深圳萬(wàn)科云城項(xiàng)目巖石地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

張帆

【摘要】深圳萬(wàn)科云城項(xiàng)目場(chǎng)地條件優(yōu)良，為天然裸露的花崗巖地基，在巖石地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采取合適恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法，是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是能否將自然資源的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮的關(guān)鍵。本文通過(guò)介紹巖石地基設(shè)計(jì)過(guò)程中的若干重點(diǎn)，表明了基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理，并產(chǎn)生了較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

Abstract：The geological condition of the project named Shenzhen Vanke Cloud City is excellent， as the granite fully covering the site.In the process of the design of foundation， taking an appropriate method is the key to design the foundation suitably and have the merit of this excellent geological condition used fully. This thesis shows what the problems met in the process and how to tackle them in a proper way to make a suitable and economic design.

【關(guān)鍵詞】深圳萬(wàn)科云城項(xiàng)目；巖石地基；基礎(chǔ)抗剪；局部受壓；國(guó)家規(guī)范；地方規(guī)范

Keywords：Shenzhen Vanke Cloud City project；The geological condition；Foundation shear resistance；local compressive；National code；Local code

1、工程概況

萬(wàn)科云城項(xiàng)目位于深圳市南山區(qū)留仙洞核心片區(qū)，占地面積45萬(wàn)m2，總建筑面積160萬(wàn)m2，項(xiàng)目分多期多地塊依次建設(shè)，涵蓋了超高層住宅、高層公寓、超高層辦公樓、大型商業(yè)綜合體、綠廊公共休閑區(qū)，各單體錯(cuò)落有致、交相輝映，宛若一座“云城”巍峨秀美。項(xiàng)目整體效果如圖1所示。

項(xiàng)目場(chǎng)地隸屬于塘朗山脈，原始地形情況為開(kāi)山爆破形成的狀態(tài)，存在大量裸露的天然花崗巖及用于平整場(chǎng)地的人工填土。如圖2所示。

對(duì)于這樣良好的地質(zhì)條件，毫無(wú)疑問(wèn)，天然基礎(chǔ)是不二的選擇，也是節(jié)約成本的關(guān)鍵所在。筆者將項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些關(guān)鍵點(diǎn)在下面章節(jié)作出介紹。

2、墻下條基的抗剪設(shè)計(jì)

以工程中某一片剪力墻下的條形基礎(chǔ)為例，介紹墻下條基抗剪驗(yàn)算時(shí)，在不同規(guī)范要求下計(jì)算結(jié)果的情況。

經(jīng)YJK計(jì)算得到的墻肢的軸力及基礎(chǔ)布置情況，得到地基凈反力Pj=6000kN/m，剪力墻厚600mm，剪力墻邊每側(cè)外擴(kuò)500mm為條基邊界，先假定基礎(chǔ)高度為1500mm，如圖3所示。

首先，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5007-2011，（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)家規(guī)范”）相關(guān)要求計(jì)算。取墻柱邊截面（1-1截面）考慮抗剪問(wèn)題，得到每延米寬度基礎(chǔ)單側(cè)受到剪切力設(shè)計(jì)值為V=0.5x6000=3000kN。

其次，按《貴州省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DB22/45-2004（以下簡(jiǎn)稱“貴州規(guī)范”）考慮，抗剪計(jì)算截面依然是取1-1截面，剪切力設(shè)計(jì)值與按《國(guó)家規(guī)范》計(jì)算結(jié)果一樣。

第三，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ-15-31-2003（以下簡(jiǎn)稱“廣東規(guī)范”）考慮，規(guī)范要求的是取距墻柱邊h0/2處截面，此時(shí)計(jì)算截面位于基礎(chǔ)范圍外，也就是說(shuō)不存在抗剪問(wèn)題。

以上三本規(guī)范對(duì)抗剪計(jì)算截面的選取如圖4所示。

接下來(lái)，需要對(duì)計(jì)算截面的抗剪承載力進(jìn)行計(jì)算。為方便計(jì)算對(duì)比，將主要參數(shù)取值為：基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，保護(hù)層厚度統(tǒng)一取100mm，臺(tái)階寬高比λ取1.0，對(duì)于截面高度影響系數(shù)的算法，因兩本地方規(guī)范版本年限都較久，國(guó)家規(guī)范版本年限較新，為統(tǒng)一比較，βhs 取0.85，實(shí)際工程按國(guó)家規(guī)范取值并精確計(jì)算，以策安全。

