现代建筑结构基础分析

王帅

摘要：高层建筑物基础沉降是施工过程中对施工质量的重要监测指标，而基础沉降量的预测是施工质量的保证和预报预警的重要措施。本文研究了对于高层建筑物在施工过程中的沉降安全性分析，介绍了土的渗透性破坏形式并对桩基的承载力进行分析，有利于避免建筑物桩基沉降带来的危险。

关键词：建筑结构;基础沉降;桩基承载力

1 土的渗透性破坏形式

由水利工程中水工建筑结构基础中土体间存在十分不规则断面和形状的间隙，因此水在土体颗粒间隙中的渗透流动过程是个非常复杂的过程。为研究水在土中颗粒间的流动过程，采用单位时间内通过土体单位面积的水量来表示渗透速度来代替真实的渗透速度。在水利工程中，土工建筑物中的渗流过程，由于渗透力的存在以及某一渗流通道的集中冲刷会削弱建筑物本身的安全性以及地基的稳定性。根据以往水利工程中因结构基础失事的一些统计数据中可知，渗透破坏可能性占很大比例，对结构安全性有着严重的削弱作用。

2 桩基的承载力分析

我国各种建筑物的基础建设理念也放弃了以原有的天然土，而多采用桩基础的型式，特别是灌注桩基础的形式因其具有地层适应性强、桩长桩径可按设计灵活选用、单桩承载力大的优点而得到广泛应用。但是桩基础在成桩的过程中总是会在桩侧形成难于剔除的泥皮和在桩基础底面位置留有难于清理干净的沉渣。

2.1 桩侧泥皮对桩基础承载能力的影响

由于桩基础施工过程中钻机扰动、地下水压力的变化、以及不同深度土的性质不同等因素会造成孔径变化，因此为了稳定孔壁，防止塌孔、缩孔，平衡地层压力通常会采用泥浆护壁措施。然而泥浆护壁成孔后一般会在桩基础四周形成一层泥皮，厚度因施工条件不同会出现从几毫米到几厘米的不同结果。桩基础四周泥皮的存在，改变了桩基础和四周土体相互作用关系。相对无泥皮的桩基础四周的土体，桩侧泥皮具有较低的抗剪强度、较高含水量、较大的压缩性，因此当泥皮很厚时，桩基础四周土体的物理力学性质将会受到一定程度的削弱作用，使得桩基础摩阻力大幅度减小。当桩基础四周泥皮较厚时还会桩基础的摩阻力产生软化作用，从而严重削弱了桩基础的承载能力。

2.2 樁端沉渣对桩基础承载能力的影响

以前大多数科研人员都认为桩基础的摩阻力和桩基础底面的端阻力是没有直接关系的，而桩基础的承载能力的值也只是桩基础的摩阻力和桩基础底面的端阻力大小的简单相加。由此，如果施工场地不发生改变，工程地址就不会发生改变，因此桩基础的桩侧摩阻力和桩端阻力便不会再发生改变，如果基于以上结论，那么无论在施工过程中采用何种类型的桩，它的承载能力都不会发生改变。由于施工工艺、施工规范性等因素会造成桩基础底面产生不同程度厚度的沉渣情况，从而降低桩基础底面的端阻力，因此会对桩基础的承载力产生一定削弱作用。

3 建筑基础沉降和承载力

当上部结构对基础的作用力大于地基的极限承载能力时会使巧基础四周的土体发生剪切破坏，通常根据剪切破坏特点可以将破坏形式主要分为三种，如图1所示。

由图可以看出：桩基础四周土体发生整体剪切破坏时，土体内部能够形成延展到地面的连续滑动面，并且桩基础四周圆环面顶部的地面会隆起，此时桩基础沉降与所受的荷载力呈线性变化，当桩基础四周土体出现破坏时的荷载沉降曲线正处于曲线拐点的位置，如图1（a）所示;桩基础四周土体发生局部剪切破坏相比整体剪切破坏，尽管在结构基础中也形成了明显的破坏区和桩基础四周圆环面顶部的地面也相应向上微微隆起，但是并未能形成延伸至地面的连续滑动面，而且桩基础的荷载一沉降曲线一直呈非线性变化并且无明显的拐点，如图1（b）所示;桩基础四周土体冲剪破坏的特点是在结构基础中没有形成破坏区或滑动面，而是上部结构作用荷载的增加并且达到一定数值时，桩基础将随着土的压缩而发生近乎垂直地连续刺人的剪切破坏，桩基础此时的荷载一沉降曲线并不会拐点，如图1（c）所示。

综合考虑了土的压缩性，建议用桩基础四周土的刚度指标Ir与土的临界刚度Ir（cr）大小关系将桩基础四周土体划分为划分相对可压缩和相对不可压缩的两大类型，并据此判断桩基础四周土体的破坏形式。若Ir>Ir（cr），桩基础四周土体是相对不可压缩的，桩基础四周土体将发生剪切破坏;若Irk Ir（cr），认为桩基础四周土体是相对可压缩的，此时桩基础四周土体可能发生局部剪切破坏也可能发生冲剪破坏。其中桩基础四周土体的刚度可按下式计算，即

其中G为土的剪切模量，kPa;E为土的变形模量，kPa; v为土的泊松比;c为土的凝聚力，kPa;Ψ为土的内摩擦角;q₀为桩基础四周土体中膨胀区平均超载压力，kPa。

4 结论

文本介绍了土的渗透性破坏形式并对桩基的承载力进行了分析，有利于避免建筑物桩基沉降带来的危险。

参考文献

[1]中华人民共和国标准.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.