合肥某高層基礎選型優(yōu)化分析

王笑，張春鋒

（1.上海長凱巖土工程有限公司，上海 200093；2.上?？辈煸O計研究院（集團）有限公司，上海 200093）

1 引言

地基和基礎是建筑物的根基，基礎形式的選擇是否準確、合理，施工質量的好壞直接影響建筑物的安全性和經(jīng)濟性。盧嘉賓[1-2]等通過靜載荷試驗分析了PHC管樁在合肥地區(qū)的適應性和推廣價值；通過某高層建筑物的基礎選型分析了筏板基礎、人工挖孔樁和PHC管樁基礎的優(yōu)缺點。吳超[3]等通過在合肥某工程進行原位試驗，獲取準確的地基承載力參數(shù)。本文以該工程為例，在充分利用地基土承載力的前提下，針對其中一高層建筑深入分析各地基基礎方案優(yōu)缺點及適用性，為設計施工提供指導依據(jù)。

合肥某高層住宅樓，地上34F，地下1層，建筑高度99.2m，剪力墻結構，標準組合下建筑物總荷載212961.1kN。

2 場地工程地質條件

擬建場地地層為合肥常見地層[3]，第①層素填土，第②層淤泥質粉質粘土，第③層粘土，第④層粘土，第⑤層含粗砂和礫石粉質粘土，個別區(qū)域出現(xiàn)；第⑥層全風化砂質泥巖，第⑦層強風化泥質砂巖，第⑧層中風化泥質砂巖。本工程通過載荷板試驗[3]，獲取的地勘參數(shù)較前期勘察報告參數(shù)有大幅提高，基底所在的④層粘土的地基承載力特征值取450kPa。

3 地基基礎選型

3.1 天然地基

《建筑地基基礎設計規(guī)范》[4]規(guī)定，應對地基承載力進行深度和寬度修正，修正原則：本工程高層屬于主群樓一體的結構，對于主樓結構地基承載力的深度修正，宜將基礎底面以上范圍內(nèi)的荷載，按基礎兩側的超載考慮，當超載寬度大于基礎寬度兩倍時，可將超載折算成土層厚度作為基礎埋深，基礎兩側超載不等時，取小值。

本住宅樓周邊地庫基礎埋深約為3.0m，相當于厚度為1.0m的土重，按室外地面標高算起的5#樓基礎埋深約為5.5m，那么5#樓實際的基礎埋深按5.5-3.0+1.0=3.5mm考慮，深寬修正后的地基承載力特征值為550kPa，已經(jīng)能夠滿足標準組合下上部結構傳到基底的壓力。

墻對筏板的沖切驗算：基礎底板上上部荷載較大，且沖切破錐體投影面積較小的區(qū)域，是墻對筏板沖切的最不利位置，對該位置進行墻對筏板沖切驗算。根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）（6.5.1-1），計算如下：局部荷載設計值Fl=5888kN，筏板的抗沖切承載力為5930kN，天然基礎條件下，筏板混凝土強度等級C40，板厚1100mm方可滿足抗沖切要求。底板配筋為構造配筋，配筋面積為1650mm2/m，所配鋼筋18@150（三級鋼）。

3.2 PHC AB 500 125復合樁基

若采用PHC AB 500 125復合樁基，樁長為15m，樁端進入持力層第⑦層強風化砂質泥巖≥1.0m，根據(jù)計算單樁極限承載力約4600kN。

布樁方面，根據(jù)單樁極限承載力進行布樁，保證樁的極限承載力總和大于上部結構荷載。在模型計算時，通過調整基床系數(shù)K使樁和土共同承擔上部荷載，樁的受力按極限值的0.7倍考慮，其余上部荷載由土承擔。

模型計算結果顯示，標準荷載組合下單樁受力約為2500～3000kN，符合設計假設。另外，采用這種基礎方案，基礎的沉降約1.5cm且較為均勻，遠遠小于天然地基的方案，地基土所承受的基底反力約200kPa。由載荷板試驗曲線[3]可知，地基土在1.5cm的變形下，可以發(fā)揮約500kPa的承載力。由此可見，樁和土在本工程的沉降條件下，是能夠實現(xiàn)共同作用的。從另一個角度去理解，在天然地基承載力能夠滿足上部結構荷載的情況下，通過在剪力墻下布樁，完全可以看作是一種安全儲備，而且對沉降的控制、底板的受力等都是非常有利的。

