相邻荷载作用下地基变形计算分析

王松松

（太原市建筑工程质量检测站有限公司，山西 太原 030002）

0 前言

在当今城市建设中，新建建筑物越来越近，后建建筑物的建成对其周边既有建筑物的地基可能产生新的变形，进而影响周边既有建筑物的地基基础稳定性和安全状况。本文将通过一工程实例，对既有建筑地基在相邻荷载作用下的变形进行计算分析。某住宅楼为建成有10年的框架剪力墙结构房屋，临近住宅楼北侧一高层住宅项目正在建设。既有住宅楼主楼为地下一层，地上十一层，建筑高度34.85m，框架剪力墙结构，筏板基础；裙楼位于主楼北侧，地下一层，地上一层，框架结构，条形基础，与主楼之间不设伸缩缝，施工时留有后浇带。裙楼北侧在建项目为地下一层，地上十五层，复式高层住宅项目，建筑总高度78.7m，地下室层高：3.6m，一层4.3m，二层3.6m，住宅层高5.4m（平层2.8，跃层2.6m），剪力墙结构。高层住宅项目于2012年7月开工，2013年9月停工，现施工至地上十一层，高度为 56m。在建高层项目南侧基础边缘距离既有住宅楼地下室外墙的距离东侧最小，约为0.49m，西侧最大，约为1.19m；在建高层项目基底标高比既有住宅楼裙楼基底标高低0.7m，比主楼基底标高低0.2m；在建高层住宅项目施工至目前进度，比既有住宅楼高约 23米；若施工至设计高度，比既有住宅楼高约 50米。平面示意图及竖向示意图见图1、图2。

图1 相邻项目平面位置示意图

图2 相邻项目竖向位置示意图

1 地基土物理力学指标及工程特性

表1 两个项目地基土物理力学指标及工程特性对比

根据上表地基土物理力学指标及工程性质对比可知，两场地地基土土层分布相似，地基土各层物理力学指标及工程特性相当。在建高层住宅项目地基持力层为第②层卵石层，承载力特征值采用250kPa；既有住宅楼地基持力层为②层卵石层，地基承载力特征值采用 250kPa卵石层边坡稳定计算建议卵石参数为：c=0kPa，φ=45°。

2 地基变形计算

在建高层住宅项目的建设相当于既有住宅楼的地基北侧作用有相邻荷载，在相邻荷载的作用下，既有住宅楼商住楼地基会产生新的变形。根据在建高层住宅项目设计总高度，2#住宅楼层数最多，高度最高，本次地基变形计算相邻荷载按2#住宅楼基地反力计算。

2.1 现阶段地基变形计算

（1）基地反力计算

按照在建高层住宅项目2#住宅楼的实际结构布置情况和基础布置情况，以目前施工至地上十一层考虑（包含装修使用后恒荷载和活荷载），在准永久荷载组合下，计算得在建高层住宅项目主楼及地库基底压力如下：

总竖向荷载(含基础自重)：195008 (kN)

底板平均反力(含基础自重)：305kPa；

最大压力：313kPa； 最小压力：297kPa。

本次计算按基地最大压力313kPa计算。

（2）地基参数选取

既有住宅楼地基土性质如下所示：②卵石，厚度3.9m（除去开挖深度），变形模量E0=21MPa；③卵石，15.4m（参考相邻地勘），变形模量E0=32MPa；④泥岩，未揭穿，变形模量E0=40MPa。

故地基土各层的压缩模量为：②卵石 Es=26.2MPa，③卵石 Es=40MPa，④泥岩Es=50MPa。

（3）分层总和法地基沉降量计算

1）裙楼地基变形

基础底面以下，共有三层地基土：②卵石，厚度3.9m；③卵石，15.4m；④泥岩，未揭穿。分层总和法[1]计算结果如下：

表2 裙楼分层总和法地基沉降量计算结果

根据上表，最后1m厚土层的变形量为1.37mm，总沉降量为102.43mm，1.37mm故地基沉降计算深度取33.3m合理。

2)主楼地基变形

主楼基础筏板北侧边缘距离 2#楼基础筏板南侧边缘距离为约 17.8m，按最不利条件45°扩散，2#楼基地压力扩散至既有住宅楼商住楼基础筏板北侧边缘处时的附加应力为：

