CN116815837B - 软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，所述施工方法包括步骤：建立结构分析模型，进行筏板竖向变形计算；拟合出函数表达式y=f(x)；根据y’’=0，求出对应的x ₁、x ₂作为筏板后浇带中心点，确定筏板过渡区的位置；确定筏板分级抬升参数；对筏板进行施工，并按照分级抬升参数进行高度补偿。该施工方法通过建立结构模型得到沉降预测数值，拟合出函数表达式，并通过二阶导数得到后浇带理论中心线，并对后浇带理论中心线之间的区域的筏板采用分级抬升进行施工，使得超高层施工完毕后，筏板及各层楼板能够近乎完全水平。通过合理确定后浇带理论中心线的位置，能够实现筏板截面分布的最优形态，达到成本和安全的平衡。

Description

软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法

技术领域

本发明涉及一种软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，属于建筑施工技术领域。

背景技术

在软土地区建造超高层建筑，一般采用桩筏基础的形式，其基础接近于刚性基础的受力性状，在长期荷载作用下基础产生一种“锅（盆）底形”的变形，变形梯度主要集中在“锅（盆）边”区域，这会造成后期基础和楼层的竖向变形导致楼面不平，也就是由于这种不均匀的锅底形变形拉动上部楼层的楼面竖向沉降，以上海所在的软土地区为例长期的沉降差大约为10cm，通过常规的方法难以消除这种沉降差，造成楼面的不平影响正常使用。

发明内容

针对软土地区建造超高层建筑时桩筏基础产生锅（盆）底形沉降影响后期使用的问题，本发明提供了软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，以消除沉降。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，所述超高层包括塔楼和裙楼；所述桩筏基础包括第一筏板、第二筏板、过渡区和后浇带，第一筏板的厚度大于第二筏板的厚度；所述施工方法包括如下步骤：

步骤一、建立结构分析模型，进行筏板竖向变形计算；

步骤二、根据筏板竖向变形数值，拟合出函数表达式y=f(x)；

步骤三、根据y’’=0，求出对应的x ₁、x ₂，将x ₁、x ₂对应位置作为筏板后浇带中心点，根据塔楼尺寸、后浇带位置确定筏板过渡区的位置；

步骤四、确定筏板分级抬升参数，计算最大变形值y _max，抬升最大值H_max取为后浇带中心点之间区域的最大变形值与最小变形值差值的1/2，将H_max分为n层，每一层高度a为H_max/n，结合y=－0.5f(x)曲线，确定每一层的抬高控制边线；

步骤五、对筏板进行施工，并按照步骤四中确定的分级抬升参数进行高度补偿。

进一步，所述施工方法还包括如下步骤：

步骤六、进行地下室各层顶板及裙楼各楼层板、裙楼顶板施工时，先按每一层的最大变形的最大值与最小变形值差值的1/2作为该层的抬高控制值，并结合每一层变形拟合曲线的镜像曲线作为分级抬高控制边线，施工至每一层时均按照所在层的分级抬升参数进行高度补偿。

进一步，所述步骤一中，筏板竖向变形值包括：

降水工况造成地基沉降值；

基坑开挖工况造成基坑土体的非线性回弹值，由于基坑变形造成坑内土体的挤压形成基坑土体向上隆起值；

结构施工工况下由于结构施工长期作用下地基会产生沉降值；

地下结构封闭后重新受到水浮力作用结构整体上抬值。

进一步，当施工到上部一定高度，监测数据显示筏板局部因沉降导致沉降变化率较大时，应设置压载水箱至沉降较少或隆起处设置水箱并注水进行临时压载，随着上部结构逐渐就位时，按逐渐增加的荷载值开始放水进行同步卸载；

