钟闻华,张克恭,刘松玉
(东南大学交通学院岩土工程研究所,江苏南京 210096)
摘 要：对天然地基上采用筏板基础的两栋建筑的实测资料进行分析，总结了不同刚度的筏板基础的受力和变形特点：分析发现，筏板基础的刚度对基底土反力分布产生很大的影响，而地基土的弹性模量变化对土反力分布影响不大，但对筏板的相对弯曲度沉降影响较大：在上部结构的施工过程中，筏板的中性轴在不断上移，筏板内的钢筋应力值始终很小，因此建议设计时应减少筏板的配筋率：
关键词：天然地基；筏板基础；受力特点；变形规律
建筑物的基础设计在整个结构设计中占有十分 重要的地位，它是上部结构与下部地基的纽带如果基础类型选择恰当，设计合理，可以节约资金，缩短施工工期 采用箱形基础或片筏基础的高层建筑，其基础工程的费用约占建筑总投资的10％～ 20％ 相应的施工工期约占总工期的 20％～25％，而采用桩基础的高层建筑，上两项的比例分别为20％～30％和30％～40％。而国外有关资料报道， 采用天然基础造价约为桩基础20％～60％。
目前，很多地区的高层建筑一般采用桩基础． 而且都是满堂布桩。这主要是由于基础设计理论不完善，地基土参数选择的偶然性比较大，因此，设计人员都采用比较保险的桩基础，这样造成了建设资金中有相当大的份额是 “看不见的投资，有的甚至是浪费。如果在条件允许时，采用天然地基，如筏板基础、箱形基础等，将会节省投资，缩短工期，而且能减少环境污染。特别是筏板基础，它能够提供一个空间很大的地下室，用作地下车库或地下商城，这非常适合当前各大城市用地比较紧张的情况。但是，由于筏板基础的刚度要比箱基础或桩基础的刚度小得多，因此筏基的变形及受力状况要复杂得多，这也限制其在实践中的应用 如果对筏板基础的受力特点及变形规律有进一步的了解，就可以为筏板基础的设计及应用提供理论依据。因此，本文主要从两个工程实例来分析筏板的受力变 形特点，可供采用天然地基的建筑设计参考。
1 实例情况
实例l(深基础)，南京某高层建筑，主楼地上28层，采用框筒结构，裙房4层，采用框架结构，主裙楼下均设2层地下室。该场地地表层以下10m左右即为软质基岩，承载力为 600kPa 基础 设计采用筏板基础直接支撑在软质基岩上。整个筏板厚度不同，主楼下为2.0m的厚筏．而裙楼下采用0.6m厚的筏板及1.2m高的基础粱纵横接通，主楼与裙房之间不设沉降缝。
实例2(浅基础 )，南京某多层住宅楼，工程设计地上7层，总建筑面积7876m ，底层框架结构，其中局部布置较薄弱的剪力墙，二层以上为砖混结构，基础为带肋梁的筏板基础，平面尺寸16.3m*46.8m，板厚300mm，肋梁尺寸为 6OOmm × 800mm及 350mm×850mm ，场地的表层土为 2 5～ 4．0m厚人工填土，然后用 1：1石屑道渣回填并压实，作为持力层，下卧层为亚粘土层，承载力为 8OkPa。
在上述两个实例的筏板底面和筏板内各布置了若干个土压力计和钢筋计用于监测．通过跟踪监测，得到许多有价值的数据。
2 筏板基础的变形分析
对于高层建筑下的筏基，实测到的沉降资料表明 (如图1)，主楼核心筒处的沉降最大，主楼外围沉降次之，裙房沉降最小。在施工初期，刚度较小的裙房下的筏板边缘产生上翘现象(解决办法附后)．并且随着上部荷载的增加，上抬更加明显，当上部结构施工至 l4层时，上抬量达到最大值．随后又逐渐下沉，
