異形建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的抗浮方案分析

吳 棟 王 云飛 杜奕展 張國強

1. 南京市建筑設(shè)計研究院有限責任公司 南京 210005；2. 江蘇運通房地產(chǎn)開發(fā)有限公司 南京 210029；3. 南京建研科技有限公司 南京 210017

1 工程概況

南京新城市虹橋中心二期項目位于南京市鼓樓區(qū)。第二期開發(fā)包括3 棟高層塔樓及多層商業(yè)裙房：其中2 棟25 層的塔樓位于南側(cè)；1 棟17 層的塔樓位于西側(cè)；商業(yè)裙房為純地下結(jié)構(gòu)。該項目單層地下室面積約為3.2 萬m2，地下室3層建筑平面形似繪圖三角尺，其陰影范圍內(nèi)為高層塔樓部分（圖1）。

圖1 地下室3層建筑平面

2 地形地貌

該項目所在場地絕對標高為11.0～14.4 m，大部分位于絕對標高12.0 m左右，場地較為平整。由場地的西南至東北，場地下中風化基巖與地表的距離呈增大的趨勢。南側(cè)塔樓的部分基底位于粉質(zhì)黏土層（②6、③1），大部分基底位于中風化巖層，西側(cè)塔樓的基底位于中風化巖層，商業(yè)裙房的基底大部分位于中風化巖層，有小部分位于粉質(zhì)黏土層。

該項目高層塔樓基底大部分位于中風化巖層，小部分位于粉質(zhì)黏土層。當考慮基礎(chǔ)豎向承壓時，高層塔樓基底位于中風化巖層的部分可采用天然地基，位于粉質(zhì)黏土層的部分采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)或墩基礎(chǔ)。商業(yè)裙房為3層地下室，其基底位于－17.0 m，商業(yè)裙房上部荷載較小，當考慮基礎(chǔ)豎向抗浮時，該部分基礎(chǔ)要抵抗較大的水浮力，并且商業(yè)裙房的面積也比較大，因此裙房基礎(chǔ)的抗浮設(shè)計成為該工程基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵。

3 裙房基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)抗浮方案分析

商業(yè)裙房基礎(chǔ)下的水浮力遠遠大于豎向荷載，因此該部分不需考慮豎向承載問題，僅需考慮抗浮問題。由于商業(yè)裙房范圍內(nèi)存在中風化基巖，地下室的抗浮可采用柱下抗浮樁集中抗浮和錨桿均勻抗浮解決[1,2]。

3.1 柱下抗浮樁集中抗浮

商業(yè)裙房部分無上部結(jié)構(gòu)，該部分考慮3層地下室荷載（每層面荷載15 kN/m2）和覆土0.8 m，則底板承受的浮力荷載為110.6 kN/m2。

若抗拔樁中心距為4.5 m，則單樁承受的浮力為2 240 kN。若樁身直徑選用1 250 mm，則抗拔樁必須入巖7.6 m方可滿足抗浮要求。

抗浮樁的混凝土體積為9.32 m3。

鋼筋混凝土的耐久性要求抗拔樁樁身裂縫必須小于0.2 mm，按照裂縫計算公式[3]，在軸向拉力2 240 kN作用下可推算樁身縱向鋼筋面積為12 000 mm2。該部分鋼筋用量為0.712 t。

地下室底板厚度為800 mm，按照無梁樓蓋計算模型計算，地下室底板配筋為1 710 mm2/m雙層雙向鋼筋。

每平方米地下室底板的混凝土體積=0.8 m3。

每平方米地下室底板的鋼筋用量=0.053 t。

經(jīng)過對大直徑樁入巖費用的實地調(diào)研以及參考已有工程案例，大直徑抗拔樁的主要造價組成為：入巖費用4 000 元/m、空鉆造價為300 元/m3、鋼筋完成價為6 000 元/t、混凝土造價350 元/m3。本工程地下室抗浮面積約為2.2 萬m2，當樁距為4.5 m時，樁數(shù)量為1 110 根，則每平方米樁數(shù)量為0.051 6 根，則地下室每平方米綜合造價為2 860 元。

