合肥某高层基础选型优化分析

2019-03-14王笑张春锋

安徽建筑 2019年10期

王笑，张春锋

（1.上海长凯岩土工程有限公司，上海 200093；2.上海勘察设计研究院（集团）有限公司，上海 200093）

1 引言

地基和基础是建筑物的根基，基础形式的选择是否准确、合理，施工质量的好坏直接影响建筑物的安全性和经济性。卢嘉宾[1-2]等通过静载荷试验分析了PHC管桩在合肥地区的适应性和推广价值；通过某高层建筑物的基础选型分析了筏板基础、人工挖孔桩和PHC管桩基础的优缺点。吴超[3]等通过在合肥某工程进行原位试验，获取准确的地基承载力参数。本文以该工程为例，在充分利用地基土承载力的前提下，针对其中一高层建筑深入分析各地基基础方案优缺点及适用性，为设计施工提供指导依据。

合肥某高层住宅楼，地上34F，地下1层，建筑高度99.2m，剪力墙结构，标准组合下建筑物总荷载212961.1kN。

2 场地工程地质条件

拟建场地地层为合肥常见地层[3]，第①层素填土，第②层淤泥质粉质粘土，第③层粘土，第④层粘土，第⑤层含粗砂和砾石粉质粘土，个别区域出现；第⑥层全风化砂质泥岩，第⑦层强风化泥质砂岩，第⑧层中风化泥质砂岩。本工程通过载荷板试验[3]，获取的地勘参数较前期勘察报告参数有大幅提高，基底所在的④层粘土的地基承载力特征值取450kPa。

3 地基基础选型

3.1 天然地基

《建筑地基基础设计规范》[4]规定，应对地基承载力进行深度和宽度修正，修正原则：本工程高层属于主群楼一体的结构，对于主楼结构地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。

本住宅楼周边地库基础埋深约为3.0m，相当于厚度为1.0m的土重，按室外地面标高算起的5#楼基础埋深约为5.5m，那么5#楼实际的基础埋深按5.5-3.0+1.0=3.5mm考虑，深宽修正后的地基承载力特征值为550kPa，已经能够满足标准组合下上部结构传到基底的压力。

墙对筏板的冲切验算：基础底板上上部荷载较大，且冲切破锥体投影面积较小的区域，是墙对筏板冲切的最不利位置，对该位置进行墙对筏板冲切验算。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（6.5.1-1），计算如下：局部荷载设计值Fl=5888kN，筏板的抗冲切承载力为5930kN，天然基础条件下，筏板混凝土强度等级C40，板厚1100mm方可满足抗冲切要求。底板配筋为构造配筋，配筋面积为1650mm2/m，所配钢筋18@150（三级钢）。

3.2 PHC AB 500 125复合桩基

若采用PHC AB 500 125复合桩基，桩长为15m，桩端进入持力层第⑦层强风化砂质泥岩≥1.0m，根据计算单桩极限承载力约4600kN。

布桩方面，根据单桩极限承载力进行布桩，保证桩的极限承载力总和大于上部结构荷载。在模型计算时，通过调整基床系数K使桩和土共同承担上部荷载，桩的受力按极限值的0.7倍考虑，其余上部荷载由土承担。

模型计算结果显示，标准荷载组合下单桩受力约为2500～3000kN，符合设计假设。另外，采用这种基础方案，基础的沉降约1.5cm且较为均匀，远远小于天然地基的方案，地基土所承受的基底反力约200kPa。由载荷板试验曲线[3]可知，地基土在1.5cm的变形下，可以发挥约500kPa的承载力。由此可见，桩和土在本工程的沉降条件下，是能够实现共同作用的。从另一个角度去理解，在天然地基承载力能够满足上部结构荷载的情况下，通过在剪力墙下布桩，完全可以看作是一种安全储备，而且对沉降的控制、底板的受力等都是非常有利的。

