加筋垫层在高层建筑地基处理中的应用研究许大鹏--中国期刊网

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加筋垫层在高层建筑地基处理中的应用研究许大鹏

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第5期作者：许大鹏

[导读] 摘要：为优化高层建筑地基处理过程,在对加筋垫层的原理以及应用探讨的基础上,结合国内某工程实例,从地基处理方案选用、加筋垫层材料及工作原理、具体施工要求三方面,分析了加筋垫层在高层建筑地基处理中的具体运用方式。

        身份证号：23010319891103xxxx
        摘要：为优化高层建筑地基处理过程,在对加筋垫层的原理以及应用探讨的基础上,结合国内某工程实例,从地基处理方案选用、加筋垫层材料及工作原理、具体施工要求三方面,分析了加筋垫层在高层建筑地基处理中的具体运用方式。
        关键词：加筋垫层; 高层建筑; 地基处理;
        关于高层建筑的设计，考虑的要点一定是安全和实用，其次就是建设成本，建筑造价决定了设计的规模和功能，在合理的造价范围内确定相应的设计方案。考虑到待建地区的实际情况，选择不同的设计方案，并且根据设计的内容对整体的项目建设周期和成本投入进行估算，对比选择出最为安全可靠、经济合理的设计方案形成图纸。在整个高层建筑的建设过程中，基础结构始终是决定了建设工程质量和安全的最大因素。只有选择合适的基础结构才能减少结构不均匀沉降、地面塌陷等情况。
        1 高层建筑基础结构形式
        高层建筑与普通建筑相比，由于其上部结构楼层数量更多，所以对于下部地基基础的整体压力更大，需要更加合理的分配方案，对各部分荷载进行合理的设计，同时地基基础所在地区的地质情况和地下水位也会反映到土壤的含水量和压实度等与荷载相关的因素中，只有将以上两个主要因素综合考虑才能够获得更加有效的设计方案。
        高层建筑由于结构特点所致，其在单位面积下的荷载会更大，因此普通高度建筑的荷载评判标准不能适用于高层建筑，高层建筑有着自己独立的荷载指标。与荷载水平激增伴随而来的就是适应于这种使用条件下的地基加固需求。由于持续的高强度荷载作用，如果所处地区的地基承载力不够会导致地形破坏，出现建筑倾斜，塌陷，裂缝等情况。
        1.1梁式基础
        这是目前各地区在进行高层建筑设计时最常使用的一种形式，对使用环境的适应性很强，且工艺成熟，使用效果稳定，造价控制较强。梁式基础形式使用地区一般集中在当地土地承载能力较好的环境，因为梁式基础本身的结构较为简单，没有更多的改造余地，所以对所处地基的影响程度有限，在地基稳定的地区选择此类形式的基础，在保证基本的承载稳定性要求以外，能够很好的兼顾造价成本和工期。但是需要注意的是这一类的基础形式在功能上有部分缺失，由于自身结构限制，此类基础不能有地下室结构存在。
        1.2交叉式条形基础
        这类基础形式实际上就是将更多数量的梁式基础进行了组合，这样一来可以提高基础的占地面积，并且使得各自独立的基础单元能够被整合，在整体性上表现更好。适用于大型建筑的地基需求，但是同样不支持地下室结构。
        1.3筏形基础
        此类基础的尺寸把控较为灵活，具体的面积需要设计人员根据现场抽取的地质土壤情况以及设计方案中建筑选择的荷载分布形式来共同确定，有地下室结构。
        1.4箱型基础
        对于设计地下室的高层建筑，可结合使用要求设计成箱型基础。
        1.5桩基础
        桩基础形式可以通过加大所处地区土壤的密度来提高地基的实际承载力，所以适用软弱地基，或者是上部结构的荷载要求很大的情况下。但是桩基础形式在施工过程中由于桩结构的加入会延长整体的施工时长，而且打桩环节影响最终效果的因素比较多，需要专业设备和经验丰富的工作人员配合，造价成本是常见桩基类型中较高的一类。
        2 加筋垫层的原理以及应用
        2.1 加筋垫层的基本原理
        加筋垫层的基本原理为在岩土中添加筋材料，从而使得原有土体成为复合形态。通过该种方式可以增强原有土体的抗拉和抗剪性能，除此之外，还可以使原有垫层结构保持完整性，垫层的抗弯刚度也获得了一定的增强。加筋垫层可以变更自然地基的相关性能指标，使压力扩散角增加，同时下卧层的压力也有所减小，以此可以对地基的侧向形变进行有效控制，不仅增加了土地地基的稳定性，也提升了其承载力。
        2.2 加筋垫层的应用情况
        通常情况下，加筋垫层的施工工艺在公路工程、堤坝工程以及煤仓建设工程领域较为常见。

