上海某超高層建筑樁筏基礎(chǔ)沉降規(guī)律實測分析

褚 峰

上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)開發(fā)股份有限公司 上海 200126

隨著城市化的快速發(fā)展，越來越多的城市建筑為超過100 m的超高層建筑。深埋樁筏基礎(chǔ)因承載力高，控制變形效果好，施工技術(shù)成熟，在軟土地區(qū)超高層建筑中得到廣泛運用[1]。湯永凈等[2]分析金茂大廈（高420.6 m）、上海環(huán)球金融中心（高492.0 m）和上海中心大廈（高632.0 m）所采用的深埋樁筏基礎(chǔ)的地基承載力和變形，指出深埋樁筏基礎(chǔ)的優(yōu)勢有：挖土的質(zhì)量作為上部結(jié)構(gòu)荷載的部分補償；基礎(chǔ)深埋有利于提高建筑的水平穩(wěn)定性；深埋樁筏基礎(chǔ)的地下連續(xù)墻可分擔(dān)相當(dāng)比例的上部結(jié)構(gòu)荷載。

合理設(shè)計深埋樁筏基礎(chǔ)，可以帶來很好的經(jīng)濟效益。然而，若設(shè)計不合理，樁筏基礎(chǔ)可能產(chǎn)生過大的差異沉降或者筏板內(nèi)力分布不均等問題，導(dǎo)致基礎(chǔ)或上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力過大，影響建筑使用壽命[3]。欒茂田等[4]采用有限元方法，考慮地基流變與固結(jié)效應(yīng)，分析了樁筏基礎(chǔ)的承載特性。趙昕等[5]以上海中心大廈為例，采用數(shù)值方法，研究了地基沉降和上部結(jié)構(gòu)的時變性對超高層建筑樁筏板的內(nèi)力分布的影響。王磊等[6]采用有限元法，考慮高層建筑地基-樁筏基礎(chǔ)-上部結(jié)構(gòu)共同作用及群樁效應(yīng)，分析了樁筏基礎(chǔ)的承載變形特性及角樁、邊樁和中心樁的樁頂反力。

采用理論方法分析深埋樁筏基礎(chǔ)的承載變形規(guī)律，一般強調(diào)上部結(jié)構(gòu)-筏板-樁-土共同作用及變剛度調(diào)平概念設(shè)計理念[7-8]，有利于研究上部結(jié)構(gòu)荷載、筏板剛度、基礎(chǔ)埋深等單因素對深埋樁筏基礎(chǔ)承載變形規(guī)律的影響。但理論方法一般需對模型作適當(dāng)?shù)暮喕渲型馏w本構(gòu)模型、地基-基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模型的選擇有一定的主觀性，且對計算結(jié)果影響較大。分析高層建筑實測沉降則可綜合考慮多種因素的影響，且實測結(jié)果較為客觀。李成芳等[9]分析重慶地區(qū)一高層建筑樁箱基礎(chǔ)原位測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)實測基礎(chǔ)沉降僅為理論計算值的20%，建議增大樁距，從而降低工程造價。肖俊華等[10]分析了位于軟土地區(qū)的上海環(huán)球金融中心深埋樁筏基礎(chǔ)的沉降規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)上部結(jié)構(gòu)傳遞至基礎(chǔ)的荷載大于挖土質(zhì)量時，建筑物沉降速率及傾斜值顯著增加。

本文分析采用深埋樁筏基礎(chǔ)、高達280 m的前灘中心超高層辦公樓實測沉降，對比建設(shè)過程中核心筒處、外框筒處及裙房處的基礎(chǔ)沉降發(fā)展規(guī)律，為軟土地區(qū)超高層建筑基礎(chǔ)的選型及優(yōu)化提供參考。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

本項目位于上海市浦東前灘地區(qū)，東接?xùn)|育路，南接海陽西路，鄰近軌道交通6號線、8號線和11號線三線換乘點——東方體育中心站，位于25-2區(qū)東區(qū)（圖1）。工程主要由1棟56層超高層主樓和5層裙房組成，主樓高280 m，東西向、南北向長均為56 m。裙房高23.8 m，地下室為整體地下3層，地下室底板頂部埋深13.5 m。