313kPa-20 kN/m3×17.8m=-43kPa＜0

说明目前阶段（包含装修及楼面活荷载），在建高层住宅项目2#住宅楼基地压力尚未对美丽家园住宅楼底部筏板基础正下方的地基产生新的附加应力。

（4）规范法[2]地基变形计算

裙楼地基最终沉降量：s=ψss′=0.2×102.43=20.5mm（2）

2.2 施工至设计高度后地基变形计算

（1）基地反力计算

按照在建高层住宅项目2#住宅楼的实际结构布置情况和基础布置情况，以设计高度考虑（包含装修使用后恒荷载和活荷载），在准永久荷载组合下，计算得在建高层住宅项目主楼及地库基底压力如下：

总竖向荷载(含基础自重)：255639 (kN)

底板平均反力(含基础自重)：400kPa；

最大压力：407kPa； 最小压力：393kPa。

本次计算按基地最大压力407kPa计算，

（2）分层总和法地基沉降量计算

1）裙楼地基变形

基础底面以下，共有三层地基土：②卵石，厚度3.9m；③卵石，15.4m；④泥岩，未揭穿。分层总和法计算结果如下：

表4 裙楼分层总和法地基沉降量计算结果

根据上表，最后1m厚土层的变形量为1.78mm，总沉降量为133.19mm，1.78mm故地基沉降计算深度取33.3m合理。

2)主楼地基变形

主楼基础筏板北侧边缘距离 2#楼基础筏板南侧边缘距离为约 17.8m，按最不利条件45°扩散，2#楼基地压力扩散至既有住宅楼商住楼基础筏板北侧边缘处时的附加应力为：

407kPa-20 kN/m3×17.8m=51kPa

基础底面以下，共有三层地基土：②卵石，厚度3.4m；③卵石，15.4m；④泥岩，未揭穿。分层总和法计算结果如下：

表5 主楼分层总和法地基沉降量计算结果

Δsi(mm)0 0 2.3 0.00 0.5000 51 3.4 3.4 26.2 2.3 0.22 0.4994 51 3.31 8.4 5 40 2.3 0.53 0.4928 51 3.11 13.4 5 40 2.3 0.85 0.4782 51 2.89 19.8 5.4 40 2.3 1.25 0.4512 51 3.22 24.8 5 50 2.3 1.57 0.4272 51 1.69 29.8 5 50 2.3 1.89 0.4032 51 1.45 32.8 3 50 2.3 2.08 0.3894 51 0.77 33.8 1 50 2.3 2.14 0.3852 51 0.25总变形量 s′ 16.7

根据上表，最后1m厚土层的变形量为0.25mm，总沉降量为16.7mm，0.25mm故地基沉降计算深度取33.8m合理。

（3）规范法地基变形计算

裙楼地基最终沉降量：s=ψss′ =0.2×133.19=26.6mm

主楼地基最终沉降量：s=ψss′ =0.2×16.7=3.34mm

经上述地基变形计算可知，在建高层住宅项目施工至目前阶段（包括装修后的恒荷载和楼面活荷载），引起了既有住宅楼商住楼北侧地基基础的变形，尚未引起住宅楼底部筏板正下方的地基变形；但是，按设计高度计算，在建高层住宅项目的基地压力进一步加大，会引起既有住宅楼商住楼裙楼地基变形的加大，并进一步引起主楼底部筏板下方地基的变形。

3 总结

通过相邻荷载作用下地基变形计算，当新建项目基础距离周边建筑距离较近，新建项目高度较大，基地压力较大时，会引起周边既有建筑地基产生新的变形。这种变形对既有建筑物的地基稳定及安全是有不利影响的，所以在新建项目的前期规划设计时应充分调查周边建筑物的地基基础情况，制定合理的地基处理方案。此次计算分析也可得出，在卵石持力层地基中，相邻荷载作用下，分层总和法计算结果和规范法计算结果存在明显差异，有待对其他土质情况的地基变形进行进一步研究和分析。