对于整体沉降较大的部位应进行注浆加固和增补筏板厚度加固。

进一步，塔楼总层数为N，施工至N-2层时复测此时楼面标高，计算实际标高与设计标高的差值作为补偿差，利用N-2层、N-1层、N层进行修正补偿，各修正1/3。

进一步，步骤五中，对筏板进行施工具体为：

采用钢筋标尺定位，分级浇筑，顺序为由下至上、由中心向四周，当混凝土流动性过大时应分层多次浇筑直至标尺预定刻度，保证在上层混凝土初凝之前，浇筑平面范围满足要求。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本申请提供的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，通过建立结构模型得到沉降预测数值，然后拟合出沉降与位点的函数表达式，并通过二阶导数得到后浇带理论中心线，并对后浇带理论中心线之间的区域的筏板采用分级抬升进行施工，使得超高层施工完毕后，筏板的平整度能够满足使用要求。另外，通过合理确定后浇带理论中心线的位置，能够实现筏板截面分布的最优形态，达到成本和安全的平衡，能够避免因筏板过渡区范围过大而造成成本增加，或因过渡区范围过小而造成应力急剧变化及布桩困难。所述施工方法考虑了造成沉降的多种因素，优化了传统的筏板设计；设置筏板预抬高，并给出预抬高施工方法及施工过程中不均匀沉降补偿方法，实现了过渡区以内的筏板面积既要满足桩基承载力的要求也要满足沉降变形的要求，实现了成本和安全的平衡。

附图说明

图1为本发明一实施例中的软土地质超高层筏板沉降曲线示意图；

图2为本发明一实施例中的软土地质超高层筏板沉降等值线示意图；

图3为本发明一实施例提供的筏板分级抬高控制图；

图4为本发明一实施例提供的筏板、裙楼分级抬高示意图；

图5为本发明一实施例提供的超高层施工后筏板、裙楼变形后示意图；

图6为本发明一实施例提供的筏板变形拟合曲线示意图。

图中标号如下：

1-筏板；11-第一筏板；12-第二筏板；13-过渡区；14-后浇带；2-裙楼；3-塔楼；4-钢筋标尺；5-剪力墙或柱；6-分级抬高控制边线；7-后浇带理论中心线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本实施例提供了一种软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法。下面结合图1至图6所示，对所述施工方法作进一步描述。

结合图1和图2所示，所述超高层包括塔楼3和裙楼2，或者包括塔楼3和地下室。所述桩筏基础包括筏板11和桩基，所述筏板11包括第一筏板11、第二筏板12、过渡区13和后浇带4。第一筏板11主要位于塔楼3下方，第二筏板12主要位于裙楼2下方，由于塔楼3处的竖向荷载较大，因此所述第一筏板11的厚度大于第二筏板12的厚度。由于塔楼3和裙楼2的竖向荷载差别较大，往往使筏板1呈现以塔楼3为中心的锅底形沉降，图2给出了沉降的等值线示意图。过渡区位于第一筏板与第二筏板之间的连接处，后浇带位于第二筏板上，过渡区离塔楼太远容易造成成本浪费，过渡区13离主楼太近容易造成内力急剧变化，且桩基布设困难，传统设计中对于这种情况难以平衡，本发明针对以上情况，先通过结构模型计算出竖向变形值，再拟合出沉降曲线并用数学公式进行表达，然后根据沉降曲线拐点确定沉降后浇带4位置，通过沉降后浇带4位置按规范确定筏板1过渡区13位置，实现了过渡区13以内的筏板1面积既要满足桩基承载力的要求也要满足沉降变形的要求，实现了成本和安全的平衡。

下面以超高层设置有裙楼为例进行描述，需要说明的是，在不设置裙楼时，分级抬升仅至地下室顶板，施工原理与设置裙楼相同。

所述施工方法包括如下步骤：

步骤一、建立结构分析模型，进行筏板1竖向变形计算。

结构分析模型可采用有限元模型，有限元模型计算出多个离散点的变形数据。在设置有限元模型时，需要考虑降如下工况：（1）降水工况，因为降水相当于减少了水浮力造成加载，从而造成地基沉降；（2）基坑开挖工况，因为土体卸载相当于竖向负加载，造成基坑土体的非线性回弹，同时由于基坑变形造成坑内土体的挤压隆起，从而形成基坑土体的向上隆起；（3）结构施工工况，由于结构施工长期作用下地基会产生沉降；（4）地下结构封闭后重新受到水浮力作用，结构整体会上抬。在考虑上述四种工况叠加的情形下，计算得到筏板1结构各点的竖向变形预测值。

步骤二、根据计算得到的筏板1竖向变形数值，拟合出函数表达式y=f(x)。

由于步骤一种计算的竖向变形数值为离散点，需要拟合出函数表达式，采用沉降与点位的表达式表达出锅底形变形的曲线。

为了便于拟合出函数表达式y=f(x)，可选取通过塔楼3中心的一个竖直截面作为计算截面，将锅底形沉降转化为一条中间下凹的曲线。

步骤三、根据y’’=0，求出对应的x ₁、x ₂，将x ₁、x ₂对应位置作为筏板1后浇带4中心点，根据塔楼3尺寸、后浇带4位置确定筏板1过渡区13的位置。

在步骤一中建立结构模型时，不考虑后浇带4位置。步骤三中利用拟合曲线二阶导数求拟合曲线拐点x ₁、x ₂，得到后浇带理论中心线7。第一筏板11的范围需要覆盖塔楼3的位置，以此确定第一筏板11的边界，第一筏板11的边界也是过渡区13的起点边界，然后确定后浇带理论中心线7与过渡区13之间间距，从而确定过渡区13的终点边界。

