上海某超高層建筑樁筏基礎沉降規律實測分析

褚 峰

上海陸家嘴金融貿易區開發股份有限公司 上海 200126

隨著城市化的快速發展，越來越多的城市建筑為超過100 m的超高層建筑。深埋樁筏基礎因承載力高，控制變形效果好，施工技術成熟，在軟土地區超高層建筑中得到廣泛運用[1]。湯永凈等[2]分析金茂大廈（高420.6 m）、上海環球金融中心（高492.0 m）和上海中心大廈（高632.0 m）所采用的深埋樁筏基礎的地基承載力和變形，指出深埋樁筏基礎的優勢有：挖土的質量作為上部結構荷載的部分補償；基礎深埋有利于提高建筑的水平穩定性；深埋樁筏基礎的地下連續墻可分擔相當比例的上部結構荷載。

合理設計深埋樁筏基礎，可以帶來很好的經濟效益。然而，若設計不合理，樁筏基礎可能產生過大的差異沉降或者筏板內力分布不均等問題，導致基礎或上部結構內力過大，影響建筑使用壽命[3]。欒茂田等[4]采用有限元方法，考慮地基流變與固結效應，分析了樁筏基礎的承載特性。趙昕等[5]以上海中心大廈為例，采用數值方法，研究了地基沉降和上部結構的時變性對超高層建筑樁筏板的內力分布的影響。王磊等[6]采用有限元法，考慮高層建筑地基-樁筏基礎-上部結構共同作用及群樁效應，分析了樁筏基礎的承載變形特性及角樁、邊樁和中心樁的樁頂反力。

采用理論方法分析深埋樁筏基礎的承載變形規律，一般強調上部結構-筏板-樁-土共同作用及變剛度調平概念設計理念[7-8]，有利于研究上部結構荷載、筏板剛度、基礎埋深等單因素對深埋樁筏基礎承載變形規律的影響。但理論方法一般需對模型作適當的簡化，其中土體本構模型、地基-基礎結構模型的選擇有一定的主觀性，且對計算結果影響較大。分析高層建筑實測沉降則可綜合考慮多種因素的影響，且實測結果較為客觀。李成芳等[9]分析重慶地區一高層建筑樁箱基礎原位測試數據，發現實測基礎沉降僅為理論計算值的20%，建議增大樁距，從而降低工程造價。肖俊華等[10]分析了位于軟土地區的上海環球金融中心深埋樁筏基礎的沉降規律，發現當上部結構傳遞至基礎的荷載大于挖土質量時，建筑物沉降速率及傾斜值顯著增加。

本文分析采用深埋樁筏基礎、高達280 m的前灘中心超高層辦公樓實測沉降，對比建設過程中核心筒處、外框筒處及裙房處的基礎沉降發展規律，為軟土地區超高層建筑基礎的選型及優化提供參考。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程概況

本項目位于上海市浦東前灘地區，東接東育路，南接海陽西路，鄰近軌道交通6號線、8號線和11號線三線換乘點——東方體育中心站，位于25-2區東區（圖1）。工程主要由1棟56層超高層主樓和5層裙房組成，主樓高280 m，東西向、南北向長均為56 m。裙房高23.8 m，地下室為整體地下3層，地下室底板頂部埋深13.5 m。

圖1 建筑平面位置

1.2 地質條件

工程場地位于長江三角洲沖積平原上，地貌類型屬濱海平原，場地地勢平坦。場地處于古河道分布區，其中⑥層暗綠色粉質黏土缺失。地基土埋深在20.0～60.0 m范圍內分布相對復雜，多呈交互成層或透鏡體狀分布，埋深20.0 m以上及60.0 m以下基本穩定。場地淺部為淤泥質土和粉質黏土，呈流塑～軟塑狀態；其下為稍密-中密的砂質粉土、粉砂與粉質黏土互層；再其下為軟-可塑狀粉質黏土和中密的砂質粉土、粉砂交互或混雜；再下為密實的砂土層和硬塑狀黏性土。

場地的地基土分布情況自上而下描述如下：①1填土：以雜填土為主，平均層厚為2.13 m。①2黑色浜底淤泥：在場地內零星出現，平均層厚為1.50 m。②褐黃色粉質黏土：軟塑-可塑，由上至下逐漸變軟，平均層厚為1.27 m。③1灰色淤泥質粉質黏土：流塑，平均層厚為6.48 m。④灰色淤泥質黏土：流塑，平均層厚為8.23 m。⑤2-1灰色砂質粉土與粉質黏土互層：稍密-中密，平均層厚為10.26 m。⑤2-2灰色粉砂與粉質黏土互層：稍密-中密，平均層厚為16.27 m。⑤3-1灰色粉質黏土：軟塑-可塑，平均層厚為6.09 m。⑤3-2灰色砂質粉土與粉質黏土互層：稍密-中密，與軟可塑粉質黏土互層，平均層厚為15.21 m。⑤3-3灰色粉質黏土：可塑，平均層厚為6.14 m。⑦灰色粉細砂：中密-密實，屬低壓縮性土，平均層厚為13.36 m。⑧灰色粉質黏土與粉砂互層：軟可塑或中密，平均層厚為3.73 m。⑨青灰色粉細砂：密實，平均層厚為14.76 m。青灰色粉細砂：密實，平均層厚為24.10 m。綠灰色粉質黏土：硬塑，平均層厚為6.75 m。青灰色粉細砂：密實，屬低壓縮性土，該層在場地內普遍分布。

