建筑基礎(chǔ)坐落于地下箱涵之上的設(shè)計分析

胡杰

（山西一建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

近年來，社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國的建筑業(yè)也進(jìn)入了高速發(fā)展的時期，建筑物的數(shù)量越來越多，其規(guī)模也越來越大。但是城市內(nèi)部的建設(shè)用地十分緊張，尤其是一些老舊城區(qū)情況更為顯著，地下管線、地下排洪渠、地下箱涵錯綜復(fù)雜。由于這些地下結(jié)構(gòu)的特殊功能和復(fù)雜的地下環(huán)境，想要移動或者拆除這些地下結(jié)構(gòu)十分困難，新建建筑基礎(chǔ)坐落于這些地下結(jié)構(gòu)之上，必須滿足規(guī)范對于新建建筑基礎(chǔ)的承載力和變形要求，還得保證不能破壞原有地下結(jié)構(gòu)的使用功能，這種基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)換設(shè)計對結(jié)構(gòu)工程師是一個巨大的挑戰(zhàn)。

1 工程實例

1.1 工程概況

本工程為山西某置業(yè)開發(fā)有限公司的某住宅小區(qū)30#樓，位于太原市小店區(qū)（太原南站東側(cè)）。地下一層，地上十五層。地下一層為非機(jī)動車車庫和設(shè)備用房，一層至十五層為住宅。地下一層層高為5.4m，一層至十五層層高為2.9m，室內(nèi)外高差0.3m，建筑總高度為43.8m。±0.000 的絕對高程為808.80m。本工程采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，地基處理采用CFG 樁復(fù)合地基，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土筏板。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及抗震設(shè)計參數(shù)

（1）建筑結(jié)構(gòu)的安全等級：二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。

（2）設(shè)計使用年限：50 年。

（3）基礎(chǔ)設(shè)計等級：乙級。

（4）抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)：丙類。

（5）抗震設(shè)防烈度：8 度，0.20g，第二組。

（6）建筑場地類別為：Ⅲ類。

（7）結(jié)構(gòu)抗震等級：二級剪力墻。

（8）上部結(jié)構(gòu)嵌固位置：基礎(chǔ)頂。

1.3 主要地質(zhì)情況參數(shù)

本工程可不考慮地下水影響，地基土對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。該場地為非濕陷性，非液化場地，可不考慮軟弱土的震陷影響，擬建場地抗震類別屬一般地段。

表1 土層參數(shù)

1.4 基礎(chǔ)修改原因

本工程A 軸處地下室外墻位置從東至西有一條鋼筋混凝土箱涵。箱涵寬度5m，高度2.6m，箱涵頂標(biāo)高距離±0.000 高度介于1.81～1.29m，位置詳見圖1。

圖1 地下箱涵剖面

1.5 基礎(chǔ)修改方案

由于地下箱涵的存在導(dǎo)致本工程部分剪力墻無法落地，建筑專業(yè)取消部分地下室，對此部分不能落地剪力墻采取轉(zhuǎn)換措施，在-0.110m 處設(shè)置型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁，型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁兩端設(shè)置鋼筋混凝土灌注樁。

1.6 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)的選用

本工程轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計采用C 級抗震性能目標(biāo)，設(shè)防烈度地震下滿足第3 性能水準(zhǔn)，轉(zhuǎn)換梁柱屬于關(guān)鍵構(gòu)件，關(guān)鍵構(gòu)件正截面中震下不屈服，關(guān)鍵構(gòu)件斜截面中震下彈性。

1.7 樁基施工圖設(shè)計

本工程B 軸～H 軸部不需要設(shè)置轉(zhuǎn)換，基礎(chǔ)位于第二層黃土狀粉土層中，承載力及變形不滿足規(guī)范要求，需要設(shè)置鋼筋混凝土后注漿灌注樁，樁徑700mm，樁長23m，樁頂標(biāo)高-6.200m，樁端持力層為第七層粉土層，樁混凝土強(qiáng)度等級C30，單樁豎向承載力特征值要求達(dá)到2000kN。樁身縱筋：12 14；箍筋 8@100（螺旋箍），詳見圖2。

