某大高差場地項目的地下室選型

王　勇， 吳啟敏， 張　帆

(成都基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計有限公司， 四川成都 610000)

1　項目概述

該項目位于四川省成都市東邊，建設(shè)場地的抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)，II場地，設(shè)計地震分組為第三組，圖1為建筑總圖，虛線框中的房屋建筑層數(shù)為9～11層的花園洋房，建筑高度為21.7～33.7 m，其余樓棟為33層高層住宅，建筑高度103.900 m。9～11層花園洋房與33層高層住宅建筑均為剪力墻結(jié)構(gòu)形式。

圖1　建筑總圖

該場地東西向長245 m，南北向長370 m，東西向高差達(dá)15 m，場地東側(cè)由于相鄰項目挖土回填，導(dǎo)致堆土高達(dá)到10 m多，該處持力層非常深，達(dá)到26 m左右，西側(cè)距離持力層也較深，約12～14 m，項目原始場地地面標(biāo)高詳見圖2。場地地勢高處存在大量的回填土，如何通過地下室的方案消化如此大的高差和解決場地的挖填方問題成為確定地下室建筑方案的關(guān)鍵考慮因素。通常坡地的地下室有兩種方案：臺地方案與坡地方案，這兩種方式各有特點，項目初期業(yè)主選擇了臺地方案。針對該項目，下文將對以上兩種地下室方案進(jìn)行詳盡的對比。

圖2　場地高差示意

2　地質(zhì)情況及基礎(chǔ)形式概述

圖3為典型的地質(zhì)剖面，通過詳勘可以看出，場地內(nèi)存在大量的回填土，場地土為軟弱土(素填土)～中軟土(黏土②-2、黏土②-3)～中硬土(黏土②-1)～基巖，屬于對建筑抗震的一般地段。表1為巖土的工程特性指標(biāo)建議值表。通過地勘資料發(fā)現(xiàn)，地下室基礎(chǔ)無法采用天然基礎(chǔ)，考慮采用樁基礎(chǔ)，可以選擇預(yù)應(yīng)力混凝土管樁或者旋挖混凝土灌注樁基礎(chǔ)。試驗及數(shù)值研究表明[1-2]:預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有應(yīng)用范圍廣、單樁承載力高、工程造價低等優(yōu)點，但是抗剪承載能力差，尤其是在樁上部有回填土的情況下。在地震及作為支護(hù)樁使用時，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的抗剪性能是其主要承載指標(biāo)，目前對管樁的抗剪研究還不夠深入。在許多實際工程中出現(xiàn)因樁身抗剪承載力不足而導(dǎo)致的工程事故，所以應(yīng)該謹(jǐn)慎的采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗剪和作為支護(hù)樁使用。在上海發(fā)生的13層樓倒塌事故中，雖主要原因是樓旁堆土過高，但是管樁抗剪承載力低，容易脆性破壞是導(dǎo)致事故的真正原因。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與實心樁相比，在相同的直徑情況下，其抗剪性能較低，為了保證錘擊成樁時樁身免受損傷，預(yù)應(yīng)力管樁在樁身截面設(shè)計上，普遍采用了高預(yù)應(yīng)力度和C80左右高強(qiáng)混凝土，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土管樁受彎變形時混凝土未壓碎而預(yù)應(yīng)力筋拉斷，彎曲延性不足，難以很好地適應(yīng)邊坡的滑移變形對支護(hù)樁的延性要求[3]。

旋挖灌注樁具有抗剪承載力高，穿透能力強(qiáng)的優(yōu)點，其可以作為邊坡支護(hù)樁使用，并且能夠很好的穿過強(qiáng)風(fēng)化泥巖，達(dá)到預(yù)定的持力層，不會出現(xiàn)類似于預(yù)應(yīng)力管樁“斷樁、破樁”的現(xiàn)象，但是旋挖灌注樁施工速度慢，成本高。

該項目場地內(nèi)有大量的回填土，在場地內(nèi)存在大的高差突變形成高邊坡時，為了防止高低臺地滑移破壞，高臺地區(qū)域的主樓及地下室區(qū)域基礎(chǔ)采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)，低臺地的主樓及地下室區(qū)域基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁。

圖3　典型地質(zhì)剖面

3　地下室方案及基礎(chǔ)選型

3.1　方案一 臺地方案

根據(jù)景觀效果及場地特點，選擇了臺地方案，高低臺地均為一層地下室。針對臺地方案，進(jìn)行了臺地位置的比選，分別為臺地方案一和臺地方案二(臺地3的持力層較好，可以采用天然基礎(chǔ)，因此本文各方案均僅針對臺地1和臺地2范圍進(jìn)行對比)。

臺地方案一詳見圖4，臺地1與臺地2相接處的高差控制在4.0 m，保證小區(qū)內(nèi)的景觀品質(zhì)，圖4中的點線為高低臺地的分界線，臺地方案剖面詳見圖5。

