌体结构建筑，不适于地下水位以下施工，基本形式为圆柱形或椭圆形，扩底尺寸、施工方法和安全要求同挖孔灌注桩。（2）单墩竖向承载力按公式（2.2）计算：= （2.2）aRafDA式中 单墩竖向承载力特征值a调整系数，按表 2.3.1
28、 和表 2.3.2 取值修正后的地基承载力特征值af墩底横截面面积DA表 2.3.1 砂、碎石土调整系数 H/D 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0砂、碎石土1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7注：1. D墩底直径； H墩身实际入土深度；2. 墩周非软土，墩底为稍密以上砂、碎石土，墩端进入持力层不小于0.5m；3. 当 H/D 超出表中范围时， 值通过试验确定。表 2.3.2 粉土、粘性土调整系数 D 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8粉 土 2.28 1.92 1.58 1.31 1.10 1.0粘性土 2.08 1.74 1
29、.42 1.17 1.0 注：1. D墩底直径； 2. 墩周非软土，墩底为 e 0.75 的粉土或 0.5 的粘性土，墩端进入持LI力层不小于 0.5m；3. 当 D 超出表中范围时， 值通过试验确定。（3）单墩水平承载力（无轴向力作用时）按公式（2.3）计算：=（10D15d20H）（2.3）HR式中 单墩水平承载力特征值墩周土水平抗力调整系数（KN/m） ，一般取 0.81.0D 墩底直径 d 墩身直径H 墩身入土深度12（4）墩基础可不进行地基变形验算。2.7.4 大直径桩后注浆适用于桩端持力层为碎石土、砂卵石土的大直径桩基础，灌注桩成桩后一定时间，通过予设于桩身内的注浆导管及与其相连的
30、桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体得到加固，从而提高单桩承载力，减少沉降。单桩注浆量可按下式估算：Gc = pD+snD(2.4)式中： Gc单桩注浆量，以水泥质量计（t）p、s分别为桩端、桩侧注浆量经验系数，p = 1.51.8，s = 0.50.7；对于卵石、砾石、中粗砂取高值；n桩侧注浆断面数；D基桩直径（m）2.8 桩基础防腐设计：以大连固特异桩基础防腐蚀设计为例，本工程地下部分腐蚀性等级按照弱腐蚀结构设计，环境类别为三类。（1）桩基础防腐蚀措施（为抵抗海水对桩的腐蚀）：机械钻孔砼灌注桩：a. 选用 C40 矿渣水泥砼，砼水灰比不大于 0.45b. 加大钢筋的保护层厚度,不小
31、于 50；c. 施工时，采用具有减水剂和阻锈剂功能的无氯盐的外加剂，如冬季施工，可选用 YPF-2 型防冻剂；d. 钢筋采用环氧树脂涂层保护；e. 桩承台和基础联系梁外表面涂冷底子油两遍和沥青胶泥两遍。（2）地下砼水池、地坑、构筑物防腐蚀措施：a. 采用 C30 矿渣水泥砼，砼水灰比不大于 0.45，抗渗等级不低于 0.8Mpa;b. 钢筋的保护层厚度,不小于 35，裂缝宽度不大于 0.2；c. 施工时，采用具有减水剂和阻锈剂功能的无氯盐的外加剂，如冬季施工，可选用 YPF-2 型防冻剂；d. 地下水池、地坑、构筑物有情等外表面涂冷底子油两遍和沥青胶泥两遍。3. 人工处理地基按照建筑地基基础设
32、计规范GB500072002 和建筑地基处理技术规范JGJ792002 设计3.1 基本规定3.1.1 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；133.1.2 以下建筑物均应作变形验算：（1）地基基础设计等级为甲级、乙级的建筑物；（2）地基承载力特征值小于 130KPa，且体形复杂的建筑；（3）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时；（4）软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；（5）相邻建筑距离过近，可能发身生倾斜时；（6）地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。3.1.3 根据地基基础规范第 5.3.1 条，建筑物的地基变形计
33、算值，不应大于地基变形允许值。地基变形允许值，见表 5.3.4表 5.3.4 建筑地基变形允许值地 基 土 类 别变 形 特 征中、低压缩性土 高压缩性土砌体承重结构基础的局部倾斜 0.002 0.003单层排架结构（柱距 6m）柱基沉降量（） 120 200体型简单的高层建筑基础的平均沉降量（）200 200工业与民用建筑相邻柱基的沉降差（1）框架结构（2）砌体墙填充的边排柱（3）当基础不均匀沉降时产生附加应力的结构0.002 0l0.00070.005 0l0.003 0l0.0010.005 0l多层和高层建筑的整体倾斜Hg 2424 Hg 6060 Hg 1000.0040.0030.