圖2 樁身大樣（一）

本工程A 軸下為地下鋼筋混凝土箱涵，剪力墻無法落地，需要設(shè)置鋼筋混凝土后注漿灌注樁（柱）支撐型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁連接，樁徑800mm，樁長29.09m，樁頂標(biāo)高-0.11m 樁端持力層為第七層粉土層，樁混凝土強(qiáng)度等級C50，單樁豎向承載力特征值要求達(dá)到2000kN。樁頂2m 范圍內(nèi)設(shè)置焊接H 型鋼350×350×30×20（Q345B）用于和型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁連接。樁身縱筋（配筋采用樁及轉(zhuǎn)換柱包絡(luò)設(shè)計）：25 25；箍筋 12@100（井字復(fù)合螺旋箍），詳見圖3。

圖3 樁身大樣（二）

1.8 基礎(chǔ)施工圖設(shè)計

本工程B 軸～H 軸采用750mm 筏板，配筋：16/18@200（雙層雙向）。B 軸地下室外墻為400mm，與轉(zhuǎn)換柱對應(yīng)處設(shè)置800×800 鋼筋混凝土扶壁柱，柱頂2m 范圍內(nèi)設(shè)置焊接H 型鋼350×350×30×20（Q345B）用于和型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁連接。

本工程B 軸以南在-0.110m 處設(shè)置800mm×1000mm 轉(zhuǎn)換梁內(nèi)含H 型鋼700×300×30×20（Q345B）及750mm 基礎(chǔ)板，配筋：16/18@200（雙層雙向）。

2 地下結(jié)構(gòu)之上的新建建筑設(shè)計要點

2.1 樁基設(shè)計分析

本工程由于地下箱涵的存在，A 軸部分剪力墻無法落地，建筑專業(yè)取消A 軸～B 軸之間地下室，B 軸～H 軸之間存在5.4m 層高地下室，導(dǎo)致基礎(chǔ)部分建筑物本身側(cè)向剛度不均勻且存在高差，所以轉(zhuǎn)換部分采取增大樁身截面的方案提高轉(zhuǎn)換部分的側(cè)向剛度，由于地下箱涵東西貫通的影響，不能設(shè)置橫向抗側(cè)力構(gòu)件，根據(jù)專家論證方案，在轉(zhuǎn)換部分樁頂縱向設(shè)置了2m 高鋼筋混凝土墻用于加強(qiáng)樁體之間的整體性。由于轉(zhuǎn)換部分樁體與地下箱涵水平距離較近，為了確保成樁質(zhì)量且不能破壞地下箱涵，設(shè)計中加強(qiáng)了此部分工程樁承載力和樁身質(zhì)量檢測。由于轉(zhuǎn)換部分樁體距離地下箱涵水平距離較近，故不再考慮從-0.110～-6.200m范圍內(nèi)樁土之間作用，此范圍內(nèi)樁體按照轉(zhuǎn)換柱進(jìn)行設(shè)計，樁身體配筋采用轉(zhuǎn)換柱和灌注樁包絡(luò)設(shè)計，并且順延此鋼筋至樁頂標(biāo)高以下18m，使部分既滿足轉(zhuǎn)換構(gòu)件的要求又能滿足灌注樁的要求。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計分析

本工程地下箱涵頂板距離結(jié)構(gòu)±0.000 箱高度介于1.81～1.29m，考慮到轉(zhuǎn)換梁拖換地上十五層的部分剪力墻，轉(zhuǎn)換梁本身的變形可能會影響地下箱涵的使用，如果轉(zhuǎn)換梁發(fā)彎曲縮變形且撓度過大，將會導(dǎo)致地下箱涵頂板承受額外的壓力，因此地下箱涵可能會出現(xiàn)裂縫，必然會導(dǎo)致地下箱涵內(nèi)有水滲出，流入地下土中，這樣日積月累來對本工程的基礎(chǔ)及相鄰周邊相鄰建筑物或構(gòu)筑物都會產(chǎn)生巨大變形影響，有可能會危機(jī)人生及財產(chǎn)的安全。通過比較計算鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁的承載力及變形均不能滿足設(shè)計要求，把鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁改為型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁后，不僅降低了梁的截面尺寸，還減小了梁的變形，保證了轉(zhuǎn)換梁底和地下箱涵頂之間的有效安全距離。

3 結(jié)語

本工程通過基礎(chǔ)局部轉(zhuǎn)換設(shè)計，既保證地下箱涵的正常使用，也保證新建建筑地上住宅部分不受任何影響，達(dá)到業(yè)主預(yù)期的要求，采用最經(jīng)濟(jì)合理且又安全的辦法解決了實際困難。轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計由于其重要的位置必須予以重視。設(shè)計時要全方面思考問題，針對比較復(fù)雜的問題，設(shè)計人員需要遵循質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)這兩個主要原則，在技術(shù)層面研究和解決問題。