实测数据显示直到结构结顶时，筏板边缘仍有少量上抬(解决办法附后)。该高楼在主楼与裙房之间的差异沉降不明显，主要是由于软质基岩的弹性模量较大．使得整幢建筑的平均沉降量只有 6～7mm．因此，筏板厚度变化处的沉降差很小。另外，筏板的整体相对弯曲只有0.014％，主楼下厚筏的相对弯曲只有0.0l16％。多层建筑基底下筏板沿着长跨方向(46.8m)，其沉降变形在刚开始时，基本上是均匀沉降，到后期其变形形状与高层建筑下的筏板一样 (如图2)，都是中间沉降大,两端沉降小,形成盆状。而沿着短跨方向 (16．3m)几乎是均匀沉降。虽然其上部荷载比实例 1中的高层建筑要小得多．但筏板的最大相对弯曲达到0．O21％，最大沉降量达 4．5cm 主要是由于两者地基土的弹性模量及筏板的刚度不同所致。因此，在采用天然筏基设计时,可以对地基土进行预处理以提高地基土的弹性模量，减少差异沉降。
图 1 某 28 层建筑的实例沉降曲线
图2某 7 层建筑的实例沉降曲线 (纵向)
3 筏板基础的受力特性
3、1 筏底的土反力
图3 - 6为筏底土反力分布图。沿着筏板纵向(图3) , 土反力从上部结构施工开始就呈现马鞍形分布, 随着上部荷载的增加,土压力分布形式保持不变, 只是各点处的压力值都在增大。当上部结构施工至 5 层以后,边缘处的土反力值约为中间处土反力值的 1.3 倍。而沿着横向 (图4) , 由于跨度较小 ,土反力基本上一直是均匀增长。另外 , 柱子下面的地基土反力要比跨中土反力大 , 主要是因为柱子下设有加劲梁 , 其刚要比跨中板的刚度大 , 所以土反力也大。由此可见 , 基础刚度的局部变化对土反力的分布有一定的影响。
在筏板厚度突变处, 土反力的值也发生突变(如图5) , 厚度大的筏板下的土反力要大得多。基底土反力相对集中在主楼基础边缘及筒下体边缘 ,因为这部分筏板的刚度相对较大。
图 3 沿纵向(48.6 m) 筏底土反力实测分布图(浅基础)
图 4 沿横向(16.3m) 筏底土反力实测分布图(浅基础)
图 5 筏基底面土压力实测分布之一(a) 和之二(b)
3、2 筏板内钢筋应力
筏板混凝土浇筑完成后, 由于混凝土收缩 , 筏板顶、底面处的钢筋都产生一定量的压力, 最大值为23.6 MPa , 这部分预压应力对基础的设计非常有利 , 在设计时应该加以利用。在施工过程中随着上部荷载的增加, 钢筋的压应力逐渐变小 (图6) 。如表 1 所示,上部结构施工到第 2 层时, 就有部分钢筋开始受拉 , 施工至第5层后, 所有钢筋基本上都处于受拉状态。钢筋应力变化绝对值 (即上部荷载作用下产生的钢筋拉应力) 较小,平均值约为15 MPa , 最大值为31.5 MPa ,只有钢筋设计值的1/8～1/12 , 也就是说钢筋实际受到的拉力远小于设计值 ,因此 ,可适当减少筏板的配筋率。另一方面 ,从钢筋的应力变化中可发现,筏板的中性轴在不断上移 ,整体弯曲越来越大 ,到最后中性轴上移至筏板顶面以上,这一结论与常规的倒楼盖设计方法相差较大。而整体刚度较大的结构 ,基础的中性轴甚至移到第一层底面以上 ,从图 6 ( b) 可知,第一层底面板的上下两层钢筋最后都处于受拉状态 ,说明中性轴已在第一层以上。很遗憾 ,没有对于第一层以上的楼层作跟踪测试 ,因此不能确定中性轴最终移至何处。
表 1 筏板底层钢盘应力随上部荷载的变化
图 6 筏板内钢筋(a) 和一层楼内钢筋(b) 应力实测分布
4 结 论
通过分析, 可得到以下几点结构:
(1) 当筏板的跨度较大时，筏板的沉降变形一般是盆状,中间的沉降大,边缘的沉降小 , 而地基土的弹性模量对这一特点的影响不明显。但是地基土的弹性模量对筏板的平均沉降和相对弯曲有一定的影响。弹性模量大的土层上的筏板的整体弯曲小(见实例1),反之,则相对弯曲明显。筏板基础由于中间沉降量大,有可能造成外围边缘处上翘现象,特别是当边缘刚度较小时上翘现象更明显。(解决办法附后)