圖1 建筑平面位置

1.2 地質(zhì)條件

工程場地位于長江三角洲沖積平原上，地貌類型屬濱海平原，場地地勢平坦。場地處于古河道分布區(qū)，其中⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土缺失。地基土埋深在20.0～60.0 m范圍內(nèi)分布相對復(fù)雜，多呈交互成層或透鏡體狀分布，埋深20.0 m以上及60.0 m以下基本穩(wěn)定。場地淺部為淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)黏土，呈流塑～軟塑狀態(tài)；其下為稍密-中密的砂質(zhì)粉土、粉砂與粉質(zhì)黏土互層；再其下為軟-可塑狀粉質(zhì)黏土和中密的砂質(zhì)粉土、粉砂交互或混雜；再下為密實的砂土層和硬塑狀黏性土。

場地的地基土分布情況自上而下描述如下：①1填土：以雜填土為主，平均層厚為2.13 m。①2黑色浜底淤泥：在場地內(nèi)零星出現(xiàn)，平均層厚為1.50 m。②褐黃色粉質(zhì)黏土：軟塑-可塑，由上至下逐漸變軟，平均層厚為1.27 m。③1灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：流塑，平均層厚為6.48 m。④灰色淤泥質(zhì)黏土：流塑，平均層厚為8.23 m。⑤2-1灰色砂質(zhì)粉土與粉質(zhì)黏土互層：稍密-中密，平均層厚為10.26 m。⑤2-2灰色粉砂與粉質(zhì)黏土互層：稍密-中密，平均層厚為16.27 m。⑤3-1灰色粉質(zhì)黏土：軟塑-可塑，平均層厚為6.09 m。⑤3-2灰色砂質(zhì)粉土與粉質(zhì)黏土互層：稍密-中密，與軟可塑粉質(zhì)黏土互層，平均層厚為15.21 m。⑤3-3灰色粉質(zhì)黏土：可塑，平均層厚為6.14 m。⑦灰色粉細砂：中密-密實，屬低壓縮性土，平均層厚為13.36 m。⑧灰色粉質(zhì)黏土與粉砂互層：軟可塑或中密，平均層厚為3.73 m。⑨青灰色粉細砂：密實，平均層厚為14.76 m。青灰色粉細砂：密實，平均層厚為24.10 m。綠灰色粉質(zhì)黏土：硬塑，平均層厚為6.75 m。青灰色粉細砂：密實，屬低壓縮性土，該層在場地內(nèi)普遍分布。

2 建筑基礎(chǔ)

主樓和裙房均采用深埋樁筏基礎(chǔ)，主樓處基礎(chǔ)筏板厚3.5 m，裙房處基礎(chǔ)筏板厚1.3、1.0 m。樁型全部采用鉆孔灌注樁，其中φ700 mm鉆孔灌注樁作為抗壓兼抗拔樁，樁長50 m，理論估算承載力特征值為3 300 kN。φ900 mm鉆孔灌注樁作為抗壓樁，樁長66 m，理論估算承載力特征值為8 400 kN。

主樓區(qū)域樁頂標(biāo)高為－17.1 m，裙房區(qū)域樁頂標(biāo)高約為－15.1 m。群樁平面布置如圖2所示。

圖2 樁位布置示意

3 監(jiān)測方案

在裙房基礎(chǔ)頂板處布置測點①—測點⑧；在塔樓外框基礎(chǔ)頂板處布置測點⑨—測點；在核心筒基礎(chǔ)底板處布置測點和測點，各測點位置如圖3所示。測量不同施工階段各測點變形，根據(jù)施工進度可知，核心筒頂層完成日期為2017年12月29日，外框筒完成日期為2018年6月25日，核心筒約比外框筒提前施工20層。