步骤四、确定筏板1分级抬升参数，计算最大变形值y _max，抬升最大值H_max取为后浇带4中心点之间区域的最大变形值与最小变形值差值的1/2，即（y _max-y _min）/2，其中y _min为后浇带理论中心线7变形值，将H_max分为n层，每一层高度a为H_max/n，结合y=－0.5f(x)曲线，确定每一层的抬高控制边线；

步骤五、如图4所示，对筏板1进行施工，并按照步骤四中确定的分级抬升参数进行高度补偿。

本实施例提供的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，通过建立结构模型得到沉降预测数值，然后拟合出沉降与位点的函数表达式，并通过二阶导数得到后浇带理论中心线7，并对后浇带理论中心线7之间的区域的筏板1采用分级抬升进行施工，使得超高层施工完毕后，筏板1的平整度能够满足使用要求。所述施工方法考虑了造成沉降因素，优化了传统的筏板1设计；设置筏板1预抬高，并给出预抬高施工方法及施工过程中不均匀沉降补偿方法。在建立结构分析模型时，筏板1的过渡区13先根据传统方法得到，或根据经验预设，不考虑沉降后浇带4。

在一个具体实施例中，所述施工方法还包括如下步骤：步骤六、进行地下室各层顶板及裙楼2各楼层板、裙楼2顶板施工时，先按每一层的最大变形的最大值与最小变形值差值的1/2作为该层的抬高控制值，并结合每一层变形拟合曲线的镜像曲线作为分级抬高控制边线6，施工至每一层时均按照所在层的分级抬升参数进行高度补偿。本实施例中，仅对裙楼2顶板及高度以下的楼层板、地下室顶板、筏板1采用分级抬高的方式进行高度补偿，相邻两层之间的剪力墙或柱5按设计长度进行施工，施工后如图4所示。待施工完毕超高层沉降后，沉降变形如图5所示。

在一个具体实施例中，超高层塔楼3高300m，筏板1选取160m×160m，塔楼3范围为中心50m×50m，桩长60m，桩径1m，桩间距2~3m。根据上述数据建立有限元结构模型，在考虑降水工况、基坑开挖工况、结构施工工况、地下结构封闭工况下，计算得到最终沉降预测数据，并采用高斯函数进行拟合，拟合出沉降曲线的数学表达式，参见图1、图2和图6所示，其中高斯函数见公式1，拟合后的数学表达式见公式2；然后通过二阶导数得到后浇带理论中心线7，二阶导数参见公式3，后浇带理论中心线7x ₁=45.396，x ₂=86.665；然后确定分级抬升参数，y _max=8.14cm，H_max取40mm，分成5层进行控制，每一层厚度为8mm，并对于后浇带理论中心线7之间的区域的筏板1在考虑分级抬升参数的情形下进行施工，参见图3和图4所示。

其中，

（1），

（2），

（3）。

在一个具体实施例中，在得到后浇带理论中心线7的点位后，根据桩的承载力，筏板1的承载力等因素，对后浇带理论中心线7进行修正，选取最大包络范围的点作为最终后浇带4位置，进而得到过渡区13位置。

在一个具体实施例中，根据计算结果预测过渡区13以内筏板1的各点总的竖向变形值，绘值以筏板1面为坐标系的沉降变形曲面。对于有与塔楼3相连的裙楼2区域，裙楼2区域跨越后浇带4时，应分别计算后浇带4两侧裙楼2区域的沉降值，当沉降值差别较大时也应进行抬高处理。

在一个具体实施例中，在施工主控制网的基础上建立过渡区13以内筏板1测量控制网，专门用于筏板1抬高施工的标准网，标高控制范围为沉降后浇带4以内区域，标高传递采用多点法。

