粉土地基上高层建筑筏形基础监测研究

沙　爽　蒋敏敏

（1.河南省工程咨询中心，河南　郑州　450000；2.河南工业大学土木建筑学院，河南　郑州　450001）

粉土地基上高层建筑筏形基础监测研究

沙爽1蒋敏敏2

（1.河南省工程咨询中心，河南郑州450000；2.河南工业大学土木建筑学院，河南郑州450001）

通过现场测试的方法研究粉土地基上高层建筑筏形基础的上部结构、筏形基础与地基相互作用问题，测试高层建筑的沉降、筏板钢筋应力和基底反力的分布变化规律。结果表明：随着楼层荷载的增加，基础沉降相应增加，同一轴线上测点沉降呈抛物线型；基底反力随着上部结构荷载的增大而增大，荷载较小时基底反力增长较快，建筑结构超过7层后增幅较小；基底反力为中部较小，角部和边部较大；筏板内钢筋应力随上部结构荷载的增加而增加，筏板内上层钢筋的应力增长较快，下层钢筋应力增长较慢，最大钢筋应力为84.63MPa，筏板边缘钢筋应力大，而内部钢筋应力小。

粉土地基；筏形基础；现场监测

粉土地基上建造高层建筑，通常需要进行地基处理或采用桩基础形式。筏形基础不仅可节省桩基施工、检测费用，而且可以作为地下室使用，高层建筑与筏形基础相结合，可大大节约基础工程的造价；可缩短工期，由于筏形基础施工较方便，可节省桩基础施工、检测时间；此外，还具有充分发挥地基承载力，基础沉降量较小，调节地基的不均匀沉降和良好的抗震能力等优点［1，2］。

本文对郑州粉土地基上经优化设计后的某剪力墙结构高层建筑进行监测研究，该建筑经优化设计采用筏形基础。分析粉土地基上高层建筑筏形基础的上部结构、筏形基础与地基相互作用问题。

1　监测概况

本工程地基土体为较均匀的粉土地基，经过验算地基的承载力和变形均满足要求［3］，本研究将通过对监测结果进行分析和研究，进一步分析验证粉土地基上高层建筑筏形基础的应用可行性。研究测试内容包括筏形基础沉降、基底反力和筏板钢筋应力。建筑物的变形采用精密水准仪测量，建筑物沉降监测位置如图1所示，在建筑物上布置沉降观测点14个。筏板垫层底面上，结构与土接触处的基底反力（土压力）采用土压力计测量，根据对称原理，在筏形基础的一半范围布置53个土压力计。筏板内纵横向主要受力钢筋的应力变化采用钢筋应力计测量，筏板内布置32个测点，监测筏板顶面、底面的纵向、横向的钢筋应力，共128个钢筋应力计。

图1　沉降监测位置

2　高层建筑监测结果及分析

2.1沉降监测结果

本研究的沉降测试结果从地上一层开始，基础及地下一层的荷载不产生附加应力，故不产生沉降。主体结构共11层，基底荷载不断增大，监测结果至上部结构荷载不变。

图2　南侧纵向轴线测点随楼层增加沉降变化

图3　筏形基础基底反力随上部结构荷载的变化

图4　中部纵向轴线基底反力随上部结构荷载的变化

从最终沉降结果看，整个建筑物沉降较均匀，各测点沉降量介于23.5～27.1mm，沉降量较小。表明在郑州粉土天然地基上，采用筏形基础，沉降完全能满足工程安全和要求。

高层建筑南侧纵向轴线测点的沉降量随着建筑物荷载增大的变化情况如图2所示。南侧纵向轴线的沉降量，在中间部位沉降量较大，两侧沉降量较小，基本上沿着纵向轴线呈对称特性。筏板基础的沉降分布形式是由于筏板非完全刚性，筏板边缘的沉降较小。

2.2地基反力结果

图3为不同测点基底反力随楼层增加的变化曲线，其中T48、T53为角部测点，T14、T28为边部测点，T4、T12 和T36位于筏板内部。从测试结果（见图3）可见，随上部结构荷载的增长，基底反力随之增长，筏形基础角部的基底反力增长速率较快，而中部的基底反力增长速率最慢；总体上部结构小于8层时增长较快，上部结构大于8层，结构总体刚度较大，筏形基础和上部结构的“架越作用”明显，基底反力呈中部小边缘大的特点。

