移動硅谷創(chuàng)新中心三期基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計

凌沛春，吳會閣，楊金明，駱盼育

（1.中國建筑科學(xué)研究院，北京100013；2.河北地質(zhì)大學(xué)勘查技術(shù)與工程學(xué)院，石家莊050043）

0 引言

大型的商業(yè)綜合體一般包括多棟高層塔樓和配套多層裙房，塔樓荷載大、裙房荷載小，塔樓筒體荷載大、塔樓外框架區(qū)荷載相對小，基底荷載分布很不均勻。因此，塔樓多采用樁基礎(chǔ)或復(fù)合地基來滿足承載力和沉降變形的要求；而配套裙房及純地下室一般采用天然地基即可。

在以往采用天然地基或均勻布樁時，基礎(chǔ)沉降變形出現(xiàn)“碟形”分布，差異沉降大，基礎(chǔ)底板發(fā)生整體彎曲，基礎(chǔ)內(nèi)力大。而上部計算時認(rèn)為嵌固于基礎(chǔ)頂面，基礎(chǔ)的整體彎矩變形會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次內(nèi)力，這對結(jié)構(gòu)都是負(fù)面的。因此為避免上述不利效應(yīng)，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1]提出了樁基變剛度調(diào)平設(shè)計的理論，通過調(diào)整地基或基樁的豎荷載分布一致。近年來一些項目對CFG樁復(fù)合地基向支承剛度分布，使得基底反力分布與上部結(jié)構(gòu)亦引入了基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計的理念，以期減小差異沉降，降低基礎(chǔ)內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力[2-3]。

北京移動硅谷創(chuàng)新中心G4地塊三期項目，位于北京亦莊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)路東區(qū)，總建筑面140 889 m2，包括地上5棟單體建筑（G4-4#～8#樓）、地下車庫，形成大底盤多塔結(jié)構(gòu)，建筑效果詳見圖1。

4#～7#樓建筑功能為研發(fā)辦公樓，其中4#樓地上10層（H=42.5 m）、5#樓地上14層（H=58.5 m）、6#樓地上19層（H=78.5 m）、7#樓地上14層（H=58.5 m）；8#樓為綜合服務(wù)樓，其地上4層（H=21.15 m）。純地下室及塔樓地下室均為兩層，建筑功能為停車庫及設(shè)備用房。

4#、5#、7#樓高度均小于60 m，按框架-剪力墻設(shè)計；6#樓高度大于60 m，按框架-筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計。地下層高分別為3.75 m、6.10 m，基礎(chǔ)埋深約10 m。

圖14 #～8#樓建筑效果圖

1 地基基礎(chǔ)方案分析

1.1 場區(qū)工程地質(zhì)條件

本工程設(shè)計基本地震加速度為0.20 g，設(shè)計地震分組為第一組，場地土類別為芋類，特征周期Tg為0.45 s。

根據(jù)巖土工程勘察報告，擬建場區(qū)地面以下80.0 m深度范圍內(nèi)的土層劃分為人工填土層、新近沉積層、第四紀(jì)全新世沖洪積層、第四紀(jì)晚更新世沖洪積層四大類，有關(guān)各土層基本巖性特征及分布情況見表1。

表1 各土層的主要物理力學(xué)指標(biāo)

1.2 地基基礎(chǔ)的技術(shù)特點(diǎn)

1）8#樓為多層建筑、地下車庫部分為兩層的純地下室，與4#～7#塔樓的荷載及上部結(jié)構(gòu)剛度差異大。

2）4#～7#塔樓自身荷載及剛度分布不均勻。塔樓的筒體偏置一側(cè)，且筒體由鋼筋混凝土外墻及鋼筋混凝土內(nèi)隔墻圍合而成，荷載和剛度比外框架均大很多。

3）4#～8#樓所形成的大底盤地下室未設(shè)永久沉降縫，在基礎(chǔ)連為一體?；A(chǔ)設(shè)計的重點(diǎn)是采取措施控制高層塔樓與純地下之間的差異沉降、塔樓筒體與外框架之間的差異沉降。

1.3 基礎(chǔ)方案的分析

4#～8#樓及純地下室基礎(chǔ)底板落在盂2粉細(xì)砂層，根據(jù)地勘報告，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為200 kPa；4#～8#樓基底標(biāo)準(zhǔn)組合下的基底壓力如表2。

表2 基底壓力

根據(jù)上述基礎(chǔ)的技術(shù)特點(diǎn)、基底壓力、地質(zhì)資料，結(jié)合已有的工程經(jīng)驗(yàn)，確定4#、8#樓及地下室采用天然地基，5#、6#、7#樓采用CFG復(fù)合地基?；A(chǔ)底板均采用平板式筏形基礎(chǔ)，分區(qū)域采用不同的厚度。為減小差異沉降，塔樓與純地下室之間設(shè)置沉降后澆帶。

2 變剛度調(diào)平地基處理設(shè)計

表3所示的塔樓各區(qū)域荷載標(biāo)準(zhǔn)值可以看出，塔樓偏置筒體區(qū)和外框架區(qū)基底壓力存在很大的差異。如采用傳統(tǒng)的均勻布樁方式，筒體區(qū)和外框架區(qū)將會產(chǎn)生較大的沉降差，造成基礎(chǔ)內(nèi)力和上部結(jié)構(gòu)次應(yīng)力的增大。為減小此不利影響，使上部荷載中心和下部抗力中心相接近，5#、6#、7#樓基礎(chǔ)采用變剛度調(diào)平進(jìn)行設(shè)計。

