某沿海地区超高层建筑桩基础优化设计

2018-05-23李旭

山西建筑 2018年11期

李旭

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)

0 引言

随着我国经济的快速发展，大型城市人口密集，对空间需求急剧增加，为解决土地紧张问题，超高层建筑物越来越多。在超高层建筑物的建设费用中，基础部分占比较大，因此对超高层建筑物基础进行优化设计，可大幅提高建设经济效率。上海地区位于长江三角洲冲积平原上，场地土层多为淤泥质土和粉质黏土以及砂土互层，地质条件较差，因此超高层建筑物多采用桩筏基础形式，且基础造价很大。为此以一工程实例对桩基综合经济性进行优化评估。

1 项目概况

本项目位于上海前滩地区核心地带，为超高层建筑，地上56层，建筑高度279.850 m，结构高度249.500 m，建筑面积为160 586 m2，平面尺寸为54.0 m×54.0 m，核心筒尺寸30.0 m×28.0 m，柱距9 m，为型钢混凝土外框架(型钢混凝土柱+钢梁)和钢筋混凝土核心筒结构体系。地下3层，基础埋深14 m，基础采用灌注桩基+筏板的结构形式，其中筏板厚度为3 300 mm。

2 工程地质条件

拟建场地属滨海平原地貌，场地内地势较平坦，地下水高水位相对标高为-0.8 m，地下水低水位相对标高为-1.8 m。桩顶相对标高-17.200 m，高程为-12.400 m，沿桩身地基土分布情况如下：

⑤2-1灰色砂质粉土夹粉质黏土，平均厚度10.2 m，湿，稍密～中密，含云母，夹薄层黏性土，具交错层理，属中等压缩性土。

⑤2-2灰色粉砂，平均厚度13.0 m，湿，中密，局部密实，含云母，夹薄层黏性土、粉土，具交错层理，属中等压缩性土。

⑤3-1灰色粉质黏土，平均厚度9.4 m，软塑～可塑，含云母，夹薄层粉土、粉砂，土质不均匀，属中等压缩性土。

⑤3-2灰色砂质粉土夹粉质黏土，平均厚度10.9 m，湿，稍密～中密，含云母，夹黏性土、粉砂等，土质不均匀，属中等压缩性土。

⑤3-3灰色粉质黏土，平均厚度4.6 m，可塑，含云母，夹薄层粉土，土质不均匀，属中等压缩性土。

⑦灰色粉细砂，平均厚度16.2 m，饱和，中密～密实，主要成分为石英和长石，含云母，土质不均匀，局部夹薄层粉质黏土，属低压缩性土。

⑧灰色粉质黏土与粉砂互层，平均厚度3.7 m，软可塑或中密，含云母，具交错层理，夹粉砂互层呈“千层饼”状，属中等压缩性土。

⑨青灰色粉细砂，平均厚度15.1 m，饱和，密实，含云母，夹薄层黏性土，属低压缩性土。

该场地采用灌注桩的桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp值见表1。

表1 灌注桩承载力计算土层参数表 kPa

3 桩基优选

3.1 持力层选择

综合考虑塔楼下地质条件中土层分布情况、各土层的承载力大小以及塔楼自身结构受力特点，选择埋置深度相对合理、端阻力相对较大的⑨粉细砂层作为塔楼基桩持力层较为合理。

3.2 桩长确定

据地勘报告结果，持力层⑨粉细砂层深度在土层中起伏较小，桩端需进入持力层且不小于3倍桩径，基本确定桩长为68 m。

3.3 桩径选择

在选择桩径时，需综合考虑桩的长径比，单桩竖向承载力设计值Rd，桩身强度设计值，每延米桩混凝土的经济效率，试桩要求，塔楼布桩情况对底板受力影响等因素。每延米桩混凝土的经济效率为单桩竖向承载力设计值与每延米桩混凝土体积的比值。

在这里对比了桩径分别为850 mm，900 mm，1 000 mm时的相关参数，见表2。

表2 桩径优选相关参数表

3.4 经济性分析

通过对灌注桩持力层、桩长、桩径对比选择，结论如下：

1)通常情况下，随着桩径的减小，每延米桩混凝土的经济效率会提高。但在本工程中，850 mm桩径的单桩竖向承载力设计值受到桩自身强度限制，不能充分发挥土层受力，故而850 mm桩径对应的每延米混凝土的经济效率较900 mm桩径偏小。同时，850 mm直径桩的长径比达到80，相对较大，施工中容易产生断桩、缩颈、夹泥、钢筋笼下沉困难等问题。

2)对于桩径为1 000 mm的灌注桩，其单桩竖向承载力设计值较大，导致试桩极限值达到21 400 kN，实际试桩时施工难度很大。

3)桩径选择对底板受力也有较大影响。经试算，随着桩径增大，单桩承载力设计值的提高，使得底板受到的冲切力及每延米剪切力相应增大，这样势必要求底板采用更高强度等级的混凝土或要求底板厚度加厚，经济性降低。

综上所述，综合考虑经济效率、施工难度、工程实际情况等因素，本工程选择900 mm桩径最为经济合理。