关于高层建筑基础埋深的几个问题讨论.doc

关于高层建筑基础埋深的几个问题讨论 1、问题的提出 2009年上海市闵行区“莲花河畔景苑”13层的楼房整体倒塌(见图1),根据中国工程院院士江欢成为首的专家组初步调查结果,“房屋倾倒的主要原因是,紧贴7号楼北侧,在短期内堆土过高,最高处达10m左右;与此同时,紧邻大楼南侧的地下车库基坑正在开挖,开挖深度4.6m,大楼两侧的压力差使土体产生水平位移,过大的水平力超过了桩基的抗侧能力,导致房屋倾倒”。从初步调查结果表明,大楼倾覆倒塌的破坏机理可以这样分析:大楼嵌固端结构计算模型不满足结构力学的三个平衡方程,∑x=0、∑y=0、∑M=0。大楼两侧的压力差使土体产生水平位移,即∑x≠0,导致桩基剪切破坏,基础型式发生变化(桩承台已成为条形基础作用在土层上),与此同时,紧邻大楼南侧的地下车库基坑深度4.6m,南侧基础埋深为零,在荷载倾斜作用下地基整体失稳。出现∑M≠0,大楼沿着嵌固端转动,最后倾覆倒塌。这一事故的主要责任虽然不是勘察设计失误造成的,但它能给从事勘察设计的工程技术人员什么样的重要启示?是值得我们深思的。 在该事故发生后,笔者曾试想过,假如参与该工程设计、勘察、施工、监理的工程技术人员在目睹事故之前那种极其危险的施工现场时,有某一位工程技术人员能用专业知识分析一下该楼嵌固端的实际受力模型,就会发现问题,今天震惊全国的房屋倒塌事件也就不会发生。又假如,紧邻大楼南侧的地下车库基坑没有开挖,大楼保持有一定的基础埋深,也许不会出现该楼整体倾覆倒塌……在这些假设的过程中,引发了笔者对高层建筑基础埋深的思考,本文就高层建筑基础埋深的几个问题进行一些探讨。 2、高层建筑基础埋深的作用和要求 高层建筑由于质心高、荷载重,除了满足地基基础设计的一般规定外,在我国现行的《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称为《砼高规》)第12.1.7条,明确规定,“基础应有一定的埋深,在确定埋深时,应考虑建筑的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素、埋置深度可从室外地坪算至基础底面,并宜符合下列要求: 1)天然地基或复合地基,可取房屋高度的1/15; 2)桩基础可取房屋高度的1/18。” 《砼高规》在大量科学研究和工程实践总结的基础上,对基础埋深做出了相应规定,是出于下列四个方面的考虑: 1)提高基础的稳定性,防止基础在水平风力和水平地震作用下发生滑移和倾斜; 2)提高地基的承载力,减少基础的沉降量: 3)增大地下室外墙的土压力、摩擦力,限制基础的倾斜,使基底下土反力的分布趋于平缓; 4)增大阻尼,减少输入加速度,减轻地震灾害; 在工程设计中,有少数工程技术人员对高层建筑基础埋深的作用认识不足,暂且不谈上述2)、3)、4)方面的研究和探讨,有些工程实际的基础埋深达不到规范要求的安全度,不满足抗倾覆和滑移要求,甚至危及到基础整体稳定性,例如:房屋四周地坪标高不同时,主楼与裙房设沉降缝、伸缩缝时,基础埋深的起算面采用最高侧的室外地坪,类似于选择“莲花河畔景苑”七号楼北侧堆土的坡顶面。土力学大量的实验表明,在中心受压且土质均匀时,地基破坏面是四周对称挤出。如果土质不均匀或荷载有偏心或荷载倾斜作用时,地基内的滑动面则不对称,或向一侧挤出。如果高层建筑的嵌固面不在一个水平面时,高的一侧不仅不能作为嵌固面,还会造成荷载偏心或荷载倾斜作用。它的受力机理与规范给出的高层建筑基础埋深限值的基本假设存在相悖。 土力学实验同时揭示,基础埋深对滑动面的形状有很大的影响,当埋深较大时,在重心荷载下滑动面一般不出露至地面,只封闭在基础底面附近不太大的范围内,此时还可利用基础埋深的被动土压力来抵抗高层建筑倾覆弯矩和水平作用。《砼高规》中规定的基础埋深取值是基于工程实践和科学成果,并来自北京市勘察设计研究院张在明等在分析北京八度抗震设防区内高层建筑地基整体稳定性与基础埋深的关系的研究,以两栋分别为15层和25层的建筑,考虑了地震作用和地基的种种不利因素,用圆弧滑动面法进行分析,其结论是:从地基稳定的角度考虑,当25层建筑物基础埋深为1.8m时,其稳定安全系数为1.44,如埋深为3.8m(1/17.8)时,则安全系数达到1.64,从而给出了一个最基本的指导性指标。考虑高层建筑地震作用下结构的动力效应与基础埋置深度关系较大,软弱土层时更为明显,因此高层建筑基础应有一定的有效埋置深度,箱形和筏板基础可取房屋高度的1/1 5;桩基础可取房屋高度的1/18。 1 / 1 1 / 1