34、0025注：1. 本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值； 2. 为相邻柱（墙）中心线之间的距离， Hg 为自室外地面算起的建筑高度0l（m） ；3. 倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；144. 局部倾斜指砌体承重结构沿纵向 610m 内基础两点的沉降差与其距离的比值3.2 回填土地基常采用强夯法处理：（1）必须通过现场试验确定其承载力特征值和有效加固深度，一般要求承载力特征值不小于 160180KPa，压实系数不小于 0.95，有效加固深度不小于 6.0m；（2）强夯处理后的地基竣工验收时，承载力检验应采取原位测试和室内土工试验；（3）强夯处理的地基对于 2 层以上的多层建筑和
35、轴力较大、对沉降比较敏感的建筑要慎用；（4）强夯后，宜铺一层碎石再进行碾压处理。（5）回填土地基上的地坪设计：a. 对于地面荷载 20.0 KN/m的厂房室内地坪：基层采用强夯加碾压处理，先用 200300t-m 重锤夯实，再铺 300400mm 厚碎石，用振动式压路机碾压密实，压实系数不小于 0.94，然后再作 200250mm 厚 C30钢纤维砼或砼地坪，内配 1215014150 双层钢筋网。需要耐磨的地坪，面层作非金属骨料耐磨层。b. 对于地面荷载 20.0 KN/m的厂房室内地坪 ；基层采用强夯加碾压处理，再作 180200mm 厚 C30 砼地坪，内配 12150 单层钢筋网（放在
36、上层，钢筋保护层厚度 40mm） 。需要耐磨的地坪，面层作非金属骨料耐磨层。c. 办公室、餐厅及其他生活用房的室内地坪 ；基层采用强夯加碾压处理，再作 150180mm 厚 C30 砼地坪，内配 10150 单层钢筋网（放在上层，钢筋保护层厚度 40mm） 。d. 道路、停车场地坪基层处理采用强夯加碾压处理（方法同上） ，再作 200250mm 厚 C30 砼路面或 150mm 厚C30 砼垫层加沥青路面。3.3 软土地基（1）软土地基指 7 度、8 度、9 度时，在地基的主要受力层范围内，地基承载力特征值分别小于 80、100 和 120KPa 的地基。（2）根据工程地质、水文地质条件和施工
37、条件分别选择以下处理方法：予压法处理地基、振冲碎石桩复合地基、砂石桩复合地基、水泥土搅拌桩复合地基、予应力砼空心管桩基础、予制砼方桩及钢桩基础等。（3）软土地基上的地坪设计减沉复合疏桩地坪设计：见工程实例 1、例 2153.4 岩溶与土洞地基（1）当地基土基岩为石灰岩、泥灰岩时，常伴随着岩溶与土洞地基的产生；（2）遇岩溶与土洞地基时，地勘必须查明岩溶与土洞的分布范围，嵌岩桩控制性钻孔深度应深入至桩端以下不小于 35d（桩身直径） ，且中直径桩不小于 3m，大直径桩不小于 5m，一般性钻孔深度应深入至桩端以下不小于 13d.（3）遇岩溶与土洞地基不宜采用一柱一桩 端承桩方案，当荷载不大时，可减少
38、桩的入土深度，采用摩檫桩或摩檫端承桩方案。3.5 填海地基：以大连固特异填海地基处理为例（1）场地概况该项目建设场地位于大连市普兰店区大连海湾工业区西北角，根据选址初步地质勘察报告，该场地全部为填海地区，场地原始高程（黄海高程）3.616.00m，场地回填完成后，最高点将达到 7.50m，回填土厚度 6.0010.20m。回填土以下依次为：淤泥质粉质粘土、粉质粘土、碎石、泥灰岩。基岩埋藏深度为20.5034.50m（相对于0.000） ，海平面为 1.900m。（2）建筑物地基处理a. 荷载很大的多层厂房（密炼车间）和对沉降控制有严格要求的重要设备基础：采用机械钻孔灌注桩（端承桩，桩的直径 5