(2) 当上部传下来的荷载小于地基承载力设计值时,即地基土处于弹性状态,筏板底面的土反力分布是马鞍形的,边缘处的土反力值大,中间的土反力小。基础的刚度对土反力分布影响较大,刚度大的地方,土反力也大,刚度发生突变的部位,土反力也会相应发生突变。
(3)筏板混凝土浇筑完成后,由于混凝土产生收缩,在筏板内产生一定量的预压应力, 使得板顶面和底面处的钢筋都处于受压状态。随着上部结构施工的进展,结构整体的刚度不断增大,钢筋内的预压应力逐渐减少,并转变为拉应力,直到几乎全部钢筋都处于受拉状态, 这表明筏板的整体弯曲逐渐变大,其中性轴在不断的上移,最终,移到筏板顶面以上,筏板整体处于受拉状态。对于整体性较强的结构,其中性轴甚至上移到第一层的楼面以上(如实例 1) 。从测试得到的钢筋应力值来看，实际受力只占设计值的 1P8～1P12 ,钢筋的承载力远远没有发挥出来,因此,建议在今后的设计中可适当减少筏板的配筋量。
文章转自中山大学学报2002-2期（自然科学版）
在使用天然地基由于不均匀沉降，会产生外围边缘上翘的现象，影响很大，同时使用天然地基，当主体以外的裙楼或车库面临地下水浮力时，是不能使用抗拔桩的（地基基础规范，当主楼使用天然地基，裙楼不宜使用桩抗浮），会造成不均匀沉降的加剧，此时使用配重混凝土是最完美的解决方案。 联*系*：137O1189OO7 ：朱先生 （欢迎咨询）
北京可耐可特新材料有限公司，专注配重混凝土15年，提供全国最好的特种混凝土解决方案与产品，一直走在行业的前沿，引领发展，愿与各界人士合作共赢，共创建筑行业的美好明天。
(东南大学交通学院岩土工程研究所,江苏南京 210096)
摘 要：对天然地基上采用筏板基础的两栋建筑的实测资料进行分析，总结了不同刚度的筏板基础的受力和变形特点：分析发现，筏板基础的刚度对基底土反力分布产生很大的影响，而地基土的弹性模量变化对土反力分布影响不大，但对筏板的相对弯曲度沉降影响较大：在上部结构的施工过程中，筏板的中性轴在不断上移，筏板内的钢筋应力值始终很小，因此建议设计时应减少筏板的配筋率：
关键词：天然地基；筏板基础；受力特点；变形规律
建筑物的基础设计在整个结构设计中占有十分 重要的地位，它是上部结构与下部地基的纽带如果基础类型选择恰当，设计合理，可以节约资金，缩短施工工期 采用箱形基础或片筏基础的高层建筑，其基础工程的费用约占建筑总投资的10％～ 20％ 相应的施工工期约占总工期的 20％～25％，而采用桩基础的高层建筑，上两项的比例分别为20％～30％和30％～40％。而国外有关资料报道， 采用天然基础造价约为桩基础20％～60％。
目前，很多地区的高层建筑一般采用桩基础． 而且都是满堂布桩。这主要是由于基础设计理论不完善，地基土参数选择的偶然性比较大，因此，设计人员都采用比较保险的桩基础，这样造成了建设资金中有相当大的份额是 “看不见的投资，有的甚至是浪费。如果在条件允许时，采用天然地基，如筏板基础、箱形基础等，将会节省投资，缩短工期，而且能减少环境污染。特别是筏板基础，它能够提供一个空间很大的地下室，用作地下车库或地下商城，这非常适合当前各大城市用地比较紧张的情况。但是，由于筏板基础的刚度要比箱基础或桩基础的刚度小得多，因此筏基的变形及受力状况要复杂得多，这也限制其在实践中的应用 如果对筏板基础的受力特点及变形规律有进一步的了解，就可以为筏板基础的设计及应用提供理论依据。因此，本文主要从两个工程实例来分析筏板的受力变 形特点，可供采用天然地基的建筑设计参考。
