樂山鋼板組合剪力墻百米高層基礎設計方案比選

重慶中科建設（集團）有限公司，重慶 400060

1 工程概述

樂山高新區創新科技孵化大樓項目由兩棟塔樓及地下車庫組成，總用地面積為23008.98m2，總建筑面積為99326.68m2。兩棟塔樓為鋼板組合剪力結構[1]，以地下車庫頂板為嵌固層。建筑高度為99.6m，地上23層、地下2層，人防異地，不超限。設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度（0.10g）[2]，安全等級為二級，抗震等級為二級，地基基礎設計等級為甲級[3]。樂山創新科技孵化大樓效果圖見圖1。文章依托實際項目，分析百米高層在樂山典型地質條件下的基礎設計方案。

圖1 樂山創新科技孵化大樓

2 地質概況

根據地勘報告，簡述地質條件如下：（1）場地巖土層從上至下依次為粉質黏土（土層厚度約4.4m）、稍密卵石（土層厚度約3m）、中密卵石（土層厚度約3.5m）、密實卵石（土層厚度超過25m），土層分布較均勻。（2）該工程建筑不考慮抗浮設計。（3）場地土層砂泥質填充含量大（約10%～35%）。（4）場區內無不良地質現象。（5）該工程巖土設計參數如下：粉質黏土極限側阻力標準值為50kPa，粉質黏土地基承載力特征值為170kPa，稍密卵石土極限側阻力標準值為120kPa，中密卵石土極限側阻力標準值為140kPa，密實卵石土極限側阻力標準值為160kPa，密實卵石土極限端阻力標準值為3000kPa。

3 基礎設計方案比選

3.1 基礎設計方案一：淺基礎（天然地基）

該工程塔樓地上23層、地下2層，初步估算塔樓基底平均質量為23層×15kN/m2+2層×20kN/m2=385kN/m2。該工程塔樓基底粉質黏土層厚約4～8m，地基承載力為170kN/m2。因此，以天然地基為持力層的淺基礎方案不可行。

3.2 基礎設計方案二：淺基礎（CFG樁地基處理）

考慮以CFG樁地基處理后的復合地基為持力層的淺基礎方案。設計面積置換率為0.167（樁長10m、樁距為1.3m、樁直徑為0.6m，正方形布樁），處理后復合地基承載力提高至558kN/m2。經濟性分析認為該方案的工程造價相對其他基礎方案更具優勢。

綜合比較后，該工程不采用該方案。原因有以下兩方面：第一，CFG復合地基承載力計算的經驗范圍值參數多，不同的計算假定對結果影響大；第二，塔樓邊柱剛度與荷載較小，而塔樓核心筒剛度大且荷載集中，該方案可能引起塔樓邊柱與內筒間較大的不均勻沉降，而該工程為鋼框架-鋼板組合剪力墻百米高層，不均勻沉降對結構內力分配有較大影響。

3.3 基礎設計方案三：樁筏基礎（混凝土預制樁）

該工程場地較平坦，機械化施工條件好，具備樁基設計條件。但根據地勘報告，場地中卵石粒徑較大，最大粒徑可達到160mm，這對混凝土預制樁（管樁）施工影響較大，成樁可行性不高，故該方案不可行。

3.4 基礎設計方案四：樁筏基礎（灌注樁）

經對比，樁筏基礎（灌注樁）為該工程基礎選型的確定方案。樁基采用端承摩擦樁，施工工藝采用機械成孔，以密實卵石土為樁端持力層；承臺、筏板均擱置在粉質黏土層。

4 樁型布置方案比選

該工程采用樁筏基礎（灌注樁）方案，但不同的樁基布置與樁型將對建設成本有較大的影響，因此有必要開展基礎優化選型工作。該工程樁基初步考慮樁徑D=800mm、D=1000mm、D=1200mm三種樁型方案，采用非擠土樁施工工藝（依據樁基規范樁最小中心距為3D），以核心筒范圍為例，簡化估算核心筒范圍基底反力約240000kN（該工程塔樓地上23層、地下2層，核心筒受荷面積約524m2）。簡化計算見表1。

表1 樁型方案對比表

結合表中樁長、樁基根數與混凝土量，綜合考慮經濟性、施工難度與工期，該工程折中選取方案2（樁徑D=1000mm）的樁型。在施工圖階段結合軟件模型的計算結果與上述手算結果基本相符。但剛度分配及變形協調等因素導致單樁最大反力為6231kN，單樁設計承載力特征值為6258kN；考慮筏板厚度、埋深、電梯基坑降板、群樁效應等因素后，實際最大樁長為30m。筏板下樁基ZKJ1承載力計算結果見表2。

表2 ZKJ1承載力計算表

5 樁基布置方案比選

該工程采用D=1000mm的非擠土樁方案（依據樁基規范樁最小中心距為3D）。現假定施工過程中采取有效措施，使成樁工藝變成部分擠土成孔，從而將樁最小中心距減為2.5D，以核心筒范圍為例（核心筒范圍基底反力約240000kN，核心筒受荷范圍約524m2）。簡化計算結果見表3。

表3 樁基布置方案對比表

由于樁間距減少，核心筒范圍內樁數增加，單樁反力減少，從而可以有效減少樁長。但與勘察、審查、施工等單位結合后，認為樂山當地經驗，以旋挖成孔為前提，又依靠施工措施以達到部分擠土成樁的工藝存在風險，因此該項目最終放棄了部分擠土成樁的方案，而采用非擠土樁方案作為實施方案。

6 結束語

該工程看似是簡單的高層建筑基礎設計，但在設計方案、樁基選型與樁基布置方案上經歷了多方案比選，在方案比選中綜合考慮經濟性、施工難度與施工速度三方面，由此確定了最優實施方案。根據該工程的實施經驗，針對樂山高新區的典型地質條件，建議百米高層建筑采用樁筏基礎（非擠土機械成孔灌注樁）的基礎設計方案。