39、00600） ，深度直达中风化泥灰岩，按照计算的柱脚内力，分别采用 15 桩基础。地坪处理：采用减沉复合疏桩，穿透淤泥层，地坪按无梁楼盖配筋。b. 荷载不大的单层厂房（1#、2#轮胎加工厂房）和对沉降控制没有严格要求的一般设备基础：采用机械钻孔灌注桩（摩檫桩，桩的直径 500600） ，深度直达粉质粘土层（5） ，按照计算的柱脚内力，分别采用 14 桩基础。地坪处理：重要工段：采用减沉复合疏桩，穿透淤泥层，地坪按无梁楼盖配筋；一般工段：在强夯处理后再碾压处理，作 180200mm 厚 C30 砼地坪，内配12150 双层钢筋网。需要耐磨的地坪，面层作非金属骨料耐磨层。两种地坪交接处，地坪作沉降
40、缝，可予留一定的沉降量。c. 次要建筑物（原料库、成品库和其他建筑）：采用强夯加碾压处理复合地基，要求处理深度不小于 8m，压实系数不小于0.95，地基承载力特征值不小于 160Kpa，施工方法：先用 200300t-m 重锤夯实，再铺 300400mm 厚碎石，用振动式压路机碾压密实。地坪处理：在强夯处理后再碾压处理，作 150180mm 厚 C30 砼地坪，内配1610150 单层钢筋网（放在上层，钢筋保护层厚度 40mm） 。4.工程实例例 1. 大连固特异地基计算1. 单桩承载力计算1.1 地质条件：地质剖面如下图：17注：（1）Z1摩擦型桩，持力层为粉质粘土（5）Z2端承型桩，持力层
41、为中风化页岩（2）地下水位标高 0.352.43m(绝对标高)，取 1.4m.（3）中性点 1 为 Z1 桩的中性点，中性点 2 为 Z2 桩的中性点（4）地质剖面参照详勘 L2008-203-3 中 62-62 ZK520.1.2 摩擦型桩 Z1 承载力计算：(1)求中性点 1 的深度 Ln软土层下限深度 L 0 = 15.0-1.4 = 13.6m18持力层为粉质粘土(5)，查表 5.4.4-2Ln = 0.513.6 = 6.8m(2)桩的极限侧阻力标准值（中性点 1 以下）：QCK = (6.820+7.053+1.084) D = 591DD500mm, D = 1.57m, Q C
42、K = 927.9 kND600mm, D = 1.885m, Q CK = 1114.0 kND700mm, D = 2.20m, Q CK = 1300.2 kN(3)桩端阻力标准值：QDK = 1000D 4/4D500mm, D 4/4 = 0.19635m, QDK = 196.4 kND600mm, D 4/4 = 0.2827m, QDK = 282.7 kND700mm, D 4/4 = 0.3848m, QDK = 384.8 kN(4)单桩承载力特征值：D500mm Ra = (927.9+196.4)/2 = 562 kND600mm Ra = (1114.0+282.7
43、)/2 = 698.4 kND700mm Ra = (1300.2+384.8)/2 = 842.5 kN1.3 端承型桩 Z2 承载力计算：（1） 中性点 2 的深度 Ln：持力层为中风化基岩Ln = 1.013.6 = 13.6m.（2） 中性点 2 以上桩周第 i 层土负摩阻力标准值：地面使用荷载 P = 20 kN/m 2 0.8 = 16 kN/m2由土重引起的桩周第 i 层土平均竖向有效应力（自地面算起）由公式 5.4.4-21 2ireiiirizzP 式中： -分别为第 i 层土和其上土层的重度,地下水位以下取浮重度；ie-分别为第 i 层土和其上土层的厚度z -桩周第 i 层
