横琴医院基础设计探析

2022-06-14张立伟ZHANGLiwei

价值工程 2022年19期

张立伟 ZHANG Li-wei

（湖南省建筑设计院集团股份有限公司，长沙 410000）

1 工程概况

横琴医院位于横琴新区中部地区，北临彩虹路，南临横琴大道，西临伯牙南道。项目总用地面积约60004m2，其中医院部分用地50003m2，医院配套宿舍部分用地10001m2，按三甲综合医院标准建设，规划总床位500床，日门急诊量2700人次。项目总建筑面积约19万m2，其中地上建筑面积约12万m2，地下建筑面积约7万m2。医院部分裙房共五层，建筑高度23.80m，北侧为医技用房，东侧为门诊，南侧为体检中心与科研楼。北楼主要功能为病房，共17层，建筑高度70.90m；南楼主要功能为科研用房，共9层，建筑高度39.70m；共设置两层地下室，建筑埋深11.1m。医院配套宿舍部分共三栋建筑，1#宿舍地上6层，建筑高度为22.40m，2#3#宿舍地上12层，建筑高度为39.70m；设置两层地下室，建筑埋深9.9m，局部地下公共行车道埋深11.1m。

项目岩土工程勘察报告显示，场地内土层分布主要为：①人工填土层：素填土、冲填土、块石填土；②海陆交互相沉积层：淤泥质土、淤泥、粉质黏土、淤泥质土、砾砂；③燕山三期花岗岩风化层：全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。由于此场地存在超厚淤泥层及砂层，施工难度较大，是历来施工中经常遇到的难题。场地软土层超厚淤泥对基础选型有很大的制约性。根据珠海地区经验，可采用灌注桩或预应力管桩基础，基坑支护方案采用灌注桩+钢筋砼斜抛撑+顶部放坡的支护形式，能更好的起到支护作用。

图1 医院建筑效果图

图2 医院配套宿舍建筑效果图

2 工程地质概况

拟建场地原始地貌单元属滨海平原地貌，后经软基处理整平地形大部分较平坦。根据岩土工程勘察报告：场地内土层分布主要为：①人工填土层：素填土、冲填土、块石填土；②海陆交互相沉积层：淤泥质土、淤泥、粉质黏土、淤泥质土、砾砂；③燕山三期花岗岩风化层：全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。

各土层场地分布厚度及钻（冲）孔灌注桩基础设计参数如表1所示。

表1 各土层场地分布厚度及钻（冲）孔灌注桩基础设计参数

对于嵌岩桩，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：Ra=Rsa+Rra+Rpa=u∑qsiali+upC2frshr+C1frpAp，其中C1取0.4，C2取0.04。（对钻冲孔桩，取值折减系数0.8）

地下室设计抗浮水位标高：医院建议取5.0m，医院配套宿舍建议取4.7m。场地地下水按环境类型（Ⅱ类环境）判定对混凝土结构具微腐蚀。

本项目医院和医院配套宿舍的主体结构设计使用年限为50年；医院的建筑结构安全等级为一级，建筑抗震设防类别为乙类；医院配套宿舍的建筑结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类。抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值0.10g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为III类场地。地震影响系数αmax=0.08，场地反应谱特征周期Tg=0.55s。

3 桩基础设计

3.1 基础选型

①此场地软土层分布广泛，存在平均20.4m（12.9～29.3m）厚的淤泥+淤泥质土，超厚淤泥对基础选型有很大的制约性。根据珠海地区经验，可采用灌注桩或预应力管桩基础。

②此场地淤泥与基岩间均有砂层分布，厚度1.2～21.0m，较多钻孔砂层厚度≥8m，本工程所在地禁止使用锤击桩，静压预应力管桩施工较难穿越厚砂层，且本工程裙房和纯地下室的桩抗拔力较大，预应力管桩抗拔承载力无法满足设计要求。

③本工程淤泥须考虑负摩阻，对桩的竖向抗压承载力有较大影响。桩身直径越大，负摩阻对竖向抗压承载力影响越小。

④本工程基坑支护方案采用灌注桩+钢筋砼斜抛撑+顶部放坡的支护形式，斜抛撑撑在底板上，基坑支护的反压区（临近支护40m）须采用灌注桩。

⑤医院抗浮设计水位标高5.0m，底板底标高-6.4m；水浮力（5.0-（-6.4））×9.8=112kN/m2；结构自重：25×0.6+7+30.5=52.5kN/m2。医院配套宿舍抗浮设计水位标高4.7m，底板底标高-5.2m；水浮力（4.7-（-5.2））×9.8=97kN/m2；结构自重：15+7+30.5=52.5kN/m2。医院和医院配套宿舍水浮力均大于结构自重，整体抗浮均不满足要求，须设置抗浮桩抗浮。