1 实例情况
实例l(深基础)，南京某高层建筑，主楼地上28层，采用框筒结构，裙房4层，采用框架结构，主裙楼下均设2层地下室。该场地地表层以下10m左右即为软质基岩，承载力为 600kPa 基础 设计采用筏板基础直接支撑在软质基岩上。整个筏板厚度不同，主楼下为2.0m的厚筏．而裙楼下采用0.6m厚的筏板及1.2m高的基础粱纵横接通，主楼与裙房之间不设沉降缝。
实例2(浅基础 )，南京某多层住宅楼，工程设计地上7层，总建筑面积7876m ，底层框架结构，其中局部布置较薄弱的剪力墙，二层以上为砖混结构，基础为带肋梁的筏板基础，平面尺寸16.3m*46.8m，板厚300mm，肋梁尺寸为 6OOmm × 800mm及 350mm×850mm ，场地的表层土为 2 5～ 4．0m厚人工填土，然后用 1：1石屑道渣回填并压实，作为持力层，下卧层为亚粘土层，承载力为 8OkPa。
在上述两个实例的筏板底面和筏板内各布置了若干个土压力计和钢筋计用于监测．通过跟踪监测，得到许多有价值的数据。
2 筏板基础的变形分析
对于高层建筑下的筏基，实测到的沉降资料表明 (如图1)，主楼核心筒处的沉降最大，主楼外围沉降次之，裙房沉降最小。在施工初期，刚度较小的裙房下的筏板边缘产生上翘现象(解决办法附后)．并且随着上部荷载的增加，上抬更加明显，当上部结构施工至 l4层时，上抬量达到最大值．随后又逐渐下沉，
实测数据显示直到结构结顶时，筏板边缘仍有少量上抬(解决办法附后)。该高楼在主楼与裙房之间的差异沉降不明显，主要是由于软质基岩的弹性模量较大．使得整幢建筑的平均沉降量只有 6～7mm．因此，筏板厚度变化处的沉降差很小。另外，筏板的整体相对弯曲只有0.014％，主楼下厚筏的相对弯曲只有0.0l16％。多层建筑基底下筏板沿着长跨方向(46.8m)，其沉降变形在刚开始时，基本上是均匀沉降，到后期其变形形状与高层建筑下的筏板一样 (如图2)，都是中间沉降大,两端沉降小,形成盆状。而沿着短跨方向 (16．3m)几乎是均匀沉降。虽然其上部荷载比实例 1中的高层建筑要小得多．但筏板的最大相对弯曲达到0．O21％，最大沉降量达 4．5cm 主要是由于两者地基土的弹性模量及筏板的刚度不同所致。因此，在采用天然筏基设计时,可以对地基土进行预处理以提高地基土的弹性模量，减少差异沉降。
图 1 某 28 层建筑的实例沉降曲线
图2某 7 层建筑的实例沉降曲线 (纵向)
3 筏板基础的受力特性
3、1 筏底的土反力
图3 - 6为筏底土反力分布图。沿着筏板纵向(图3) , 土反力从上部结构施工开始就呈现马鞍形分布, 随着上部荷载的增加,土压力分布形式保持不变, 只是各点处的压力值都在增大。当上部结构施工至 5 层以后,边缘处的土反力值约为中间处土反力值的 1.3 倍。而沿着横向 (图4) , 由于跨度较小 ,土反力基本上一直是均匀增长。另外 , 柱子下面的地基土反力要比跨中土反力大 , 主要是因为柱子下设有加劲梁 , 其刚要比跨中板的刚度大 , 所以土反力也大。由此可见 , 基础刚度的局部变化对土反力的分布有一定的影响。
在筏板厚度突变处, 土反力的值也发生突变(如图5) , 厚度大的筏板下的土反力要大得多。基底土反力相对集中在主楼基础边缘及筒下体边缘 ,因为这部分筏板的刚度相对较大。
图 3 沿纵向(48.6 m) 筏底土反力实测分布图(浅基础)