44、土的平均竖向有效应力i回填土层 = (206.6+101.4) 0.5 = 73 KN/m2 ri= 73+16 = 89 KN淤泥质土层 = 206.6+101.4+0.5107.0 = 181 KN/m2 ri= 181+16 = 197 KN负摩阻力标准值: 由公式 5.4.4-1nsiiq19式中： - 负摩阻力系数,查表 5.4.4-1ni回填土层 = 0.2589 = 22.3 KN/m2 sq淤泥质土层 = 0.15197 = 29.6 KN/m2 i(3) 桩基下拉荷载:由公式 5.4.4-31nngsiiQuql式中 - 群桩效应系数,单桩 =1.0n n- 桩身周长D500
45、mm , = 1.57muD600mm , = 1.885mD700mm , = 2.20m-中性点以上第 i 层土的厚度ilD500mm = 1.01.57（22.36.6+29.67.0）= 556.4 KNngQD600mm = 1.01.885(22.36.6+29.67.0) = 668.0 KNngD500mm = 1.02.2(22.36.6+29.67.0) = 779.6 KNng（4） 单桩承载力特征值(考虑负摩阻力):a. 极限端阻力:D500 QD= 0.25 28000 = 1570.8KND600 QD= 0.3 2 8000 = 2262.0 KND700 QD=
46、 0.35 2 8000 = 3078.8 KNb. 极限侧阻力(中性点以下):D500 QC= (7.053+3.584+1.0140)1.57 = 1263.9 KND600 QC= 805 1.885= 1517.4 KN D700 QC= 805 2.20 = 1771.0 KN c. 单桩承载力特征值:D500 Ra= (1570.8+1263.9)/2 - 556.4 = 860.95 KN D600 Ra=(2262.0+1517.4)/2 668.0 = 1221.7 KN D700 Ra=(3078.8+1771.0)/2 779.6 = 1645.3 KN 1.4 单桩承载
47、力特征值（设计值）：见表 4-1、表 4-2表 4-1 摩擦型桩承载力特征值:20桩径(mm) 单桩承载力(KN) 桩侧承载力(KN)桩端承载力(KN)500 550 450 100600 680 540 140700 800 610 190表 4-2 端承型桩承载力特征值 桩径(mm)单桩承载力(KN)桩端承载力(KN)桩侧承载力(KN)负摩阻力(KN) 500 780 780 630 560600 1130 1130 750 670700 1540 1540 880 7802. 地基淤泥层最终沉降量按堆载予压原理，地基最终沉降量 S 按下式计算：（JGJ79-2002，5.2.12 式）0
48、12niieShA012012zeea（取经验系数 ）01ziSheA1.0式中： 压缩系数，查得 aa.59()MPa孔隙比 1.15401e01e21平均附加应力 取 z22140.14zKNm()MPa6000ihm1.590.4652S3. 地基淤泥层沉降固结时间附加应力比，双面排水 1d压缩系数 a1.59渗透系数 7803652406.576cmkscm年平均孔隙比 me， 1.5420.98e.1.67me求固结系数 vC式中 水的重度，(1)0.mvwkeawkg30.1cm567(.0)12.8.19vC2c年求固结时间 t时间因子 2victTh3 年 210.830.46v20 年