考虑到预应力管桩存在以下缺点：

①桩太长施工困难（接桩次数多、淤泥层桩较容易偏位）；

②断桩率较高；

③单桩抗压抗拔承载力低；

④锤击桩的噪音、振动对周围影响较大；

⑤静压桩难以穿透砂层；

⑥本工程在地面施工后开挖，由于预应力管桩属于挤土桩，桩顶标高难以控制，未来基坑开挖桩偏位风险较高。综合以上因素，本工程均采用钻（冲）孔灌注桩基础+承台+防水板。

3.2 工程桩设计

①持力层的选择：本项目医院部分由2栋高层塔楼、裙房及纯地下室组成，医院配套宿舍由3栋高层塔楼及纯地下室组成；塔楼竖向荷载很大，对沉降量和沉降差控制要求较高，因此钻（冲）孔灌注桩基础的持力层选取中风化花岗岩或微风化花岗岩。

②桩基构造：桩身直径为400～2000mm时，截面配筋率取0.65%～0.3%，中间桩径取线性差值；抗拔桩主筋锚入承台长度不少于40d，其他桩主筋入承台长度不少于30d；考虑到基坑支护的斜抛撑通过底板传递水平力，在施工阶段可能存在土压力不平衡造成桩基承担水平力，因此桩顶以下5d范围内的箍筋加密至100mm间距。

③抗压桩承载力计算：本项目场地软土层分布广泛，存在非常厚的淤泥+淤泥质土，抗压桩在工程桩设计时须综合考虑嵌岩桩单桩竖向抗压承载力、桩身承载力、负摩阻力、桩身压屈稳定、桩身极限承载力及桩基检测的影响。以医院ZH1200为例，入中（或微）风化花岗岩1.2m，桩身砼强度C40，桩身纵筋22 18，桩顶以下5d范围内设置桩身螺旋式箍筋10@100。

1）ZH1200嵌岩桩单桩竖向抗压承载力特征值计算：中性点取桩周软弱土层下限，中性点以上侧阻力为零，Ra=u∑qsiali+upc2frshr+c1frpAp=3.14×1.2×2.1×40+3.14×1.2×0.032×20850×1.2+0.32×20850×3.14×0.62=10875kN；

4）桩身压屈稳定：lc/d=0.7×（l0+4.0/α）/d=0.7×（0+4.0/0.272）/1.2=8.578,查《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008表5.8.4.2-2，桩身稳定系数φ=0.993。

5）单桩竖向承载力特征值Ra=Quk/K，其中K为安全系数，取K=2；桩基进行静载试验检测时，桩身承受的竖向压力取特征值的2倍，静载压重取Quk。桩身极限承载力Quk=1000=23218kN；Ra=Quk/2=11609kN。

本工程桩身压屈稳定和负摩阻不同时考虑，两者取包络，即负摩阻控制，min{10875、11397、11609}=10876KN，ZH1200的单桩竖向抗压承载力特征值可取为10500kN；布桩时控制值取：10500-2024=8476kN。

④抗拔桩承载力计算：抗拔桩在工程桩设计时须综合考虑嵌岩桩单桩竖向抗拔承载力、桩身抗拔承载力、桩身裂缝（0.3mm）及桩基检测的影响。以医院ZH1200T为例，桩径1200，入中（或微）风化花岗岩2.0m，桩身砼强度C40，桩身纵筋30 32。

1）ZH1200T嵌岩桩单桩竖向抗拔承载力特征值计算：Nk=u∑λiqsiali+Gp=3.14×1.2×（0.032×20850×1.2+0.5×7.3×6+0.5×28.1×8+0.6×2.1×40）+3.14×0.62×38.7×（25-9.8）=4378kN。

3）桩基进行静载试验检测时，桩身承受的竖向拔力取特征值的2倍，即7200kN。桩身极限承载力N=As×fyk=30×804×400/1000=9648kN。

综上计算，ZH1200T的单桩竖向抗拔承载力特征值取为：3600kN。

4）整体抗浮桩基抗拔承载力取值：根据DBJ/T 15-125-2017《建筑工程抗浮设计规程》5.1.3，γ0Kw1Rk≥γ0Kw1Fwk-W；其中γ0=1.1；Kw1=1.05；Fwk-水浮力标准值；W-地下工程自重及其上作用的永久荷载标准值的综合；Rk-抗拔桩特征值。整体抗浮计算时，水浮力按1.1×1.05×112=129.4kN/m2，抗浮桩控制值取1.1*1.05*单桩抗拔承载力特征值，即桩ZH200T的抗拔控制值为3600×1.1×1.05=4158kN。以每根柱作为结构单元，满足5.1.3式即可认为满足整体抗浮要求。

本工程平均桩长45m，因此考虑ZH1000、ZH1200、ZH1400、ZH1600、ZH1800考虑桩身构造配筋时，按0.3mm裂缝反算得到抗拔承载力特征值，并按抗压桩配筋，可大幅归并桩型，减少检测费用。

基于以上设计原则，确定其余桩径的承载力，经归并处理，最终得到表2、表3。