图 4 沿横向(16.3m) 筏底土反力实测分布图(浅基础)
图 5 筏基底面土压力实测分布之一(a) 和之二(b)
3、2 筏板内钢筋应力
筏板混凝土浇筑完成后, 由于混凝土收缩 , 筏板顶、底面处的钢筋都产生一定量的压力, 最大值为23.6 MPa , 这部分预压应力对基础的设计非常有利 , 在设计时应该加以利用。在施工过程中随着上部荷载的增加, 钢筋的压应力逐渐变小 (图6) 。如表 1 所示,上部结构施工到第 2 层时, 就有部分钢筋开始受拉 , 施工至第5层后, 所有钢筋基本上都处于受拉状态。钢筋应力变化绝对值 (即上部荷载作用下产生的钢筋拉应力) 较小,平均值约为15 MPa , 最大值为31.5 MPa ,只有钢筋设计值的1/8～1/12 , 也就是说钢筋实际受到的拉力远小于设计值 ,因此 ,可适当减少筏板的配筋率。另一方面 ,从钢筋的应力变化中可发现,筏板的中性轴在不断上移 ,整体弯曲越来越大 ,到最后中性轴上移至筏板顶面以上,这一结论与常规的倒楼盖设计方法相差较大。而整体刚度较大的结构 ,基础的中性轴甚至移到第一层底面以上 ,从图 6 ( b) 可知,第一层底面板的上下两层钢筋最后都处于受拉状态 ,说明中性轴已在第一层以上。很遗憾 ,没有对于第一层以上的楼层作跟踪测试 ,因此不能确定中性轴最终移至何处。
表 1 筏板底层钢盘应力随上部荷载的变化
图 6 筏板内钢筋(a) 和一层楼内钢筋(b) 应力实测分布
4 结 论
通过分析, 可得到以下几点结构:
(1) 当筏板的跨度较大时，筏板的沉降变形一般是盆状,中间的沉降大,边缘的沉降小 , 而地基土的弹性模量对这一特点的影响不明显。但是地基土的弹性模量对筏板的平均沉降和相对弯曲有一定的影响。弹性模量大的土层上的筏板的整体弯曲小(见实例1),反之,则相对弯曲明显。筏板基础由于中间沉降量大,有可能造成外围边缘处上翘现象,特别是当边缘刚度较小时上翘现象更明显。(解决办法附后)
(2) 当上部传下来的荷载小于地基承载力设计值时,即地基土处于弹性状态,筏板底面的土反力分布是马鞍形的,边缘处的土反力值大,中间的土反力小。基础的刚度对土反力分布影响较大,刚度大的地方,土反力也大,刚度发生突变的部位,土反力也会相应发生突变。
(3)筏板混凝土浇筑完成后,由于混凝土产生收缩,在筏板内产生一定量的预压应力, 使得板顶面和底面处的钢筋都处于受压状态。随着上部结构施工的进展,结构整体的刚度不断增大,钢筋内的预压应力逐渐减少,并转变为拉应力,直到几乎全部钢筋都处于受拉状态, 这表明筏板的整体弯曲逐渐变大,其中性轴在不断的上移,最终,移到筏板顶面以上,筏板整体处于受拉状态。对于整体性较强的结构,其中性轴甚至上移到第一层的楼面以上(如实例 1) 。从测试得到的钢筋应力值来看，实际受力只占设计值的 1P8～1P12 ,钢筋的承载力远远没有发挥出来,因此,建议在今后的设计中可适当减少筏板的配筋量。
文章转自中山大学学报2002-2期（自然科学版）
在使用天然地基由于不均匀沉降，会产生外围边缘上翘的现象，影响很大，同时使用天然地基，当主体以外的裙楼或车库面临地下水浮力时，是不能使用抗拔桩的（地基基础规范，当主楼使用天然地基，裙楼不宜使用桩抗浮），会造成不均匀沉降的加剧，此时使用配重混凝土是最完美的解决方案。 联*系*：137O1189OO7 ：朱先生 （欢迎咨询）
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