表3 5#～7#塔樓各區(qū)域荷載標(biāo)準(zhǔn)值

結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，將樁基變剛度調(diào)平設(shè)計的理念運(yùn)用到CFG復(fù)合地基的設(shè)計中，將塔樓底板的復(fù)合地基分為筒體區(qū)和外圍框架區(qū)，強(qiáng)化塔樓筒體下地基土的支承剛度，相對弱化塔樓框架區(qū)的剛度。在荷載較大的筒體下，增加樁長、減小樁間距，在荷載相對小一些的外圍框架下，縮短樁長、增大樁間距，使原本均布的地基變得不均勻，不同的區(qū)域提供不同的承載力和支承剛度。

通過對結(jié)構(gòu)布局、上部荷載、基底土質(zhì)條件及地下水等綜合分析，筒體區(qū)和外圍框架區(qū)具備選取不同樁長和持力層的條件，因此塔樓采用變剛度調(diào)平的CFG復(fù)合地基，樁端持力層為虞2細(xì)中砂。復(fù)合地基處理設(shè)計參數(shù)如表4[4]。

3 基礎(chǔ)沉降觀測及分析

3.1 基礎(chǔ)沉降實(shí)測值

4#～7#樓為筒體偏置的高層建筑，既有采用天然地基的4#、8#樓，又有采用CFG復(fù)合地基的5#、6#、7#樓，所以很有必要對建筑的沉降進(jìn)行觀測。沉降觀測點(diǎn)布置在主樓平面的周邊及筒體的四角，布置圖及主樓封頂后的3個月沉降實(shí)測值見圖2。

表4 5#～7#CFG樁復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)

3.2 沉降實(shí)測值分析

1）4#樓采用天然地基，筒體區(qū)沉降大，周邊外框架沉降相對小，呈現(xiàn)出了明顯的碟形沉降；而5#～7#采用CFG復(fù)合地基處理并按變剛度調(diào)平設(shè)計，筒體區(qū)和外框架的沉降較為均勻。

2）采用天然地基的4#樓最大沉降量為13.09 mm、采用CFG復(fù)合地基的5#、6#、7#樓最大沉降量分別為18 mm、20.5 mm、18.7 mm，均能滿足地基規(guī)范對控制沉降量的要求[5]。

圖2 （a）4#樓沉降實(shí)測值

圖2 （b）5#樓沉降實(shí)測值

圖2 （c）6#樓沉降實(shí)測值

圖2 （d）7#樓沉降實(shí)測值

3）4#樓筒體區(qū)和外框架柱的最大沉降差6.65 mm（沉降差率0.74譯），5#、6#、7#樓最大沉降差分別為5.56 mm（沉降差率0.63譯）、3.71 mm（沉降差率0.42譯）、5.83 mm（沉降差率0.46譯）。相對采用天然地基的4#樓，采用變剛度調(diào)平設(shè)計的5#～7#樓雖然樓層多、上部荷載大，但筒體區(qū)和外圍框架柱的最大沉降差、沉降差率反而小。

4）4#～7#樓均為筒體偏置一側(cè)的高層建筑，筒體荷載大，極易造成建筑的傾斜。4#樓最大傾斜率為0.22譯，5#、6#、7#樓傾斜率分別為0.07譯、0.071譯、0.099譯，均能滿足規(guī)范要求，但5#～7#樓傾斜率遠(yuǎn)小于4#樓。對筒體偏置造成荷載偏于一側(cè)的建筑，更宜采用基礎(chǔ)的變剛度調(diào)平設(shè)計，以此來減小建筑的整體傾斜。

5）為更清晰對比采用天然地基和基礎(chǔ)變剛度調(diào)整設(shè)計的差別，將4#～7#樓筒體區(qū)和外框架柱的沉降量分別取平均值后，繪制沉降對比圖，如圖3。圖中清晰的顯示了5#、6#、7#樓筒體區(qū)和外框架區(qū)沉降差明顯比4#樓小很多。

圖34 #～7#樓筒體區(qū)和外框架區(qū)沉降對比圖

4 結(jié)語

筒體偏置的高層框架-筒體結(jié)構(gòu)由于其荷載和剛度分布很不均勻，基礎(chǔ)宜采用變剛度調(diào)平的理念進(jìn)行設(shè)計。主樓可采用樁基或CFG樁復(fù)合地基，通過調(diào)整樁長、樁徑或樁數(shù)，強(qiáng)化筒體區(qū)的樁土剛度、相對弱化外圍框架區(qū)剛度；裙房可采用天然地基。實(shí)測數(shù)據(jù)表明，基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)計既能大幅度提高天然地基承載力、降低建筑沉降量，又能很好地減小上部荷載不同區(qū)域的差異沉降。

[1] JGJ 94—2008，建筑樁基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

[2] 楊金明,池彥忠,凌沛春.移動硅谷創(chuàng)新中心二期7#結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題的討論[J].建筑結(jié)構(gòu),2016,46(06)：25-28

[3] 王楊,詹永勤.北京達(dá)美中心廣場基礎(chǔ)變剛度調(diào)平設(shè)[J].建筑結(jié)構(gòu),2015,45(13)：62-66

[4] JGJ 79-2012,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[5] GB 5007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.