某大高差場地項目的地下室選型

王　勇， 吳啟敏， 張　帆

(成都基準方中建筑設計有限公司， 四川成都 610000)

1　項目概述

該項目位于四川省成都市東邊，建設場地的抗震設防烈度為7度(0.1g)，II場地，設計地震分組為第三組，圖1為建筑總圖，虛線框中的房屋建筑層數為9～11層的花園洋房，建筑高度為21.7～33.7 m，其余樓棟為33層高層住宅，建筑高度103.900 m。9～11層花園洋房與33層高層住宅建筑均為剪力墻結構形式。

圖1　建筑總圖

該場地東西向長245 m，南北向長370 m，東西向高差達15 m，場地東側由于相鄰項目挖土回填，導致堆土高達到10 m多，該處持力層非常深，達到26 m左右，西側距離持力層也較深，約12～14 m，項目原始場地地面標高詳見圖2。場地地勢高處存在大量的回填土，如何通過地下室的方案消化如此大的高差和解決場地的挖填方問題成為確定地下室建筑方案的關鍵考慮因素。通常坡地的地下室有兩種方案：臺地方案與坡地方案，這兩種方式各有特點，項目初期業(yè)主選擇了臺地方案。針對該項目，下文將對以上兩種地下室方案進行詳盡的對比。

圖2　場地高差示意

2　地質情況及基礎形式概述

圖3為典型的地質剖面，通過詳勘可以看出，場地內存在大量的回填土，場地土為軟弱土(素填土)～中軟土(黏土②-2、黏土②-3)～中硬土(黏土②-1)～基巖，屬于對建筑抗震的一般地段。表1為巖土的工程特性指標建議值表。通過地勘資料發(fā)現，地下室基礎無法采用天然基礎，考慮采用樁基礎，可以選擇預應力混凝土管樁或者旋挖混凝土灌注樁基礎。試驗及數值研究表明[1-2]:預應力混凝土管樁具有應用范圍廣、單樁承載力高、工程造價低等優(yōu)點，但是抗剪承載能力差，尤其是在樁上部有回填土的情況下。在地震及作為支護樁使用時，預應力混凝土管樁的抗剪性能是其主要承載指標，目前對管樁的抗剪研究還不夠深入。在許多實際工程中出現因樁身抗剪承載力不足而導致的工程事故，所以應該謹慎的采用預應力混凝土管樁抗剪和作為支護樁使用。在上海發(fā)生的13層樓倒塌事故中，雖主要原因是樓旁堆土過高，但是管樁抗剪承載力低，容易脆性破壞是導致事故的真正原因。預應力混凝土管樁與實心樁相比，在相同的直徑情況下，其抗剪性能較低，為了保證錘擊成樁時樁身免受損傷，預應力管樁在樁身截面設計上，普遍采用了高預應力度和C80左右高強混凝土，導致預應力混凝土管樁受彎變形時混凝土未壓碎而預應力筋拉斷，彎曲延性不足，難以很好地適應邊坡的滑移變形對支護樁的延性要求[3]。

旋挖灌注樁具有抗剪承載力高，穿透能力強的優(yōu)點，其可以作為邊坡支護樁使用，并且能夠很好的穿過強風化泥巖，達到預定的持力層，不會出現類似于預應力管樁“斷樁、破樁”的現象，但是旋挖灌注樁施工速度慢，成本高。

該項目場地內有大量的回填土，在場地內存在大的高差突變形成高邊坡時，為了防止高低臺地滑移破壞，高臺地區(qū)域的主樓及地下室區(qū)域基礎采用旋挖灌注樁基礎，低臺地的主樓及地下室區(qū)域基礎采用預應力管樁。

圖3　典型地質剖面

3　地下室方案及基礎選型

3.1　方案一 臺地方案

根據景觀效果及場地特點，選擇了臺地方案，高低臺地均為一層地下室。針對臺地方案，進行了臺地位置的比選，分別為臺地方案一和臺地方案二(臺地3的持力層較好，可以采用天然基礎，因此本文各方案均僅針對臺地1和臺地2范圍進行對比)。

