江西商联中心地下室抗浮设计及造价比较

邓声祥 江西省建筑设计研究总院，南昌 330046

由于地下室埋深较深、水压力较大、上部荷载较小，抗浮设计成为地下室结构设计主要内容，也成为地下工程建设工期控制、质量控制、经济性指标控制的关键。江西商联中心地下室面积大，地下层数多，抗浮水位高，对整个项目的工期及成本影响大，地下室底板的抗浮设计成为整个项目设计的重要环节。本文以江西商联中心地下室底板抗浮设计为例，对抗拔桩合理布置和设计进行分析，为类似条件下的地下室抗浮设计提供参考。

1 工程概况

江西商联中心位于南昌市红谷滩新区凤凰洲，场地东侧紧邻赣江。项目总建筑面积为57万m2，地上由2栋250米超高层酒店写字楼、4～7层大型购物休闲中心组成，正负零黄海高程为22.100米。地下总建筑面积为21万m2，地下室东西长约570米，南北长约150米，三层地下室，地下室底板面标高为-14.0米（黄海高程为8.100米），不设置伸缩缝，所有地上建筑都与地下室相连，地下室顶板作为结构嵌固端。

购物休闲中心采用框架结构，标准柱网为9×11.4米；酒店写字楼采用框架-核心筒结构。项目抗震设防烈度为6度，地面粗糙度为B类，基础采用钻孔灌注桩，桩端持力层为中风化砂砾岩层，结构安全等级为一级。地基基础设计等级及建筑桩基设计等级均为甲级。

2 地质水文情况

根据地勘报告，场地区域稳定性较好。场地内无不良地质作用，勘察深度内未发现临空面、洞穴、软弱夹层及断裂构造通过，适宜拟建工程的建设。场地地层结构自上而下分别为：①填土，工程特性较差，均匀性较差，不可作为基础持力层。②粉土，中密状，中压缩性，工程特性一般，厚度存在一定的变化，不可作为本工程基础持力层。③粉质黏土，可塑状，中等压缩性，工程特性一般，厚度存在一定的变化，不可作为本工程基础持力层。④淤泥质粉质黏土，软塑状，高压缩性。承载力低，工程特性较差，不可作为基础持力层。⑤细砂，饱和状，松散，层顶标高为10.15～18.15m。承载力低，工程特性差，不可作为本工程基础持力层。⑥粗砂，饱和状，稍密，层顶标高为6.60～13.58m。承载力特征值为180kPa，承载力较高，工程特性较好，不可作为本工程基础持力层。⑦砾砂，饱和状，稍密，层顶标高为3.54～8.67m。但位于地下水位以下，承载力特征值分别为250kPa，承载力较高，均匀性较好，工程特性好，不可作为本工程基础持力层。⑧-1强风化粉砂质泥岩，属软质岩，具遇水易软化、失水干裂特性，承载力特征值为300kPa，承载力好，但其厚度较薄，层顶标高为1.53～3.33m。不宜作为桩端持力层；-2中风化粉砂质泥岩；-3微风化粉砂质泥岩；-4未风化粉砂质泥岩：属软质岩，具遇水易软化、失水干裂特性，岩石基本质量等级为Ⅳ级。岩石饱和单轴抗压强度标准值分别为6.9MPa、8.9MPa、11.0MPa，其承载力较高，均可作为桩基础桩端持力层。

场地地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水，赋存于全新统（Q4al）冲积砂砾石层中，勘察期间地下水稳定水位埋深为6.10～8.70m，水位标高为11.37～12.00m。地下水位年变幅为3.00～8.00m。含水层综合渗透系数采用120m/d。根据本区水文气象及场地地形、地貌条件，结合拟建工程特点及赣江水位近年的变化条件等因素，本项目抗浮设防水位标高黄海高程为20.50m。因地下室占地面积及底面埋深较大，相应地下水对其产生的浮托作用也大，工程设计时应进行抗浮验算，当不能满足要求时应采取抗浮措施，抗浮桩桩端锚固段可选择⑧-2中风化岩层，其桩侧极限侧阻力标准值为266kPa。