图5　纵向钢筋应力随上部结构荷载的变化

图6　纵向钢筋应力随上部结构荷载的变化

图4为筏形基础纵向轴线的基底，测试结果表明：上部结构低于7层时，随着上部结构荷载增大，基底压力增长较快，上部结构高于7层时，基底压力增长较慢；筏板的边缘测点T49和T52的基底反力较大，是由于上部结构和基础整体起到“架越作用”，基底反力向边缘传递。

2.3钢筋应力结果

筏形基础中钢筋应力是由以下两方面产生的：筏形基础中混凝土收缩产生的钢筋应力；上部结构荷载产生的钢筋应力。纵向钢筋应力随上部结构荷载的变化如图5所示，各测点均随着上部结构荷载的增大，上部结构荷载不变后，各测点的钢筋应力仍在增加。筏板内边部测点的钢筋应力较中部测点的钢筋应力更大。

图6为纵向钢筋应力随上部结构荷载的变化，可见随着楼层增加，纵向顶层钢筋应力相应增加，且变化较均匀。上部结构低于7层时，应力变化均匀且增长迅速，筏板中心部位应力较大，是由于筏板中心荷载较大，筏板挠曲较大，应力增加，边部测点钢筋应力较中部大，应力分布呈“马鞍形”；上部结构高于7层，钢筋应力增长缓慢，钢筋应力的“马鞍形”分布更明显，上部结构荷载施加完成后，筏板顶部钢筋应力最大为71.65MPa的压应力，筏板纵向底层的钢筋应力随着上部结构的增大而增大，上部结构荷载小于7层应力增长较慢，大于7层9应力增长较快。随着上部结构荷载增长，筏板底层纵向钢筋应力增长，应力分布不均匀，上部结构荷载施加完成后，筏板底层钢筋应力最大为40.77MPa的压应力。筏板顶层及底层的钢筋应力均随上部结构荷载增长而增长，筏板顶层钢筋应力的增长大于底层，上部结构荷载施加完成后，筏板内的钢筋应力均为压应力。

3　结语

为了研究优化设计后的上部结构、筏形基础与地基相互作用规律，针对郑州粉土天然地基上高层建筑的沉降、筏板钢筋应力和基底反力的分布变化规律进行了测试和分析研究，主要得到以下结论：随着上部结构荷载的增加，筏形基础沉降增长；纵向轴线上各点的沉降呈抛物线形；随着上部结构荷载的增加，基底反力也相应增长，上部结构小于7层增长较快，随后增幅较慢；基础中纵向轴线和横向轴线的基底反力表现为内部较小，边部和角部较大；上部结构荷载增加，筏形基础钢筋应力相应增加，基础顶层的钢筋应力增长快，底层的钢筋应力增长较慢；筏板钢筋应力的最大值为84.63MPa，在弹性范围内；钢筋应力呈内部小和边部大的特点。

［1］齐良锋，张保印，简浩.某高层建筑桩筏基础桩间土反力原位测试研究［J］.岩土力学，2004（5）：827-831.

［2］李俊才，纪广强，宋桂华.高层建筑疏桩筏板基础现场实测与分析［J］.岩土力学，2009（4）：1018-1022.

［3］巢斯，赵锡宏，张保良.超高层建筑桩筏基础的桩顶反力计算研究［J］.岩土力学，2011（4）：1138-1142.

Monitoring Study of Raft Foundation of Tall Building on Silt Foundation

Sha Shuang1Jiang Minmin2
（1.Henan Engineering Consulting Center，Zhengzhou Henan 450000；2.School of Civil Engineering and Architecture，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

Through the monitoring method，interation of up structure，raft and silt foundation were studied.Settlement of structure，steel stress in raft and base reaction were monitored.The results showed that:settlement of structure increased with the increase of structure load，settlement present parabolic curve on one line；Base reaction increased with the increase of structure load，and increased fast on first several story，reaction stress showed large value on corner and edge，showed small value in inside；Steel stress increased with the increase of load，steel stress on top of raft increased fast，and had a small value inside，and a large value on edge，maximum value was 84.63MPa.

silt foundation；raft foundation；in situ monitoring

TU470

A

1003-5168（2016）07-0098-03

2016-06-05

沙爽（1979-），女，硕士，工程师，研究方向：土木工程。