2 建筑基礎

主樓和裙房均采用深埋樁筏基礎，主樓處基礎筏板厚3.5 m，裙房處基礎筏板厚1.3、1.0 m。樁型全部采用鉆孔灌注樁，其中φ700 mm鉆孔灌注樁作為抗壓兼抗拔樁，樁長50 m，理論估算承載力特征值為3 300 kN。φ900 mm鉆孔灌注樁作為抗壓樁，樁長66 m，理論估算承載力特征值為8 400 kN。

主樓區域樁頂標高為－17.1 m，裙房區域樁頂標高約為－15.1 m。群樁平面布置如圖2所示。

圖2 樁位布置示意

3 監測方案

在裙房基礎頂板處布置測點①—測點⑧；在塔樓外框基礎頂板處布置測點⑨—測點；在核心筒基礎底板處布置測點和測點，各測點位置如圖3所示。測量不同施工階段各測點變形，根據施工進度可知，核心筒頂層完成日期為2017年12月29日，外框筒完成日期為2018年6月25日，核心筒約比外框筒提前施工20層。

圖3 測點位置

4 監測結果分析

圖4為裙房處基礎頂板測點①—測點⑧分階段及累計沉降。核心筒56層框完成時，裙房測點①—測點⑧累計沉降分別為6、7、6、12、18、18、19、21 mm。外框56層完成時，裙房測點①—測點⑧累計沉降分別為－9、－9、－9、－3、－9、－11、－10、4 mm。裙房施工完成時，各測點累計沉降－15～5 mm。主樓施工階段，裙房處基礎沉降發展較快，主樓施工完成，裙房基礎有一定上浮，可能與地下位恢復有關。從開始施工至施工完成階段，裙房基礎各測點豎向位移處于－25～25 mm之間，變形較小。

圖4 裙房處基礎沉降

圖5為外框筒處基礎分階段沉降及累計沉降。核心筒56層框完成時，外框測點⑨—測點累計沉降分別為47、51、47、45、42、44、47、42 mm。外框56層完成時，裙房測點⑨—測點累計沉降分別為56、57、54、50、47、53、55、51 mm。裙房施工完成時，各測點累計沉降50～70 mm。主樓施工初始階段，基礎沉降發展較慢，核心筒9層框完成后，基礎沉降隨發展速率的變化迅速增加。這可能是初始階段，上部結構荷載小于挖土自重，地基處于回彈再壓縮階段，土體壓縮模量較大，核心筒9層框完成后，上部結構荷載大于挖土自重，土體壓縮模量降低，故基礎沉降發展速率增加。

圖5 外框筒處基礎沉降

圖6為內框筒處基礎分階段沉降及累計沉降。核心筒56層框完成時，核心筒處基礎測點、測點累計沉降分別為30、40 mm。外框筒56層完成時，2個測點沉降分別為39、47 mm。裙房施工完成，2個測點沉降分別為47、64 mm。內框筒處基礎沉降與外框筒處基礎沉降接近，內框筒與外框筒差異沉降較小，表面基礎所采用的變剛度調平設計效果較好。各測點沉降均遠小于200 mm，原因可能是設計時考慮群樁承擔全部上部結構荷載，并未考慮筏板對上部結構荷載的分擔作用，表明基礎還可以進行一定程度的優化。

5 結語

本文通過分析上海軟土地區樁筏基礎超高層建筑沉降實測數據，對比裙房位置、外框筒位置及內框筒位置處的地下室底板沉降，得出以下結論：

圖6 核心筒處基礎沉降

1）主樓施工階段，裙房處基礎沉降發展較快，主樓施工完成，裙房基礎有一定上浮。從開始施工至施工完成階段，裙房基礎各測點豎向位移處于－25～25 mm之間，變形較小。

2）主樓施工初始階段，主樓基礎沉降發展較慢，施工一定高度后，因上部結構荷載大于挖土自重，地基土壓縮模量小于回彈再壓縮模量，基礎沉降發展速率增加。

3）基礎設計時考慮群樁承擔全部上部結構荷載，并未考慮筏板對上部結構荷載的分擔作用，主樓基礎各測點實測沉降50～70 mm，表明該建筑的基礎設計方案可進行一定程度的優化。