表1　巖土的工程特性指標(biāo)建議值　kPa

圖4　臺地方案一示意

注： 圖中虛線為場地原始標(biāo)高圖5　1-1剖面

臺地方案二詳見圖6，相對于臺地方案一，臺地1與臺地2交接的位置往右側(cè)移動46 m左右。

圖6　臺地方案二示意

在臺地方案一和臺地方案二中，為了防止高低臺地滑移破壞，臺地1區(qū)域的主樓及地下室區(qū)域基礎(chǔ)采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)，臺地2的主樓及地下室區(qū)域基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁，旋挖灌注樁采用嵌巖樁，旋挖灌注樁及預(yù)應(yīng)力管樁的持力層均為中風(fēng)化泥巖，旋挖灌注樁的平均樁長約25 m，預(yù)應(yīng)力管樁的平均樁長約17 m。

根據(jù)表2～表4關(guān)于臺地方案土方量和基礎(chǔ)的對比可知：(1)臺地方案二的土方開挖量大，填方量小，造成余方量較大，因此臺地方案二土方造價高于臺地方案一，臺地方案一較好的適應(yīng)了原始場地標(biāo)高；(2)臺地方案二的旋挖樁數(shù)量較少，故臺地方案二的基礎(chǔ)造價比臺地方案一省842萬元，臺地方案二的綜合成本較臺地方案一省566萬元。

表2　臺地方案土方量對比　m3

表3　臺地方案樁根數(shù)對比　根

表4　兩種臺地方案經(jīng)濟(jì)性對比　×104元

注：以上對比的材料單價均為當(dāng)時市場單價。

減小臺地1的范圍可以大大減少旋挖樁使用范圍，從而減少樁基總費用。但由于東側(cè)邊坡支護(hù)的原因，此處不能出現(xiàn)高邊坡，否則支護(hù)將由自然放坡變?yōu)榕艠?錨索支護(hù)，成本會急劇增加，且對建筑中庭景觀破壞太大。綜合考慮，在確保兩個邊坡不出現(xiàn)共同滑動面和滿足景觀要求的情況下，地下室方案選用臺地方案一。

3.2　方案二 坡地方案

該方案為一層地下室，坡地方案剖面詳見圖7，圖中虛線為場地原始標(biāo)高。整個場地做一個2.5 %的坡度處理，場地內(nèi)部沒有高差，場地西側(cè)標(biāo)高與道路標(biāo)高保持一致，此方案對景觀的利用及共享性較好。場地東側(cè)高標(biāo)高處為挖方區(qū)，西側(cè)低標(biāo)高為填方區(qū)，通過土方平衡減少余土量，坡地方案土方量統(tǒng)計表詳見表5。整個場地?zé)o高度突變，不存在滑移的風(fēng)險，所有地下室及主樓均采用預(yù)應(yīng)力管樁，以中風(fēng)化泥巖作為持力層，預(yù)應(yīng)力管樁樁長為19～25 m，平均樁長22 m。

(a) 平面

(b) 2-2剖面圖7　坡地方案示意

表5　坡地方案土方量統(tǒng)計　m3

4　經(jīng)濟(jì)性分析

考慮挖填方和基礎(chǔ)形式的造價，對比臺地方案和坡地方案經(jīng)濟(jì)性，詳見表6。對比結(jié)果表明：(1)根據(jù)現(xiàn)場的場地標(biāo)高情況，坡地方案的土方比臺地方案節(jié)約282萬元，大概節(jié)約20 %；(2)坡地方案的基礎(chǔ)造價比臺地方案節(jié)約1 591萬元，大概節(jié)約31 %；(3)坡地方案的總造價比臺地方案節(jié)約1873萬元，具體造價詳見表6。

表6　臺地方案與坡地方案經(jīng)濟(jì)性對比　×104元

5　總結(jié)

通過該項目的比選，得出以下結(jié)論：

(1)合理利用場地的高差，采取合適的地下室方案，確定恰當(dāng)?shù)牡叵率覙?biāo)高，通過土方平衡，可以減少土方量，節(jié)約大量的土建成本。

(2)不同的地下室方案直接影響了基礎(chǔ)選型。本項目中，不同的樁型對基礎(chǔ)成本有著很大的影響。一般情況下，預(yù)應(yīng)力管樁的造價遠(yuǎn)小于旋挖樁基礎(chǔ)，但是預(yù)應(yīng)力管樁抗剪承載力低，容易脆性破壞，不宜用于存在滑移面的情況，例如臺地的高邊坡范圍。因此當(dāng)?shù)叵率掖嬖诖蟾卟顣r建議選用坡地方案，采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，這樣可以大大節(jié)約基礎(chǔ)造價。