江西商聯中心地下室抗浮設計及造價比較

鄧聲祥 江西省建筑設計研究總院，南昌 330046

由于地下室埋深較深、水壓力較大、上部荷載較小，抗浮設計成為地下室結構設計主要內容，也成為地下工程建設工期控制、質量控制、經濟性指標控制的關鍵。江西商聯中心地下室面積大，地下層數多，抗浮水位高，對整個項目的工期及成本影響大，地下室底板的抗浮設計成為整個項目設計的重要環(huán)節(jié)。本文以江西商聯中心地下室底板抗浮設計為例，對抗拔樁合理布置和設計進行分析，為類似條件下的地下室抗浮設計提供參考。

1 工程概況

江西商聯中心位于南昌市紅谷灘新區(qū)鳳凰洲，場地東側緊鄰贛江。項目總建筑面積為57萬m2，地上由2棟250米超高層酒店寫字樓、4～7層大型購物休閑中心組成，正負零黃海高程為22.100米。地下總建筑面積為21萬m2，地下室東西長約570米，南北長約150米，三層地下室，地下室底板面標高為-14.0米（黃海高程為8.100米），不設置伸縮縫，所有地上建筑都與地下室相連，地下室頂板作為結構嵌固端。

購物休閑中心采用框架結構，標準柱網為9×11.4米；酒店寫字樓采用框架-核心筒結構。項目抗震設防烈度為6度，地面粗糙度為B類，基礎采用鉆孔灌注樁，樁端持力層為中風化砂礫巖層，結構安全等級為一級。地基基礎設計等級及建筑樁基設計等級均為甲級。

2 地質水文情況

根據地勘報告，場地區(qū)域穩(wěn)定性較好。場地內無不良地質作用，勘察深度內未發(fā)現臨空面、洞穴、軟弱夾層及斷裂構造通過，適宜擬建工程的建設。場地地層結構自上而下分別為：①填土，工程特性較差，均勻性較差，不可作為基礎持力層。②粉土，中密狀，中壓縮性，工程特性一般，厚度存在一定的變化，不可作為本工程基礎持力層。③粉質黏土，可塑狀，中等壓縮性，工程特性一般，厚度存在一定的變化，不可作為本工程基礎持力層。④淤泥質粉質黏土，軟塑狀，高壓縮性。承載力低，工程特性較差，不可作為基礎持力層。⑤細砂，飽和狀，松散，層頂標高為10.15～18.15m。承載力低，工程特性差，不可作為本工程基礎持力層。⑥粗砂，飽和狀，稍密，層頂標高為6.60～13.58m。承載力特征值為180kPa，承載力較高，工程特性較好，不可作為本工程基礎持力層。⑦礫砂，飽和狀，稍密，層頂標高為3.54～8.67m。但位于地下水位以下，承載力特征值分別為250kPa，承載力較高，均勻性較好，工程特性好，不可作為本工程基礎持力層。⑧-1強風化粉砂質泥巖，屬軟質巖，具遇水易軟化、失水干裂特性，承載力特征值為300kPa，承載力好，但其厚度較薄，層頂標高為1.53～3.33m。不宜作為樁端持力層；-2中風化粉砂質泥巖；-3微風化粉砂質泥巖；-4未風化粉砂質泥巖：屬軟質巖，具遇水易軟化、失水干裂特性，巖石基本質量等級為Ⅳ級。巖石飽和單軸抗壓強度標準值分別為6.9MPa、8.9MPa、11.0MPa，其承載力較高，均可作為樁基礎樁端持力層。

場地地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水，賦存于全新統（Q4al）沖積砂礫石層中，勘察期間地下水穩(wěn)定水位埋深為6.10～8.70m，水位標高為11.37～12.00m。地下水位年變幅為3.00～8.00m。含水層綜合滲透系數采用120m/d。根據本區(qū)水文氣象及場地地形、地貌條件，結合擬建工程特點及贛江水位近年的變化條件等因素，本項目抗浮設防水位標高黃海高程為20.50m。因地下室占地面積及底面埋深較大，相應地下水對其產生的浮托作用也大，工程設計時應進行抗浮驗算，當不能滿足要求時應采取抗浮措施，抗浮樁樁端錨固段可選擇⑧-2中風化巖層，其樁側極限側阻力標準值為266kPa。