墻對筏板的沖切驗算：根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）（6.5.1-1），計算如下：該段墻的上部總荷載N1=10250.45kN，沖切破壞錐體以內(nèi)截面樁與土的反力設計值N2=7912.4 kN，局部荷載設計值Fl=N1-N2=2338kN，筏板的抗沖切承載力3373.45 kN,筏板混凝土強度等級C35，板厚700mm可滿足抗沖切要求。底板配筋面積為1050mm2/m，為構造配筋，所配鋼筋16@180（三級鋼）。

3.3 400CFG復合樁基

采用400CFG復合樁基，樁長為10m，400CFG單樁承載力特征值為600kN，墻下布樁，總樁數(shù)約為95根，樁間距為1.6m。

經(jīng)過計算，標準荷載組合下單樁受力約為550～600kN，地基土受力約為400kPa，準永久組合下的板沉降約為20～30mm。由載荷板試驗曲線可知，地基土在400kPa荷載作用下的變形約為5mm，由此可見，CFG樁和土可以實現(xiàn)共同作用，共同承擔上部荷載。

墻對筏板的沖切驗算：根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）（6.5.1-1），計算如下：該段墻的上部總荷載N1=10250.45kN，沖切破壞錐體以內(nèi)截面樁與土的反力設計值N2=4867.5 kN，局部荷載設計值Fl=N1-N2=5383kN，筏板的抗沖切承載力5396.6 kN,筏板混凝土強度等級C40，板厚1000mm可滿足抗沖切要求。底板配筋面積為2138mm2/m，所配鋼筋22@150（三級鋼）。

3.4 地基基礎形式比選優(yōu)化

天然地基方案，施工比較方便，直接開挖至坑底標高后施工墊層和底板，施工速度快、非常方便。但是由于主樓建筑高度近100m，基底土可能會有不均勻的情況，計算沉降相對較大，雖然承載力能夠滿足設計要求，但仍有一定的安全隱患。另外，基礎底板要求較厚，基礎造價未必最經(jīng)濟。

管樁復合樁基與天然地基相比，將筏板厚度減小至700mm，能夠滿足抗沖切要求，且底板仍然為構造配筋，從底板上可以節(jié)約十幾萬的造價。而通過墻下設置的少量管樁，不僅能夠有效減小總沉降量，調整不均勻沉降，而且對抵抗風荷載、地震作用等產(chǎn)生的水平力非常有利，因為管樁錨固在底板內(nèi)，不僅能受壓還能抗拔，將大部分的荷載傳至強風化層。

CFG樁復合樁基介于以上兩者方案之間，由于CFG樁的承載力有限，對底板厚度的減小非常有限，且對不均勻沉降及水平荷載的控制也較為有限。

3.4.1 安全性比較

管樁復合樁基方案的沉降最小，底板受力最好，樁還有抵抗水平荷載的作用，其次為CFG樁復合樁基、天然地基。

3.4.2 經(jīng)濟性比較

三者方案差別不大，管樁復合樁基方案可以減少基坑挖深和土方量，也可以減小地下室剪力墻的落深，具有一定的優(yōu)勢，后期會有樁基檢測和樁頭填芯的費用?？傮w來說，管樁復合樁基方案較優(yōu)，其次為天然地基、CFG樁復合樁基。

3.4.3 施工工期比較

天然地基可直接開挖至坑底后，開始施工墊層和底板，工期最快，管樁復合樁基和CFG樁復合樁基多了打樁的時間和開挖至坑底后的樁頭處理時間，對管樁來說每天可做15根以上（3d即可完成一棟樓），CFG樁由于樁長較短，也可在3～4d完成一棟樓?？傮w來說，天然地基方案最快，其次為管樁復合樁基、CFG樁復合樁基。

3.4.4 施工難度比較

天然地基是最簡單的，無需大型設備進場，而PHC管樁、CFG樁等，也都屬于合肥地區(qū)常規(guī)的施工工藝，尋找相應的施工隊伍也無大問題，對現(xiàn)場的管理及質量控制角度，PHC管樁優(yōu)于CFG樁，管樁的控制重點就是管樁材料進場的驗收、壓樁機配重的選擇以及樁靴的提前焊接等?？傮w來說，天然地基最簡單，其次為管樁復合樁基、CFG樁復合樁基。

4 結語

①本高層基礎方案最終采用管樁復合樁基方案，根據(jù)靜載荷試驗結果，最大加載量4600kN時對應沉降量為14.29～20.71mm，符合設計假定[5]。目前，高層已結構封頂，長期沉降觀測結果良好。

②巖土工程咨詢一體化服務提供了準確的地基承載力參數(shù)，有利于選取合理的基礎形式，保證安全性同時大幅節(jié)省工程造價，具有良好的技術經(jīng)濟效果。