物资站综合楼结构设计

2016-08-19吴一非广东省建筑设计研究院

广东建材 2016年8期

关键词：溶洞桁架剪力墙

吴一非（广东省建筑设计研究院）

物资站综合楼结构设计

吴一非
（广东省建筑设计研究院）

物资站综合楼是广州某部的集商业、餐饮、办公和酒店于一体的综合性商业建筑。本文主要介绍了物资大厦项目的设计概况，着重介绍了项目的基坑支护设计，地基加固技术、基础设计以及转换梁设计。

基坑支护；地基加固技术；基础设计；转换梁设计

1　工程概况

物资站综合楼位于广州市白云区，毗邻广州白云万达广场，是集商场、餐饮、办公、酒店于一体的单塔楼建筑。本工程有两层地下室，地下室的主要功能为停车场和设备房，1层至3层为商场，4层和5层为餐饮区，5层至10层为办公区，11层到21层为快捷酒店。项目总建筑面积约4万m2，建筑总高度为78.5m。建筑的剖面如图1所示。

本工程是框架剪力墙结构，框架和剪力墙的抗震等级为二级，本工程的地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，场地类别为II类，设防地震分组为第一组，特征周期为0.35s。根据《建筑结构荷载规范》GB50009，基本风压采用50年一遇的风压值0.55kN/m2，地面粗糙度为B类。

本项目由于在周边存在已有建筑物，因此对基坑的开挖和基坑支护有着较高的要求，应控制基坑周边的地表变形和对相邻建筑安全的影响。

本项目采用的基础形式为筏板基础，并联合使用了可调性预埋管灌浆加固技术来对地基和基础进行处理，从而提高承载力，控制基础沉降。

图1　建筑剖面示意图

由于结构设计的需要，本项目中的一片剪力墙无法落于基础底板上，需要在2层楼面处设置转换梁用于承托此处上层的剪力墙，设计时在转换梁内设置型钢，从而有效减小梁高，确保下层停车场入口净高。

2　结构设计特点

2.1 基坑支护设计

本项目北面基坑支护外边线距离旁边的一栋5层办公楼距离仅3.5m，西边距离几栋仓库只有3m。故对基坑的开挖和基坑支护有着较高的要求。所以本项目采用了桩锚及加强型喷锚支护结构和双（或单）排深层搅拌桩来进行基坑支护。

基坑周边长度约182m，占地面积约为1873m2。支护施工严格遵循“放坡+锚杆+搅拌桩”的支护方案步骤进行施工。在北面邻近办公楼处的基坑外侧设置双排深层搅拌桩幕墙进行开挖挡土，搅拌桩直径为550mm，桩中心间距为400mm，桩纵向桩间搭接长度为0.15m，如图2所示。根据土层的变化，从上至下采用了钢花管锚杆，预应力锚杆和钢筋锚杆进行喷锚段施工，如图3所示。基坑北面和西面紧靠相邻建筑一侧的支护结构安全等级为一级，最大水平控制位移量为30mm，变形预警值为25mm。

在基坑坑顶边上每间隔约20m埋设变形观测点1个，基坑开挖期间定期进行检测。

2.2 基础设计

物资站综合楼场地属于山前丘陵地貌，地形较为开阔，地形经过整平，较为平坦。现场区域附近有多栋多层或高层住宅和商业用房。本工程整体康复水位采用室外地面最低点，即-1.5m，局部抗裂计算水位根据地勘报告及实际情况适当降低，取-2.5m。本场地地质特性详表1。

表1　场地地质特征

第⑦层微风化石灰岩的天然单轴抗压强度的平均值为75.0MPa，为硬质岩。而且仅在其中一个钻孔剖面发现在强风化层与微风化层中有一个内填充满黏土的溶洞。所以项目设计之初采用的是钻孔桩基础。在随后的超前钻勘探中发现场地范围内约40%范围内存在溶洞，多呈现串珠状产出，且部分埋深较浅，溶洞顶板厚度多为0.2～1.00m。故改变基础方案，采用筏板基础，并对地基采用地基灌注浆技术进行加固处理，筏板基础持力层为粉质粘土或红粘土，经过地基处理和深宽修正后的承载力特征值fak≥300KPa。