經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，如要滿足國(guó)家規(guī)范及貴州規(guī)范的要求，基礎(chǔ)高度需要分別增大至3300mm和1650mm，若執(zhí)行廣東省標(biāo)準(zhǔn)不僅可以滿足要求，還可以大幅優(yōu)化截面高度至850mm左右。如圖5所示。

由此看來(lái)，因不同規(guī)范對(duì)抗剪設(shè)計(jì)的不同要求，導(dǎo)致結(jié)果相差巨大。國(guó)家規(guī)范在02版中其實(shí)并未明確過(guò)擴(kuò)展基礎(chǔ)的斜截面承載力計(jì)算要求，新規(guī)范對(duì)于是否需要進(jìn)行抗剪驗(yàn)算也給出了前提條件（當(dāng)然對(duì)于墻下條基各規(guī)范均明確要求驗(yàn)算）。而地方規(guī)范對(duì)于國(guó)家規(guī)范的延伸及拓展卻不盡相同。對(duì)于驗(yàn)算的截面位置，貴州規(guī)范在與國(guó)家規(guī)范是一致的，僅僅是通過(guò)“剛性角”概念的不同取值將承載力計(jì)算公式做出了調(diào)整，旨在將承載力提高作為一種放松措施；對(duì)于承載力計(jì)算公式來(lái)說(shuō)，廣東規(guī)范與國(guó)家規(guī)范卻是一致的，但計(jì)算截面位置的選取卻完全不同，旨在將受荷面積減小作為一種放松的措施。

由于地方規(guī)范對(duì)放松措施不同，結(jié)合前面的特例計(jì)算對(duì)比，發(fā)現(xiàn)貴州省相對(duì)保守些，而廣東省尺度就比較大。也就是說(shuō)提高混凝土的抗剪承載力一般來(lái)說(shuō)“跑不過(guò)”荷載的直接增減。

各規(guī)范的條文說(shuō)明對(duì)當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗(yàn)、沖剪破壞的機(jī)理以及相關(guān)概念都有各自的解釋，那么也就對(duì)如何指導(dǎo)設(shè)計(jì)帶來(lái)了困擾。

為此筆者查閱了大量相關(guān)資料，經(jīng)過(guò)公司總工的悉心指導(dǎo)并向當(dāng)?shù)貛孜粰?quán)威專家的咨詢以及與審圖單位的溝通，一方面結(jié)合到業(yè)主對(duì)于爆破成本的要求，摒棄了“苛刻”的國(guó)家規(guī)范；另一方面考慮到目前此問(wèn)題尚未在工程界達(dá)成一致（遺憾的是新版廣東省地規(guī)至今未試行，其報(bào)批稿對(duì)此問(wèn)題依舊維持原版說(shuō)法），直接采用“激進(jìn)”的當(dāng)?shù)匾?guī)范稍欠穩(wěn)妥；最終敲定按貴州省標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)。

3、基礎(chǔ)的局部受壓驗(yàn)算

良好堅(jiān)硬的巖石地基對(duì)于控制基礎(chǔ)底面積優(yōu)勢(shì)是明顯的，可以將建筑物的大荷載“化解”在很小的區(qū)域。同時(shí)，較小的基礎(chǔ)平面尺寸也帶來(lái)了局壓?jiǎn)栴}。由局壓原理及公式可知，當(dāng)?shù)蜆?biāo)號(hào)砼構(gòu)件平面尺寸過(guò)小時(shí)，局壓?jiǎn)栴}可能凸顯。本節(jié)還是以此條基為例簡(jiǎn)單介紹如下。

因基礎(chǔ)內(nèi)配置的鋼筋并不符合規(guī)范中提到的鋼筋網(wǎng)片的相關(guān)要求，所以應(yīng)按素混凝土進(jìn)行局壓驗(yàn)算。以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010中附錄D為依據(jù)，主要計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6。