采用上述計算方法對抗拔樁中心距為3 m、6.4 m、9 m的工況分別進行驗算，計算結(jié)果見圖2。

圖2 大直徑抗拔樁地下室綜合造價比較

由以上計算結(jié)果可知，當采用大直徑抗拔樁時，隨著抗拔樁數(shù)量的增加及抗拔樁的中心距的減小，地下室每平方米的綜合造價在降低，當抗拔樁中心距由9 m減少至3 m，地下室每平方米的綜合造價減少1 440 元。該地下室抗浮面積為2.2 萬m2，可直接減少造價3 168 萬元。因此，地下室抗浮在選用抗拔樁方案時，抗拔樁布置較密、數(shù)量較多時其經(jīng)濟效益較好，采用抗拔錨桿可能是較好的基礎(chǔ)抗浮方案。

3.2 錨桿均勻抗浮

當錨桿的數(shù)量增加時，即錨桿的間距越小，混凝土底板的厚度也越小，單根錨桿承受的水浮力也隨之減小。本工程取錨桿間距為1.5 m，則錨桿承受的水浮力為249 kN。

取錨桿直徑選用0.25 m，則所需錨桿長度為5.28 m。錨桿鋼筋的橫截面積為1 353 mm2，錨桿混凝土體積為0.26 m3，錨桿鋼筋用量為0.056 t。

錨桿間距較小，地下室底板厚度取400 mm，配筋為855 mm2/m鋼筋。

每平方米地下室底板的混凝土體積=0.4 m3。

每平方米地下室底板的鋼筋用量=0.027 t。

經(jīng)過對抗拔錨桿的前期調(diào)研，錨桿鉆孔費用為300 元/m，抗浮錨桿混凝土為1 500 元/m3。則地下室每平方米綜合造價為1 330 元。

將錨桿間距逐漸增大，通過調(diào)整錨桿的直徑使錨桿的錨固段滿足設(shè)計要求，每平方米的總造價計算結(jié)果見圖3。

圖3 抗拔錨桿地下室綜合造價比較

根據(jù)以上計算結(jié)果，當?shù)叵率铱垢》桨覆捎每垢″^桿時，地下室綜合造價最低為1 213 元/m2，其造價成本要遠遠低于大直徑抗拔樁抗浮方案；地下室的綜合造價并未一直隨抗浮錨桿間距的減小而降低，而是在抗浮錨桿間距為2.0 m時出現(xiàn)最小值。

4 結(jié)論

新城市虹橋中心二期項目是由高層塔樓和地下商業(yè)裙房組成的城市綜合體，其基礎(chǔ)底面大部分位于中風化巖層，由于商業(yè)裙房面積較大，其地下室埋深較深，地下室基礎(chǔ)抗浮設(shè)計成為其基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵。經(jīng)過對大直徑抗拔樁和抗拔錨桿的計算分析，得到以下結(jié)論：

（a）當采用大直徑抗拔樁抗浮時，隨著抗拔樁數(shù)量的增加及抗拔樁的中心距的減小，地下室每平方米的綜合造價在降低，抗拔樁中心距由9 m減少至3 m，地下室每平方米的綜合造價減少1 440 元；

（b）當?shù)叵率铱垢》桨覆捎每垢″^桿時，地下室綜合造價最低為1 213 元/m2，其造價成本要遠遠低于大直徑抗拔樁抗浮方案；

（c）地下室的綜合造價并未一直隨抗浮錨桿間距的減小而降低，而是在抗浮錨桿間距為2.0 m時出現(xiàn)最小值，因此該項目地下室抗浮方案建議采用間距為2.0 m錨桿進行抗浮。