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海坦广场基础结构设计

作者：中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-23 10:03:32 [收藏]


    一、概述
    海坦山城市广场是温州市市政府为提高城市品位，为民创建休憩场所的又一举措。广场方案由澳大利亚环境设计方面的专家设计，我院承接了扩初和施工图阶段的设计任务。广场总建筑面积1.6万m2，中心是一个直径为68米的下沉式广场，设有中心喷泉，周围是地下室车库，设计意图是以下沉突出海拔不高的海坦山风貌，以大台阶引入中心广场，广场中心布置一船型甲板状切入体，体现海边港口城市的地理特点，沿船头甲板中线上布置一方形塔式构筑物，可登高观看下沉广场景致。结构上来讲，本工程采用全现浇、全框架，地下室车库顶板180厚，考虑停车和上部植被荷载地下部份结构抗渗等级S6，C30混凝土。中心下沉区域雨水汇集后已低于市政管网的标高，因此我们要在地下负二层处设二处提升泵站，雨水经提升后接入市政管网。
    二、基础设计
    本工程座落于海坦山脚，瓯江之畔，地质情况相当复杂，整个构筑物平面摊得很大，相应位置情况相差很大。西北方向一层基础已座落于中等风化基岩，东南方南50米左右才见中等风化基岩，在这两者之间的地带地质情况从风化基岩，坡积土、粘土，淤泥渐变，其中±0.000下去9~10米有一透水的贝壳砂砾层，同瓯江潮水相通，这也给中心下沉式底板抗浮设计带来困难，鉴于上述情况，结合整个结构的荷载分布，我们采用多种桩基和特殊地基处理手段相结合的方法来进行解决，按地质情况来分类：一类，基础正位于中等风化基岩的，则柱纵筋直接锚入完整基岩。纵筋锚入基岩时要有一定角度，成放射状，避免直锚在柱截面小范围内造成岩层的破碎。同时，位于坡度比较陡的位置上，要设水平锚杆，防止滑坡。第二类，中等风化基岩埋深在2米~20米以内的采用Φ800以人工挖孔桩，进入中等风化岩，一柱一桩，施工干作业，施工中注意排水，采用中间一个桩位在挖，四个角上桩位在井点降水。第三类，中等风化基岩埋深在20米-50米之间的，采用Φ800径的冲击成孔灌注桩。入中等风化基岩1米，一柱一桩，施工中同简易钻机相配合，由简易钻机取走淤泥和粘土部分；冲击钻孔再接力施工基岩部份，高压水泵吸走桩尖沉渣。从现场情况和桩基动测报告上来看，上述基础处理相当成功，一类基础抗拔实验满足规范要求，第二类人工挖孔桩由于是用振捣器振捣，桩身质量也没有问题，第三类，桩基在有一根在桩顶以下6类处小应变动测发现，桩径有变，后来开挖以后发现是扩颈。全部端承桩，一柱一桩的采用也加快了施工时度，冲击成孔的工艺也解决了山边坡积土中含有孤石，滚石等地质不利条件带来桩基施工困难的问题。
    三、中心下沉底板抗浮岩层锚杆的设计
    由于贝壳砂砾层的透水性使得下沉式底板抗浮的问题显得更加突出。需抗浮的底板范围直径约68米。经过多种方案以比较，结合底板以上地面铺装和绿化植被的要求，和中等风化基岩的埋深情况，决定采用上压下拉的方案来解决抗浮问题。上压即把结构底板下降0.6米上面覆土，这样做有两个好处，一、0.6米正好是中心喷泉的深度，将来底板不用再局部下降，破坏结构的完整性。0.6米的厚度，其它部份覆土回填，也利于上部绿化植坡的种植成活，同时也避免了大面积结构层在夏日上暴晒，覆土起了保温隔热作用。第二覆土也抵消了部份地下水浮力。下拉是指用岩层锚杆抵抗剩下部份的浮力，据由铁道科学院在岩层拉拔实验中表明，当采用热扎螺纹钢筋作为拉杆时，在完整硬质岩层的锚孔中其应力传递深度不超过2m，影响岩层锚杆抗拔力的主要因素是砂浆的握固能力。