墙对筏板的冲切验算：根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（6.5.1-1），计算如下：该段墙的上部总荷载N1=10250.45kN，冲切破坏锥体以内截面桩与土的反力设计值N2=7912.4 kN，局部荷载设计值Fl=N1-N2=2338kN，筏板的抗冲切承载力3373.45 kN,筏板混凝土强度等级C35，板厚700mm可满足抗冲切要求。底板配筋面积为1050mm2/m，为构造配筋，所配钢筋16@180（三级钢）。

3.3 400CFG复合桩基

采用400CFG复合桩基，桩长为10m，400CFG单桩承载力特征值为600kN，墙下布桩，总桩数约为95根，桩间距为1.6m。

经过计算，标准荷载组合下单桩受力约为550～600kN，地基土受力约为400kPa，准永久组合下的板沉降约为20～30mm。由载荷板试验曲线可知，地基土在400kPa荷载作用下的变形约为5mm，由此可见，CFG桩和土可以实现共同作用，共同承担上部荷载。

墙对筏板的冲切验算：根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（6.5.1-1），计算如下：该段墙的上部总荷载N1=10250.45kN，冲切破坏锥体以内截面桩与土的反力设计值N2=4867.5 kN，局部荷载设计值Fl=N1-N2=5383kN，筏板的抗冲切承载力5396.6 kN,筏板混凝土强度等级C40，板厚1000mm可满足抗冲切要求。底板配筋面积为2138mm2/m，所配钢筋22@150（三级钢）。

3.4 地基基础形式比选优化

天然地基方案，施工比较方便，直接开挖至坑底标高后施工垫层和底板，施工速度快、非常方便。但是由于主楼建筑高度近100m，基底土可能会有不均匀的情况，计算沉降相对较大，虽然承载力能够满足设计要求，但仍有一定的安全隐患。另外，基础底板要求较厚，基础造价未必最经济。

管桩复合桩基与天然地基相比，将筏板厚度减小至700mm，能够满足抗冲切要求，且底板仍然为构造配筋，从底板上可以节约十几万的造价。而通过墙下设置的少量管桩，不仅能够有效减小总沉降量，调整不均匀沉降，而且对抵抗风荷载、地震作用等产生的水平力非常有利，因为管桩锚固在底板内，不仅能受压还能抗拔，将大部分的荷载传至强风化层。

CFG桩复合桩基介于以上两者方案之间，由于CFG桩的承载力有限，对底板厚度的减小非常有限，且对不均匀沉降及水平荷载的控制也较为有限。

3.4.1 安全性比较

管桩复合桩基方案的沉降最小，底板受力最好，桩还有抵抗水平荷载的作用，其次为CFG桩复合桩基、天然地基。

3.4.2 经济性比较

三者方案差别不大，管桩复合桩基方案可以减少基坑挖深和土方量，也可以减小地下室剪力墙的落深，具有一定的优势，后期会有桩基检测和桩头填芯的费用。总体来说，管桩复合桩基方案较优，其次为天然地基、CFG桩复合桩基。

3.4.3 施工工期比较

天然地基可直接开挖至坑底后，开始施工垫层和底板，工期最快，管桩复合桩基和CFG桩复合桩基多了打桩的时间和开挖至坑底后的桩头处理时间，对管桩来说每天可做15根以上（3d即可完成一栋楼），CFG桩由于桩长较短，也可在3～4d完成一栋楼。总体来说，天然地基方案最快，其次为管桩复合桩基、CFG桩复合桩基。

3.4.4 施工难度比较

天然地基是最简单的，无需大型设备进场，而PHC管桩、CFG桩等，也都属于合肥地区常规的施工工艺，寻找相应的施工队伍也无大问题，对现场的管理及质量控制角度，PHC管桩优于CFG桩，管桩的控制重点就是管桩材料进场的验收、压桩机配重的选择以及桩靴的提前焊接等。总体来说，天然地基最简单，其次为管桩复合桩基、CFG桩复合桩基。