东北传媒文化广场沉降观测与分析

东北传媒文化广场沉降观测与分析
摘要:本文就东北传媒文化广场工程从开工至主体封顶期间的相关工程施工过程做了介绍,对其沉降的观测资料做了统计和整理,对实测沉降结果进行了分析,对施工及使用阶段各工况地基承载力进行了验算,并提出沈阳地区超限高层建筑基础设计与施工的建议和要求。

关键词:超高层建筑筏板基础沉降观测差异沉降侧限
1 工程概况
东北传媒文化广场,位于沈阳市沈河区青年大街与文体路交叉路口的西北角处,主楼和裙房的总建筑面积约85520m2,室内±0.000m相当于绝对高程43.300m,室内外高差0.600m。

主楼地下3层,地上43层,主要屋面高度179.400m,为办公用房,采用钢筋混凝土筒中筒结构,为B级高度的高层建筑。

裙房地下3层,地上5层,主要屋面高度26.100m,为商场办公综合楼,采用钢筋混凝土框架结构。

地面以上设抗震缝将主楼和裙房分成两个独立的结构单元。

主楼与裙房的地下室连成整体,主楼下的地下室作为设备用房,裙房下的地下室为六级人防停车场,地下室底板顶面相对标高为-13.50m。

本工程基础形式为筏板基础,主楼筏板厚度为 1.8m;裙房筏板厚度为0.6m,局部加厚至0.9m～1.5m。

基础持力层均为圆砾层,地基承载力特征值fak=550kPa。

基础平面布置图见图1。

本工程于2008年5月开工,2009年11月结构封顶,现已投入使用。

2 岩土物理力学指标
2.1 土层描述
土层从上至下分别描述如下。

(1)杂填土:层厚3.50m～8.00m。

(2)圆砾:稍密,分布连续,层厚1.00m～6.50m。

(3)圆砾:中密。

分布连续,层厚1.30m～7.20m。

本层为持力层。

(4)砾砂:饱和,中密。

该层夹圆砾。

(5)圆砾:密实,分布连续,本次钻探未穿透该层,揭露最大厚度18.00m。

2.2 地下水的类型及其埋藏条件
勘察期间,地下水埋深5.0m～7.4m,水位标高35.75m～36.05m。

抗浮设计水位:绝对标高38.00m。

3 工程施工过程及主要事件
为准确掌握施工进程与沉降的关系,我们根据施工日志和甲方召
集的数次会议记录,汇总了传媒大厦施工进度与主要事件表,具体内容见表1。

4 实测沉降分析
本工程在主楼基础底部共布设10个沉降观测点,从2008年11月10日开始第一次观测,截止到2010年3月4日,共观测28次,其中主要部位及观测结果见表2。

根据沉降观测结果,绘制了总体、南侧、北侧施工期间平均沉降量观测曲线。

南侧2点、北侧9点施工期间沉降量观测曲线,如图2所示。

根据实际施工荷载,按规范计算出所建层数时的理论沉降量,由此绘制了施工期间理论计算沉降曲线。

筏板基础最终沉降量按照下式计算:
式中:Ψs为沉降计算经验系数,取0.2。

根据沈阳市砂土地基上高层建筑沉降量的经验数据,实测沉降量平均约等于或小于一层楼0.7mm。

绘制了沉降量经验计算曲线。

以上曲线见图3。

4.1 十五层以下观测结果及分析
基底标高为-15.300m,土的自重压力为15.3×18=275.4kPa。

施工至8层,此时基底反力为271kPa和基础开挖土的自重压力相当,此时的沉降量为2.5mm。

为回弹再压缩变形。

此时回弹变形量按下式计算:
当施工至15层时,此时基底反力为430kPa,产生了附加压力,平均沉降量为6.5mm,由附加压力产生。

4.2 施工至25层观测结果及分析
当主楼施工至25层时,此时建筑高度为105.3m,由于相邻华丰工程基础迟迟未能开工,形成了基坑东、南两侧已回填,而西、北两侧无法回填的局面,见二页中的工程照片。

西、北两侧基础埋置深度为0。

而规范规定,筏型基础的埋置深度为H/15,同时在满足承载力、变形、
稳定以及上部结构倾覆要求的前提下,基础埋置深度的限值可适当放松。

地基规范条文说明中,一八度区25层建筑,考虑了地震作用和地基的种种不力因素用圆弧面滑动法进行分析,其结论是,从地基稳定的角度考虑,当25层建筑物的基础埋深为1.8m时,其稳定安全系数为1.44,如埋深为3.8m,则安全系数达到1.64。

现阶段基础埋置深度不满足规范要求,为此结合沉降观测对地基进行分析。

4.2.1 计算分析
(1)修正后的地基承载力特征值为712kPa。

基底平均压力为501kPa,满足规范要求。

(2)抗水平滑动稳定性验算,考虑风荷载和南侧填土的水平侧压力,经计算满足。

(3)偏心、水平荷载作用下建筑物倾覆验算。

经计算满足。

4.2.2 沉降观测结果分析
(1)相邻点的沉降差:北面⑨点为28.7mm,南面②点为19.4mm,沉降差为9.3mm。

南北两侧沉降不均匀,从沉降曲线上看,不均匀沉降有加大的趋势。

两者距离为52.5m,平均沉降为25.3mm,沉降差小于0.002L,满足规范要求。

图4为载荷试验曲线图(p-s曲线)。

oa段位压密阶段,ab段位局部剪切阶段,bc为整体剪切破坏。

ab段局部剪切阶段,P-S不再保持线性关系。

沉降的速率随荷载的增加而增大。

而从本工程沉降观测曲线上看,基础可以作为一个大的深层载荷试验板。

沉降变形量与施工层数的增加成正比,应该处于压密阶段点附近。

可以说还远未达到塑性状态,还有一定的潜力。

(2)随着建筑物荷载的增加,沉降的速率基本保持匀速,平均每层沉降为1mm。

较沈阳市砂土地基沉降量经验数据偏大。

(3)建筑物日平均沉降量为0.07mm。

4.2.3 原因分析
(1)和地基承载力有关,北面的⑨点修正后的地基承载力特征值fam=712kPa,南面的②点修正后的地基承载力特征值为fa=1800kPa,地基承载力不同,相当于地基土软硬不均,故沉降量北侧大,南侧小,北侧土无侧限,相当于侧限缺失。