圖3 測點位置

4 監(jiān)測結(jié)果分析

圖4為裙房處基礎(chǔ)頂板測點①—測點⑧分階段及累計沉降。核心筒56層框完成時，裙房測點①—測點⑧累計沉降分別為6、7、6、12、18、18、19、21 mm。外框56層完成時，裙房測點①—測點⑧累計沉降分別為－9、－9、－9、－3、－9、－11、－10、4 mm。裙房施工完成時，各測點累計沉降－15～5 mm。主樓施工階段，裙房處基礎(chǔ)沉降發(fā)展較快，主樓施工完成，裙房基礎(chǔ)有一定上浮，可能與地下位恢復(fù)有關(guān)。從開始施工至施工完成階段，裙房基礎(chǔ)各測點豎向位移處于－25～25 mm之間，變形較小。

圖4 裙房處基礎(chǔ)沉降

圖5為外框筒處基礎(chǔ)分階段沉降及累計沉降。核心筒56層框完成時，外框測點⑨—測點累計沉降分別為47、51、47、45、42、44、47、42 mm。外框56層完成時，裙房測點⑨—測點累計沉降分別為56、57、54、50、47、53、55、51 mm。裙房施工完成時，各測點累計沉降50～70 mm。主樓施工初始階段，基礎(chǔ)沉降發(fā)展較慢，核心筒9層框完成后，基礎(chǔ)沉降隨發(fā)展速率的變化迅速增加。這可能是初始階段，上部結(jié)構(gòu)荷載小于挖土自重，地基處于回彈再壓縮階段，土體壓縮模量較大，核心筒9層框完成后，上部結(jié)構(gòu)荷載大于挖土自重，土體壓縮模量降低，故基礎(chǔ)沉降發(fā)展速率增加。

圖5 外框筒處基礎(chǔ)沉降

圖6為內(nèi)框筒處基礎(chǔ)分階段沉降及累計沉降。核心筒56層框完成時，核心筒處基礎(chǔ)測點、測點累計沉降分別為30、40 mm。外框筒56層完成時，2個測點沉降分別為39、47 mm。裙房施工完成，2個測點沉降分別為47、64 mm。內(nèi)框筒處基礎(chǔ)沉降與外框筒處基礎(chǔ)沉降接近，內(nèi)框筒與外框筒差異沉降較小，表面基礎(chǔ)所采用的變剛度調(diào)平設(shè)計效果較好。各測點沉降均遠小于200 mm，原因可能是設(shè)計時考慮群樁承擔(dān)全部上部結(jié)構(gòu)荷載，并未考慮筏板對上部結(jié)構(gòu)荷載的分擔(dān)作用，表明基礎(chǔ)還可以進行一定程度的優(yōu)化。

5 結(jié)語

本文通過分析上海軟土地區(qū)樁筏基礎(chǔ)超高層建筑沉降實測數(shù)據(jù)，對比裙房位置、外框筒位置及內(nèi)框筒位置處的地下室底板沉降，得出以下結(jié)論：

圖6 核心筒處基礎(chǔ)沉降

1）主樓施工階段，裙房處基礎(chǔ)沉降發(fā)展較快，主樓施工完成，裙房基礎(chǔ)有一定上浮。從開始施工至施工完成階段，裙房基礎(chǔ)各測點豎向位移處于－25～25 mm之間，變形較小。

2）主樓施工初始階段，主樓基礎(chǔ)沉降發(fā)展較慢，施工一定高度后，因上部結(jié)構(gòu)荷載大于挖土自重，地基土壓縮模量小于回彈再壓縮模量，基礎(chǔ)沉降發(fā)展速率增加。

3）基礎(chǔ)設(shè)計時考慮群樁承擔(dān)全部上部結(jié)構(gòu)荷載，并未考慮筏板對上部結(jié)構(gòu)荷載的分擔(dān)作用，主樓基礎(chǔ)各測點實測沉降50～70 mm，表明該建筑的基礎(chǔ)設(shè)計方案可進行一定程度的優(yōu)化。