臺地方案一詳見圖4，臺地1與臺地2相接處的高差控制在4.0 m，保證小區(qū)內的景觀品質，圖4中的點線為高低臺地的分界線，臺地方案剖面詳見圖5。

表1　巖土的工程特性指標建議值　kPa

圖4　臺地方案一示意

注： 圖中虛線為場地原始標高圖5　1-1剖面

臺地方案二詳見圖6，相對于臺地方案一，臺地1與臺地2交接的位置往右側移動46 m左右。

圖6　臺地方案二示意

在臺地方案一和臺地方案二中，為了防止高低臺地滑移破壞，臺地1區(qū)域的主樓及地下室區(qū)域基礎采用旋挖灌注樁基礎，臺地2的主樓及地下室區(qū)域基礎采用預應力管樁，旋挖灌注樁采用嵌巖樁，旋挖灌注樁及預應力管樁的持力層均為中風化泥巖，旋挖灌注樁的平均樁長約25 m，預應力管樁的平均樁長約17 m。

根據表2～表4關于臺地方案土方量和基礎的對比可知：(1)臺地方案二的土方開挖量大，填方量小，造成余方量較大，因此臺地方案二土方造價高于臺地方案一，臺地方案一較好的適應了原始場地標高；(2)臺地方案二的旋挖樁數量較少，故臺地方案二的基礎造價比臺地方案一省842萬元，臺地方案二的綜合成本較臺地方案一省566萬元。

表2　臺地方案土方量對比　m3

表3　臺地方案樁根數對比　根

表4　兩種臺地方案經濟性對比　×104元

注：以上對比的材料單價均為當時市場單價。

減小臺地1的范圍可以大大減少旋挖樁使用范圍，從而減少樁基總費用。但由于東側邊坡支護的原因，此處不能出現高邊坡，否則支護將由自然放坡變?yōu)榕艠?錨索支護，成本會急劇增加，且對建筑中庭景觀破壞太大。綜合考慮，在確保兩個邊坡不出現共同滑動面和滿足景觀要求的情況下，地下室方案選用臺地方案一。

3.2　方案二 坡地方案

該方案為一層地下室，坡地方案剖面詳見圖7，圖中虛線為場地原始標高。整個場地做一個2.5 %的坡度處理，場地內部沒有高差，場地西側標高與道路標高保持一致，此方案對景觀的利用及共享性較好。場地東側高標高處為挖方區(qū)，西側低標高為填方區(qū)，通過土方平衡減少余土量，坡地方案土方量統(tǒng)計表詳見表5。整個場地無高度突變，不存在滑移的風險，所有地下室及主樓均采用預應力管樁，以中風化泥巖作為持力層，預應力管樁樁長為19～25 m，平均樁長22 m。

(a) 平面

(b) 2-2剖面圖7　坡地方案示意

表5　坡地方案土方量統(tǒng)計　m3

4　經濟性分析

考慮挖填方和基礎形式的造價，對比臺地方案和坡地方案經濟性，詳見表6。對比結果表明：(1)根據現場的場地標高情況，坡地方案的土方比臺地方案節(jié)約282萬元，大概節(jié)約20 %；(2)坡地方案的基礎造價比臺地方案節(jié)約1 591萬元，大概節(jié)約31 %；(3)坡地方案的總造價比臺地方案節(jié)約1873萬元，具體造價詳見表6。

表6　臺地方案與坡地方案經濟性對比　×104元

5　總結

通過該項目的比選，得出以下結論：

(1)合理利用場地的高差，采取合適的地下室方案，確定恰當的地下室標高，通過土方平衡，可以減少土方量，節(jié)約大量的土建成本。

(2)不同的地下室方案直接影響了基礎選型。本項目中，不同的樁型對基礎成本有著很大的影響。一般情況下，預應力管樁的造價遠小于旋挖樁基礎，但是預應力管樁抗剪承載力低，容易脆性破壞，不宜用于存在滑移面的情況，例如臺地的高邊坡范圍。因此當地下室存在大高差時建議選用坡地方案，采用預應力管樁基礎，這樣可以大大節(jié)約基礎造價。