在一个具体实施例中，对于后浇带理论中心线7之间的筏板1的最大的沉降值与最小的沉降值差的1/2分多级进行控制，分别计算抬高值。抬高施工步骤：采用钢筋标尺4定位，分级浇筑，顺序为由下至上、由中心向四周，当混凝土流动性过大时应分层多次浇筑直至标尺预定刻度，注意浇筑时机应保证在上层砼初凝之前，浇筑平面范围如沉降等高线图所示，浇筑高度为沉降等高线的1/2。筏板1浇筑完成后，设置静力水准仪进行不均匀沉降监测。

在一个具体实施例中，当施工到裙房顶前，不设裙楼2的施工至地下室顶板前，将每一层结构计算得到的沉降值的最大值与最小值的差值的1/2作为楼层标高的抬高值，具体处理方法同上。当施工到裙房顶或的地下室顶后，不设裙楼2的施工至地下室顶板后，标高控制采用主控制网，不再分级调控，每层的标高传递采用单点法。

在一个具体实施例中，一次施工至N-2层（N为结构总层数），复测此时楼面标高，采用天顶法进行复测、采用GPS法进行复核确定N-2层的实际标高，计算实际标高与设计标高的差值作为补偿差，利用N-2层、N-1层、N层进行修正补偿，各修正1/3。

在一个具体实施例中，当施工到上部一定高度的结构时，监测数据显示筏板1局部因沉降导致沉降变化率较大时，应设置压载水箱至沉降较少或隆起处进行临时压载，随着上部结构逐渐就位时，按逐渐增加的荷载值开始放水进行同步卸载，对于沉降较大的部位应进行注浆加固和增补筏板厚度加固，当筏板厚度超过1000mm时不可使用增补筏板厚度加固，增补筏板厚度加固最佳效果在筏板厚度为400~800mm时。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，所述超高层包括塔楼和裙楼；所述桩筏基础的筏板包括第一筏板、第二筏板、过渡区和后浇带，第一筏板的厚度大于第二筏板的厚度；其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

步骤一、建立结构分析模型，进行筏板竖向变形计算；

步骤二、根据筏板竖向变形数值，拟合出函数表达式y=f(x)；

步骤三、根据y’’=0，求出对应的x ₁、x ₂，将x ₁、x ₂对应位置作为筏板后浇带中心点，根据塔楼尺寸、后浇带位置确定筏板过渡区的位置；

步骤四、确定筏板分级抬升参数，计算最大变形值y _max，抬升最大值H_max取为后浇带中心点之间区域的最大变形值与最小变形值差值的1/2，将H_max分为n层，每一层高度a为H_max/n，结合y=－0.5f(x)曲线，确定每一层的抬高控制边线；

步骤五、对筏板进行施工，并按照步骤四中确定的分级抬升参数进行高度补偿。

2.如权利要求1所述的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，其特征在于，

所述施工方法还包括如下步骤：

步骤六、进行地下室各层顶板及裙楼各楼层板、裙楼顶板施工时，先按每一层的最大变形的最大值与最小变形值差值的1/2作为该层的抬高控制值，并结合每一层变形拟合曲线的镜像曲线作为分级抬高控制边线，施工至每一层时均按照所在层的分级抬升参数进行高度补偿。

3.如权利要求1所述的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，其特征在于，

所述步骤一中，筏板竖向变形值包括：

降水工况造成地基沉降值；

基坑开挖工况造成基坑土体的非线性回弹值，由于基坑变形造成坑内土体的挤压形成基坑土体向上隆起值；

结构施工工况下由于结构施工长期作用下地基会产生沉降值；

地下结构封闭后重新受到水浮力作用结构整体上抬值。

4.如权利要求1所述的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，其特征在于，

当施工到上部一定高度，监测数据显示筏板局部因沉降导致沉降变化率较大时，应设置压载水箱至沉降较少或隆起处设置水箱并注水进行临时压载，随着上部结构逐渐就位时，按逐渐增加的荷载值开始放水进行同步卸载；

对于整体沉降较大的部位应进行注浆加固和增补筏板厚度加固。

5.如权利要求1所述的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，其特征在于，

塔楼总层数为N，施工至N-2层时复测此时楼面标高，计算实际标高与设计标高的差值作为补偿差，利用N-2层、N-1层、N层进行修正补偿，各修正1/3。

6.如权利要求1所述的软土地质超高层桩筏基础预抬施工方法，其特征在于，

步骤五中，对筏板进行施工，具体为：

采用钢筋标尺定位，分级浇筑，顺序为由下至上、由中心向四周，当混凝土流动性过大时应分层多次浇筑直至标尺预定刻度，保证在上层混凝土初凝之前，浇筑平面范围满足要求。