3 抗浮措施選型

工程中常用的整體抗浮措施有截水排水法、配重抗浮、抗拔錨桿錨索抗浮、抗拔錨樁抗浮。

截水排水法通常用于山地或坡地建筑，地表水可通過地面硬化在地表設置截水溝有組織排放，地下水可通過設置在底板下濾水層、盲溝通過重力流的方式向場地外排出。

配重抗浮是利用一切可以利用和可以增加結構重量的方法抵抗水浮力，常用方法有在地下室頂板或底板上回填質量密度較大的級配砂石、或在底板下設置低等級的混凝土掛重或加厚底板。當水浮力不大或自重與水浮力相差不大時可考慮采用，若不符合上述情況會使工程造價提高。

抗拔錨桿錨索抗浮，且作為永久性抗浮措施，一般在基巖較淺時采用，且地下水對鋼筋無腐蝕性時采用。當地下室基巖較深且地下水豐富時，錨桿施工時容易出現離析、漏漿、勁縮、強度等工程質量問題，錨桿混凝土裂縫開展情況離散性也很大。當地下水對鋼筋有腐蝕性時，錨桿的耐久性問題不好解決。

抗拔錨樁兼有抗壓和抗拔的作用，相當于一樁兩用。在地下室基坑土方開挖前，抗拔錨樁同抗壓樁、基坑支護樁一道施工。錨桿需等基坑開挖后才施工，抗拔錨樁相比錨桿抗浮，縮短了工期，減短了基坑支護及止水帷幕暴露時間。抗拔錨樁相比配重抗浮減小了基坑支護深度，節(jié)約了基坑支護的造價。

綜合考慮本工程地質、水文、造價、工期、質量等因素，本工程抗浮措施定為抗拔錨樁。

4 底板防水板方案選型及工程造價比較

底板防水板通常兩種，即梁板式防水底板、帶承臺柱帽倒無梁底板。梁板式防水底板傳力路徑是底板—地梁—承臺—基礎，由于梁的分割作用，板砼用量較小，板鋼筋用量較小，梁鋼筋用量較大。帶承臺柱帽倒無梁樓蓋傳力路徑是底板—承臺柱帽—基礎，所有材料用量均在底板和柱帽上。本工程裙樓范圍較大，裙樓外純地下室范圍較小，為得到合理的經濟效益，對裙樓區(qū)域地下室標準柱跨9×11.4米采用兩種底板方案進行計算分析，倒無梁形式的底板鋼筋用量比倒梁板式的要少，增加了經濟效益。

5 抗浮樁布置方式選取及工程造價比較

本工程抗浮設防水位黃海高程為20.500米，地下室底板面標高黃海高程為8.100米，底板0.7米厚，作用在底板的水壓力131kPa，標準跨柱距9m×11.4m內底板水浮力標準值131×9×11.4=13440kN。

裙樓標準跨柱距9m×11.4m內總豎向力標準值約為16800kN，至少需要2根抗壓基樁；標準跨柱距內總水浮力標準值為13440kN，恒載標準值約為13200kN，則總抗浮荷載標準值為13440×1.05-13200=912kN，需1根抗拔基樁。利用2根抗壓基樁兼作抗拔基樁，集中布置在柱下即可滿足抗壓抗拔要求。

純地下室（裙樓外）標準跨柱距9m×11.4m內總豎向力標準值約為9600kN，需要1根抗壓基樁；標準跨柱距內總水浮力標準值13440kN，恒載標準值約為7500kN，則總抗浮荷載標準值為13440×1.05-7500=6612kN，需3根抗拔基樁。純地下室工程樁布置有兩種方式，方式一，工程樁集中式布置，利用3根抗拔基樁兼作抗壓基樁，集中布置在柱下。此方式充分利用了上部結構恒載自重抵抗水浮力，抗浮不足部分利用抗拔樁抵抗。方式二，工程樁分散式布置，柱下布置1根抗壓基樁，3根抗拔樁分散布置，標準柱跨范圍內共需4根工程樁。此方式有利于減小底板主控應力—無梁板的跨中和支座彎矩，從而降低底板造價。