3 抗浮措施选型

工程中常用的整体抗浮措施有截水排水法、配重抗浮、抗拔锚杆锚索抗浮、抗拔锚桩抗浮。

截水排水法通常用于山地或坡地建筑，地表水可通过地面硬化在地表设置截水沟有组织排放，地下水可通过设置在底板下滤水层、盲沟通过重力流的方式向场地外排出。

配重抗浮是利用一切可以利用和可以增加结构重量的方法抵抗水浮力，常用方法有在地下室顶板或底板上回填质量密度较大的级配砂石、或在底板下设置低等级的混凝土挂重或加厚底板。当水浮力不大或自重与水浮力相差不大时可考虑采用，若不符合上述情况会使工程造价提高。

抗拔锚杆锚索抗浮，且作为永久性抗浮措施，一般在基岩较浅时采用，且地下水对钢筋无腐蚀性时采用。当地下室基岩较深且地下水丰富时，锚杆施工时容易出现离析、漏浆、劲缩、强度等工程质量问题，锚杆混凝土裂缝开展情况离散性也很大。当地下水对钢筋有腐蚀性时，锚杆的耐久性问题不好解决。

抗拔锚桩兼有抗压和抗拔的作用，相当于一桩两用。在地下室基坑土方开挖前，抗拔锚桩同抗压桩、基坑支护桩一道施工。锚杆需等基坑开挖后才施工，抗拔锚桩相比锚杆抗浮，缩短了工期，减短了基坑支护及止水帷幕暴露时间。抗拔锚桩相比配重抗浮减小了基坑支护深度，节约了基坑支护的造价。

综合考虑本工程地质、水文、造价、工期、质量等因素，本工程抗浮措施定为抗拔锚桩。

4 底板防水板方案选型及工程造价比较

底板防水板通常两种，即梁板式防水底板、带承台柱帽倒无梁底板。梁板式防水底板传力路径是底板—地梁—承台—基础，由于梁的分割作用，板砼用量较小，板钢筋用量较小，梁钢筋用量较大。带承台柱帽倒无梁楼盖传力路径是底板—承台柱帽—基础，所有材料用量均在底板和柱帽上。本工程裙楼范围较大，裙楼外纯地下室范围较小，为得到合理的经济效益，对裙楼区域地下室标准柱跨9×11.4米采用两种底板方案进行计算分析，倒无梁形式的底板钢筋用量比倒梁板式的要少，增加了经济效益。

5 抗浮桩布置方式选取及工程造价比较

本工程抗浮设防水位黄海高程为20.500米，地下室底板面标高黄海高程为8.100米，底板0.7米厚，作用在底板的水压力131kPa，标准跨柱距9m×11.4m内底板水浮力标准值131×9×11.4=13440kN。

裙楼标准跨柱距9m×11.4m内总竖向力标准值约为16800kN，至少需要2根抗压基桩；标准跨柱距内总水浮力标准值为13440kN，恒载标准值约为13200kN，则总抗浮荷载标准值为13440×1.05-13200=912kN，需1根抗拔基桩。利用2根抗压基桩兼作抗拔基桩，集中布置在柱下即可满足抗压抗拔要求。

纯地下室（裙楼外）标准跨柱距9m×11.4m内总竖向力标准值约为9600kN，需要1根抗压基桩；标准跨柱距内总水浮力标准值13440kN，恒载标准值约为7500kN，则总抗浮荷载标准值为13440×1.05-7500=6612kN，需3根抗拔基桩。纯地下室工程桩布置有两种方式，方式一，工程桩集中式布置，利用3根抗拔基桩兼作抗压基桩，集中布置在柱下。此方式充分利用了上部结构恒载自重抵抗水浮力，抗浮不足部分利用抗拔桩抵抗。方式二，工程桩分散式布置，柱下布置1根抗压基桩，3根抗拔桩分散布置，标准柱跨范围内共需4根工程桩。此方式有利于减小底板主控应力—无梁板的跨中和支座弯矩，从而降低底板造价。