图2　搅拌桩布置大样图

图3　基坑支护剖面图

本工程采用的筏板基础，厚1200mm，混凝土等级为C35，在轴力较大的柱下设置柱墩，并且在柱墩下设置型钢剪力键，用于提高抗冲切抗剪承载力，如图4所示。筏板配筋采用通长筋+附加筋的方式。

图4　柱墩设型钢剪力键示意图

2.3 地基加固处理

由于超前钻钻探发现钻孔点溶洞发现率达40%以上，多呈现串珠状产出，且部分埋深较浅，洞内多充填软塑状粘性土，个别溶洞无填充或半填充，或局部地方揭露土洞，因此上述不良地质现象必须经过加固处理才能满足设计及建筑安全的要求，但岩溶发育复杂，范围宽，溶洞变化大，加上灌浆加固处理具有不均匀性，单一的手段不易控制建筑物的变形稳定，因此地基加固处理的方法如下：

⑴溶洞成孔灌浆加固：目的是充填浅层溶洞内的空隙，堵塞漏水通道，加固洞内软弱土体，提高其承载力，减少基础沉降。在图中标明必须进行灌浆处理的各超前钻孔点位开始，向四周呈放射状成孔（如图5所示），孔距间隔1.8m成孔深度至第一层溶洞底，若揭露土、溶洞内填充物呈可塑状态且完全填充时，则该点不再向外打孔进行灌浆处理。

图5　溶洞灌浆充填加固钻孔平面布置图

⑵基础底可调性预埋管灌浆加固处理：目的是通过负载下的灌浆，一来提高基底地基土的承载力，二来通过调配灌浆压力调节建筑物的沉降，控制不均匀沉降，使得被加固建筑物的沉降量控制在设计规范要求内。待基坑底部灌浆处理完成后再进行可调性灌浆管的预埋，建筑物建至约8层时，进行第一期的静压灌浆处理。注浆孔埋设于柱墩四周，注浆孔大样图以及现场施工图如图6、图7所示。

图6　预埋灌浆管大样图

图7　柱墩四周设预埋灌浆管现场图

⑶采用钢管桩加固：对溶洞发育区的基坑周边的偏心柱位采用钢管桩进行加强处理，控制沉降。每个承台内设置≥2根的小型钢管桩，采用成孔、灌浆、投管施工工艺成桩，孔内灌浆。桩端为灰岩层，要求进入灰岩层≥2.0m（累计）。钢管桩的单根竖向承载力特征值Ra=800kN。钢管桩与基础连接大样如图8所示。

图8　钢管桩与基础连接大样图

通过这一系列的地基加固处理，以及进行密切的变形测量检测，使得基础符合建筑安全的设计要求。

2.4 内设钢桁架的转换梁设计

由于结构计算的需要，需在建筑物的东北角设置一片Y向剪力墙来控制位移角限值。但由于此处剪力墙下方是停车场入口，导致剪力墙无法落在基础底板上，则需要在二层设置转换梁来承托此段剪力墙。由于转换梁位于地下停车场入口上方，转换的梁高限制为1200mm。于是通过计算和惯性矩等待换算，在转换梁中设置由两根HW175×175作为弦杆和Φ60×3.5作为腹杆的原钢管组合而成的钢桁架用于提高转换梁的抗弯、抗剪承载力，并有效控制转换梁的梁高转换梁内置桁架大样如图9所示，并在桁架的弦杆上下间隔200mm设置栓钉，用于加强与梁内混凝土的共同作用。同时，转换梁两侧的混凝土柱中插入尺寸为HW175×175的型钢用于连接钢桁架，连接大样如图10所示。