樂(lè)山鋼板組合剪力墻百米高層基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案比選

重慶中科建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，重慶 400060

1 工程概述

樂(lè)山高新區(qū)創(chuàng)新科技孵化大樓項(xiàng)目由兩棟塔樓及地下車庫(kù)組成，總用地面積為23008.98m2，總建筑面積為99326.68m2。兩棟塔樓為鋼板組合剪力結(jié)構(gòu)[1]，以地下車庫(kù)頂板為嵌固層。建筑高度為99.6m，地上23層、地下2層，人防異地，不超限。設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度（0.10g）[2]，安全等級(jí)為二級(jí)，抗震等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)[3]。樂(lè)山創(chuàng)新科技孵化大樓效果圖見圖1。文章依托實(shí)際項(xiàng)目，分析百米高層在樂(lè)山典型地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

圖1 樂(lè)山創(chuàng)新科技孵化大樓

2 地質(zhì)概況

根據(jù)地勘報(bào)告，簡(jiǎn)述地質(zhì)條件如下：（1）場(chǎng)地巖土層從上至下依次為粉質(zhì)黏土（土層厚度約4.4m）、稍密卵石（土層厚度約3m）、中密卵石（土層厚度約3.5m）、密實(shí)卵石（土層厚度超過(guò)25m），土層分布較均勻。（2）該工程建筑不考慮抗浮設(shè)計(jì)。（3）場(chǎng)地土層砂泥質(zhì)填充含量大（約10%～35%）。（4）場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)現(xiàn)象。（5）該工程巖土設(shè)計(jì)參數(shù)如下：粉質(zhì)黏土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為50kPa，粉質(zhì)黏土地基承載力特征值為170kPa，稍密卵石土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為120kPa，中密卵石土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為140kPa，密實(shí)卵石土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為160kPa，密實(shí)卵石土極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為3000kPa。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案比選

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案一：淺基礎(chǔ)（天然地基）

該工程塔樓地上23層、地下2層，初步估算塔樓基底平均質(zhì)量為23層×15kN/m2+2層×20kN/m2=385kN/m2。該工程塔樓基底粉質(zhì)黏土層厚約4～8m，地基承載力為170kN/m2。因此，以天然地基為持力層的淺基礎(chǔ)方案不可行。

3.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案二：淺基礎(chǔ)（CFG樁地基處理）

考慮以CFG樁地基處理后的復(fù)合地基為持力層的淺基礎(chǔ)方案。設(shè)計(jì)面積置換率為0.167（樁長(zhǎng)10m、樁距為1.3m、樁直徑為0.6m，正方形布樁），處理后復(fù)合地基承載力提高至558kN/m2。經(jīng)濟(jì)性分析認(rèn)為該方案的工程造價(jià)相對(duì)其他基礎(chǔ)方案更具優(yōu)勢(shì)。

綜合比較后，該工程不采用該方案。原因有以下兩方面：第一，CFG復(fù)合地基承載力計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)范圍值參數(shù)多，不同的計(jì)算假定對(duì)結(jié)果影響大；第二，塔樓邊柱剛度與荷載較小，而塔樓核心筒剛度大且荷載集中，該方案可能引起塔樓邊柱與內(nèi)筒間較大的不均勻沉降，而該工程為鋼框架-鋼板組合剪力墻百米高層，不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配有較大影響。

3.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案三：樁筏基礎(chǔ)（混凝土預(yù)制樁）

該工程場(chǎng)地較平坦，機(jī)械化施工條件好，具備樁基設(shè)計(jì)條件。但根據(jù)地勘報(bào)告，場(chǎng)地中卵石粒徑較大，最大粒徑可達(dá)到160mm，這對(duì)混凝土預(yù)制樁（管樁）施工影響較大，成樁可行性不高，故該方案不可行。

3.4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案四：樁筏基礎(chǔ)（灌注樁）

經(jīng)對(duì)比，樁筏基礎(chǔ)（灌注樁）為該工程基礎(chǔ)選型的確定方案。樁基采用端承摩擦樁，施工工藝采用機(jī)械成孔，以密實(shí)卵石土為樁端持力層；承臺(tái)、筏板均擱置在粉質(zhì)黏土層。

4 樁型布置方案比選

該工程采用樁筏基礎(chǔ)（灌注樁）方案，但不同的樁基布置與樁型將對(duì)建設(shè)成本有較大的影響，因此有必要開展基礎(chǔ)優(yōu)化選型工作。該工程樁基初步考慮樁徑D=800mm、D=1000mm、D=1200mm三種樁型方案，采用非擠土樁施工工藝（依據(jù)樁基規(guī)范樁最小中心距為3D），以核心筒范圍為例，簡(jiǎn)化估算核心筒范圍基底反力約240000kN（該工程塔樓地上23層、地下2層，核心筒受荷面積約524m2）。簡(jiǎn)化計(jì)算見表1。

表1 樁型方案對(duì)比表

結(jié)合表中樁長(zhǎng)、樁基根數(shù)與混凝土量，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、施工難度與工期，該工程折中選取方案2（樁徑D=1000mm）的樁型。在施工圖階段結(jié)合軟件模型的計(jì)算結(jié)果與上述手算結(jié)果基本相符。但剛度分配及變形協(xié)調(diào)等因素導(dǎo)致單樁最大反力為6231kN，單樁設(shè)計(jì)承載力特征值為6258kN；考慮筏板厚度、埋深、電梯基坑降板、群樁效應(yīng)等因素后，實(shí)際最大樁長(zhǎng)為30m。筏板下樁基ZKJ1承載力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 ZKJ1承載力計(jì)算表

5 樁基布置方案比選

該工程采用D=1000mm的非擠土樁方案（依據(jù)樁基規(guī)范樁最小中心距為3D）?，F(xiàn)假定施工過(guò)程中采取有效措施，使成樁工藝變成部分?jǐn)D土成孔，從而將樁最小中心距減為2.5D，以核心筒范圍為例（核心筒范圍基底反力約240000kN，核心筒受荷范圍約524m2）。簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 樁基布置方案對(duì)比表

由于樁間距減少，核心筒范圍內(nèi)樁數(shù)增加，單樁反力減少，從而可以有效減少樁長(zhǎng)。但與勘察、審查、施工等單位結(jié)合后，認(rèn)為樂(lè)山當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，以旋挖成孔為前提，又依靠施工措施以達(dá)到部分?jǐn)D土成樁的工藝存在風(fēng)險(xiǎn)，因此該項(xiàng)目最終放棄了部分?jǐn)D土成樁的方案，而采用非擠土樁方案作為實(shí)施方案。

6 結(jié)束語(yǔ)

該工程看似是簡(jiǎn)單的高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，但在設(shè)計(jì)方案、樁基選型與樁基布置方案上經(jīng)歷了多方案比選，在方案比選中綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、施工難度與施工速度三方面，由此確定了最優(yōu)實(shí)施方案。根據(jù)該工程的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)樂(lè)山高新區(qū)的典型地質(zhì)條件，建議百米高層建筑采用樁筏基礎(chǔ)（非擠土機(jī)械成孔灌注樁）的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。