当岩层锚固深度为0.5m时，钢筋能从砂浆中拔出，但当锚固长度为1-4m时，试验证明各根拉杆均达到钢筋屈服强度。而锚固段未发生破坏，从岩层传递深度2m以及上述结果，说明一般钢拉杆在完整硬质岩层中的锚固深度只要超过2m就已足够。但在使用中，为了保证岩层锚杆的可靠性，还必须事先判明锚固区的岩体有无塌方滑坡的可能。并需防止个别坡节理分割的岩块承受拉力后发生松动。考虑上述诸多因素和计算之后，岩层锚杆设计如下：材料：砂浆采用M40，525普通硅酸盐水泥，中砂，另加三乙醇胺（水泥重量0.03%）提高早期强度，加膨胀剂增加砂浆握固力。锚拉杆件采用热轧三级变形钢筋。25Mnsi，屈服点抗拉强度（0.38/0.58（KN/mm2）），钢筋直径32，帮焊条采用T-55电焊条，帮焊长度按《钢筋混凝土工程施工及验收规范GBJ10-65》钢筋焊接技术要求。设计要求：采用潜孔钻机成孔，泥浆护壁，在贝壳砂砾层加跟套管护壁，孔径Φ130，锚杆进入中等风化基岩3~4米，两种杆长间隔布置，防止群锚效应，按冶金部《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97中的永久性锚杆考虑，安全系数取2，锚杆设计承载力150KN，极限承载力300KN，以钢筋屈服为锚杆破坏状态。施工要求：锚杆每隔1米设一支架以保证其有足够砂浆保护层厚度；搅拌过的浆液需按其配合比；直接均匀地填充到锚固段，必须保证锚固体连续密实；在浆液硬化前为，不能承受外力或由外力引起的锚体移动；锚杆在底板下0.5米范围内涂防锈底漆。锚杆施工完成后，由温州市建筑学会地基处理研究所和中国科学院武汉岩土力学研究所岩土工程检测中心联合对其进行单桩竖向抗拔静力载荷试验。
    2、桩长约为21-22m的69#、71#、102#、433#抗拔桩，当上拔荷载加至300KN时，累计上拔量约为7.0―9.5mm.上拔量没有明显的拐点，回弹量约为累计上拔量的38―43％，上拔极限承载力大于试验的最大荷载，满足设计要求。
    3、桩长约为18―19m的496#和546#抗拔桩，当上拔荷载加至300kN时，累计上拔量最小，约为4.2―4.8mm.上拔量没有明显的拐点，回弹量约为累计上拔量的52―55％，上拔极限承载力大于试验的最大荷载，满足设计要求。
    4、拟建场地位于海坦山残丘东南侧，华盖山残丘北侧，持力层为一弧形坡面，靠近山丘处持力层较浅。由于基岩层以上为淤泥或粘土抗拔力较小，上拔摩擦力主要由埋入基岩的深度控制。在持力层较浅处，抗拔桩进入持力层的深度可能稍大，所以产生较短的桩在上拔荷载相同时，上拔变形量越小的现象。
    当然，上拔变形量与材料的拉伸率有关，同等荷载下上拔变形量与上拔桩长成正比。显然上拔变形量与桩长不是成正比例增长，因而进入持力层的深度对上拨变形量影响较大，桩长钢筋的拉伸对上拔变形量影响较小。
    四、结论
    9组工程抗拔桩加至极限荷载时，Q-S曲线都没有明显的拐点，抗拔极限荷载大于最大试验荷载300KN值，满足设计要求。卸荷后回弹量约占上拔量的40-50%，经过一段时间恢复，此9组抗拔桩仍可作工程桩使用。
    上述试验说明岩层锚杆设计是成功的。
    海坦广场于2000年7月完工，使用至今情况良好。

    参考文献：
    建筑基坑工程技术规范 YB9258-97　 中华人民共和国冶金工业部陈仲颐等，基础工程学 中国建筑工业出版社1990



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