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经过一段时期的发展，在上述工程中加筋垫层应用技术已经比较成熟，且呈现出了良好的施工效果。但是，加筋垫层相关施工技术在高层建筑地基处理中的应用较少。出现该种情况的原因主要是由于在高层地基处理过程中，已经有诸多技术长期应用在施工实践中，技术已经普遍成熟。但是，目前的高层建筑地基处理技术尚不能够应对复杂多变的地基特性，需要引入加筋垫层相关技术进行应用以解决目前的部分施工难题。
        3 加筋垫层在高层建筑地基处理中的具体运用
        3.1 地基处理方案选用
        在该项目中，基础持力层为(5)层粉质黏土，fak=200 kPa。基底压力Pk=410 kPa，在进行修正以后，地基承载力的特征值仍然不能够满足设计方案中的相关要求。因此，必须对地基进行进一步处理以达到要求。在本工程地基处理方式选定时，初步选用了CFG桩进行地基处理，根据施工区域地质的实际情况，并经过验算CFG桩持力层需要达到(7)层卵石层。但是，在试桩的过程中出现了第(6)层的中砂难以穿透的问题，该问题直接导致该桩无法进入第(7)层，该桩进入第(6)层后其深度也没有超过30 cm，因此，在其他处理方式均无效的情况下，采用了加筋垫层的方法进行地基处理。
        3.2 加筋垫层材料及工作原理
        加筋材料一般采用SBJD/GF塑玻土工复合筋带，该种筋带厚度为2.5 mm，宽度为50 mm，在拉伸强度方面需要超过120 MPa，伸长率需控制在2%～3%的合理区间内，似摩擦系数需要不小于0.5，偏斜率控制在0.01 mm/m以下。
        在工作原理方面，主要包括隔离、防护、滤层、排水、土体强度及承载力等。在隔离方面，施工人员需要把土工织物放置在土砂石料和地基中间。该流程主要可以起到将径粒不同的土粒进行分离的作用。在防护方面，如遇较为集中的应力在物体间进行传导时，已经设置好的土工织物在一定程度上可进行缓冲和分散。滤层方面，施工人员需要将土工织物放置在土体表面或相邻的土层中间。此时土中的水分可以通过织物向外排出。在排水方面，通过运用较厚的无纺布以及各类复合材料可以在土体中构建一个排水通道，各层水分经过汇集后，可以通过上述材料向土体外部排出。在提升土体的强度和承载力方面，由于土体中加放了筋材，形成了一种强度较高的复合体。在受到外力作用的影响时，设置的筋材以及土体将会产生一定位移，此时两材料的摩擦力可以产生一个对于土体的侧压力增量，在一定程度上控制了土体的侧向偏移。
        3.3 施工要求
        在施工要求方面主要有以下5点：
        1）在进行土工复合筋带铺设时，应当运用双向方格网状的铺设方法。
        2）在垫层的边缘位置，需要将筋带反向回折后压入垫层之中，且回折应当大于3 m，回折位置需要用土工砂石袋进行压实操作。
        3）在筋带铺设的过程中，需要将筋带进行调直，筋带出现弯折、重叠等情况将会对施工产生不利影响。
        4）在筋带保存方面，需要避免其长时间曝晒。
        5）回填材料需要采用级配良好的砂卵石，且同时要求含泥量控制在较低范围内，不能含有杂质，最大粒径需要小于50 mm，卵石含量需要超过50%。且需采用分层压实的处理办法，压实系数不可小于0.94。
        4 结语
        加筋垫层的地基处理方法在进行科学设计的情况下可以运用在高层建筑的地基处理过程中，该种方式有施工简单、工期较短等特征，可以在一定程度内节约工程成本，有利于控制项目工程的总造价。加筋垫层的地基处理方法有良好的应用前景，但是在具体施工技术方面还需要不断优化，以实现较好的施工效果。
        参考文献
        [1]满媛,崔燕伟．高层建筑塑玻土工筋带加筋垫层地基处理研究[J]．四川建筑科学研究,2015,41(6):53-56.
        [2]赵志勇．试论高层建筑工程施工中地基处理技术要点[J]．山西建筑,2019,45(6):65-66.
        [3]黄安辉．高层建筑软土地基的处理技术和施工要点分析[J]．工程技术研究,2019,4(7):41-42.
        [4]王庆国．软土地区高层建筑CFG复合地基的设计与施工应用[D]．天津:天津大学,2008.