所以沉降为⑨点大,②点小。

(2)基坑开挖后,基础地基土有回弹变形,回弹变形往往中间回弹量大,四周小,所以北侧位于中心回降再压缩变形大,而⑨点恰好处于北侧。

通过计算分析及沉降观测结果,沉降量和沉降差均在设计和规范规定的范围内,因此可以判定地基是稳定的。

4.3 施工至26～33层观测结果及分析
(1)停工期间沉降量较小,由此证明砂土地基沉降是瞬时的,不加载沉降量较小,沉降稳定的速率快。

(2)随着与华丰地下室间土的回填,南北两点的沉降差变化不大。

这说明基坑侧面的回填土对沉降有影响。

4.4 主体结构封顶至今沉降观测结果分析及地基承载力验算
4.4.1 沉降观测结果分析
(1)相邻点的沉降差:北面⑨点为44.9mm,南面②点为33.4mm,沉降差为11.5mm。

南北两侧不均匀沉降变化不大。

说明与华丰工程地下室间土的回填起到了作用。

(2)建筑物平均沉降量为39.65mm,平均每层沉降量为0.92mm。

而按程序计算,施工至主体完工时,建筑物平均沉降量为48.29mm。

实测值小于电算计算值,但沉降规律基本上是一致的。

随着时间的推移,沉降量还会有所增加。

程序将沉降计算经验系数ψs按国标取为0.2,而实际沉降对应的沉降计算经验系数ψs应为0.164。

这与《建筑地基基础技术规范》(辽宁省地方标准)的取值相差无几。

(3)建筑物日平均沉降量为0.07mm。

4.4.2 地基承载力验算
根据《建筑地基基础设计规范》中公式。

本工程对施工及使用阶
段各工况进行了地基承载力验算,结果见表3。

由表3可以看出,当主体结构完工及使用阶段,基底平均压力均大于修正后地基承载力特征值,不满足规范要求。

建筑地基基础设计规范规定,对于主裙楼一体的结构,主体结构的地基承载力的深度修正,宜将基础底面以上范围内的荷载按基础两侧的超载考虑,当超载宽度大于基础宽度两倍时,可将超载折算成土层厚度,作为基础埋深。

和本工程相邻华丰地下室设抗浮桩无超载,只能考虑之间部分回填土的超载,但不满足超载宽度要求,剖面示意见图5。

为此进行如下分析。

(1)考虑两地下室间回填土的超载作用,地基承载力满足规范要求。

(2)根据太沙基、迈耶霍夫、汉森几个理论公式,对极限承载力做了计算,然后除以安全系数,其结果远大于地质报告所给的承载力特征值。

(3)另外相邻华丰工程场地做了现场载荷试验,同样的土质,地基承载力特征值fak=650kPa。

(4)从沉降曲线上看,沉降量及沉降差均在规范所规定的范围内,不均匀沉降在缩小,后期沉降较小,该建筑物的沉降基本稳定。

考虑以上因素施工及使用阶段期间地基承载力满足规范要求。

5 结论及建议
(1)应重视超高层建筑在施工和使用期间的沉降观测,它不仅可以作为建筑物地基基础工程质量检查的重要依据,也有利于基础设计理论及沈阳地基基础规范的进一步修正和完善。

(2)天然地基上的超高层建筑的平均每层沉降量要较普通建筑大,本工程平均每层的沉降量为0.92mm。

(3)理论计算时,砂类土沉降计算经验系数ψs按《建筑地基基础技术规范》(辽宁省地方标准)表中取值更为准确。

(4)砂土的的沉降是瞬时的,且沉降稳定的速率快。

本工程主体完工后,沉降基本趋于稳定,后续沉降量很小。

所以对于目前大量的高层,特别是超高层建筑而言,主楼与裙房地下室可连为整体,不设沉降缝,设沉降后浇带,待主体完工后浇筑。

(5)现城市容积率较高,特别是在商业区,新建许多与旧建筑物贴建的工程,此时需进行周密的结构计算,同时加强原建筑的沉降观测。

(6)高层建筑地下室施工完毕后应及时进行基坑回填工作,并确保在相对的两侧或四周同时回填,且分层夯实。

这些须在结构施工图中特殊注明。

回填土的质量影响着基础的埋置作用,对基础沉降影响很大。

(7)沈阳地区砾砂的地基承载力特征值在现有规范的基础上可适当提高。

现勘察阶段,由于基坑尚未开挖,深层载荷试验往往难以实现,沈阳市的砾砂的地基承载力特征值均通过浅层载荷试验确定,这时的试验条件与实际基础相差很大。

与本工程相邻的华p[3] 高层建筑混凝土结构技术规范(JGJ3-2002)[S].
[4] 钱力航.高层建筑箱型与筏形基础的设计计算[M].中国建筑工业出版社.
[5] 宰金珉,宰金璋.高层建筑基础分析与设计[M].中国建筑工业出版社.。