按規(guī)范中“同心、對(duì)稱”原則，得到局部受壓計(jì)算底面積Ab=1.6m2，局部受壓計(jì)算面積Al=0.6m2；局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù)β=1.63，素混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcc=14.2N/mm2，最后結(jié)果顯示局部受壓可以滿足計(jì)算要求，計(jì)算過(guò)程較為簡(jiǎn)單就不一一贅述。

將驗(yàn)算工作進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的反推，便可得知，通過(guò)查閱墻柱軸壓比的情況可以較快較直觀地發(fā)現(xiàn)可能存在局壓?jiǎn)栴}的墻柱，對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)也省時(shí)省力。比如上述的算例中，即使剪力墻軸壓比達(dá)到0.7～0.8的水平（顯然上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中不會(huì)出現(xiàn)這種情況），局壓?jiǎn)栴}應(yīng)當(dāng)是可控的。另外，雖然柱下獨(dú)基的局壓承載力提高系數(shù)要更高，但柱子的軸壓比限制也較高，設(shè)計(jì)過(guò)程中也表明柱下局壓?jiǎn)栴}要顯著一些。

這里需要說(shuō)明的是，按局壓驗(yàn)算公式，墻柱底力采取的是基本組合（一般為最不利組合），而軸壓比中的軸力為地震作用下的組合，因此這兩種工況之間的數(shù)值肯定會(huì)存在差異，這就需要設(shè)計(jì)人員把握各單體結(jié)構(gòu)特性的規(guī)律（結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)是風(fēng)控制還是地震控制），進(jìn)行甄別后再做局壓判斷，方為穩(wěn)妥。

4、施工圖設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)的情況

項(xiàng)目進(jìn)入施工圖階段時(shí)，結(jié)合工程的一些實(shí)際情況，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題以及采取的措施下面簡(jiǎn)單介紹如下。

首先是盲溝排水做法。根據(jù)地勘報(bào)告中水文條件及現(xiàn)場(chǎng)相鄰項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目地下水很少，因此業(yè)主方會(huì)同地勘單位經(jīng)過(guò)多番考察、設(shè)計(jì)、論證，采用了底板下鋪設(shè)盲溝的做法，將地下水位控制在底板之下，徹底解決了地下室抗浮問(wèn)題。

其次是巖錨基礎(chǔ)。前面章節(jié)提到的都是各單體主樓下的基礎(chǔ)問(wèn)題，而對(duì)于無(wú)上部結(jié)構(gòu)的“純地下室”區(qū)域，如進(jìn)行二次基坑爆破肯定費(fèi)時(shí)費(fèi)力?？紤]到軸力水平普遍較小，天然地基承載力fak達(dá)到20Mpa，相當(dāng)于整個(gè)場(chǎng)地是C40混凝土組成的大塊體，地下室中的豎向構(gòu)件的混凝土為C35，又加上無(wú)抗浮問(wèn)題，因此對(duì)于這部分基礎(chǔ)采用了柱下巖錨基礎(chǔ)，實(shí)際設(shè)計(jì)中的做法是僅將柱四角縱筋錨入基巖內(nèi)。

至于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，主要是基坑爆破的一些相關(guān)問(wèn)題。與土質(zhì)地基不同，基坑開(kāi)爆實(shí)際上很難精確到位，超爆、炸松、多次爆等問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，因此也要求設(shè)計(jì)方充分考慮回填問(wèn)題，并且褥墊層的存在對(duì)于巖石地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)及盲溝的鋪設(shè)都是很關(guān)鍵的。

總結(jié)：

縱觀項(xiàng)目整個(gè)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，顯然基礎(chǔ)的抗剪問(wèn)題是重點(diǎn)。對(duì)于規(guī)范的理解、選擇、運(yùn)用，筆者從項(xiàng)目開(kāi)始的就不斷試算并且反復(fù)糾結(jié)，期間還電話咨詢過(guò)省地規(guī)編委方小丹教授，受益匪淺。這些都為筆者積累了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

致謝：感謝全國(guó)超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員會(huì)方小丹、魏璉，深圳七星方圓設(shè)計(jì)顧問(wèn)公司首席工程師徐青對(duì)本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出的寶貴意見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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