某車輛段上蓋結構基礎選型分析

程曦

中鐵上海設計院集團有限公司 上海 200070

1 工程概況

本項目為廣州某地鐵車輛段上蓋綜合體，除滿足地鐵停車場功能需求外，將進行上蓋物業開發，規劃的上蓋開發類型包含住宅、幼兒園、中小學等。本文涉及區域上蓋開發建筑單體為幼兒園與中學，蓋板面積22340m2，建筑高度40m。

工程根據上蓋物業開發類型進行基礎設計，預留上蓋物業開發條件，為全轉換框架結構，上蓋開發建筑單體并非滿布于蓋板之上，蓋板上布置了綠地區域，以上情況造成柱底荷載分布不均勻。轉換區域安全等級一級，其余二級。轉換區域重要性系數1.1，其余1.0。建筑結構設計工作年限50年。地基基礎設計等級甲級。抗震設防烈度7度（0.10g），設計地震分組第一組，場地類別Ⅲ類，特征周期0.45s。轉換區域抗震設防類別為重點設防類，其余為標準設防類。轉換區域框支框架、豎向構件抗震等級為特一級，其余為一級。基本風壓0.55kN/m2（50年）、0.65kN/m2（100年），地面粗糙度C類。

通過以上工程概況可知，承載力控制和沉降控制為本工程基礎設計的關鍵因素。

2 地質條件

本工程場地范圍較平坦，總體地勢起伏不大。地面高程為5.74～9.03m ，平均高程為6.90m，為海陸交互相沖積平原地貌。軌頂設計高程8.62m，承臺頂標高為6.62m。根據詳勘報告，場地內各主要巖土層分為8個大層，各層內有必要的再細分亞層，本次揭露地層從上至下共包括：①填土層（<1-1>雜填土、<1-2>素填土）；②海陸交互相沉積層（<2-1A>、<2-3>）；③沖積-洪積層（<<3-2>、4N-2>）、河湖相沉積層（淤泥<4-2A>、淤泥質土<4-2B>）；④殘積土層（<5H-1>、<5H-2>、<5Z-1>、<5Z-2>）；⑤巖石全風化帶（<6H>、<6Z>）；⑥巖石強風化帶（<7H-A>、<7H-B>、<7Z-A>、<7ZB>）；⑦巖石中等風化帶（<8H>、<8Z>）；⑧巖石微風化帶（<9Z>）。

其中，由于填土<1>和淤泥<2-1A>、<4-2A>、淤泥質土<4-2B>層為欠固結土，計算樁基承載力時，<2-1A>、<4-2A>、<4-2B>及其以上的土層應按負摩阻力考慮。

3 上部結構布置

蓋體上部結構為鋼筋混凝土框架結構，該處蓋板上蓋開發建筑單體為中學與幼兒園，均按蓋上6層計算荷載，分散分布于蓋板之上。

4 基礎方案比選

本項目主體荷載較大且分布不均勻，場地地表淺部主要為填土，填土呈松散狀，均勻性差，壓縮性大；局部發育淤泥層，承載力不足。淺部地層地基承載力不足，穩定性差，變形大，不宜作為上蓋綜合體上蓋建筑物天然地基。根據設計資料現地面高程低于設計地坪高程，需要進行回填處理，無法采用天然地基方案。本項目選用樁基礎可以滿足承載力要求，由于樁基礎持力層穩定，沉降量不大，可以有效解決不均勻沉降問題。同時本場地為抗震不利地段，存在液化砂土、大厚度欠固結土。因此，對于柱位可以考慮選用樁基礎。

本文將采用三種不同類型、不同直徑的樁基礎方案進行比較，將各方案的經濟性作為重要指標得出最終結論。

4.1 鉆孔灌注樁成樁可行性分析

鉆孔灌注樁的優點是[1]：適用范圍廣，能穿越地下水位上下的各類復雜地層，能形成較大的單樁承載力，成樁質量較好，適應各種地質條件和不同規模的建筑物的優點。缺點是：造價高，施工速度稍慢，周期長，產生泥漿較多對施工場地環境要求稍高，有噪聲等。

本場地內<1>填土層、<2-1A>/<4-2A>淤泥和<4-2B>淤泥質土屬于軟弱土，工程特性差，為欠固結土，鉆（沖）孔樁施工時容易造成縮頸、塌孔等事故；由于場地中地下水位高，并分布有砂層，灌注樁施工成孔過程中也在上述層位易產生塌孔等現象，對鉆（沖）孔灌注樁施工造成不利影響，從而影響樁身質量，故應考慮對樁周土體進行適當的處理或加強樁體材料，且宜通長配筋及采用等級較高的泥漿護壁。

4.2 預應力管樁沉樁可行性分析

預應力管樁成本較低，工期短，樁身質量容易得到保證，對地基承載力的利用較高。其施工方式包括打入式預制樁和靜壓預制樁兩種，打入式預制樁施工噪音大，但穿透硬夾層的能力較強，能夠有效進入樁尖持力層并保證入土（巖）深度，取得較大的單樁承載力。靜壓預制樁施工噪音小，單樁承載力較直觀，但中小型樁機穿透硬夾層的能力較弱，大型樁機穿透硬夾層的能力較強。

本場地人工填土層呈松散軟弱狀態，局部夾塊石、碎石，土質不均，不利于沉樁；殘積土、全風化巖、強風化巖中局部發育有軟硬夾層，易造成斷樁事故或有效樁長不足，對預應力管樁沉樁有一定的影響，必要時采取引孔措施保證樁長及樁端承載力；其余土層對預制樁（如管樁）基礎影響較小[2]。錘擊法預制樁一般可穿透全風化（混合）花崗巖；錘擊法預制樁一般可打入甚至穿透土狀強風化花崗巖<7H-A>/混合花崗巖<7ZA>；靜壓法預制樁一般可打入甚至穿透全風化花崗巖<6H>/混合花崗巖<6Z>；靜壓法預制樁一般難以進入土狀強風化花崗巖<7H-A>/混合花崗巖<7Z-A>。

4.3 方案描述

4.3.1 方案一。樁基礎采用鉆孔灌注樁+柱下承臺基礎，樁徑為1200mm，樁型根據樁端持力層的不同分為三種。持力層為<7H-B>強風化花崗巖層或<7Z-B>強風化混合花崗巖層的樁長約70m、<7H-A>強風化花崗巖層或<7Z-A>強風化混合花崗巖層的樁長約70m、<8H>中等風化花崗巖層或<8Z>中等風化混合花崗巖層的樁長約55m。

4.3.2 方案二。樁基礎采用預應力管樁+筏板基礎，樁徑分為600mm、800mm共2種，樁端持力層為<6Z>混合花崗巖全風化層，全區域滿布布置，樁長約為20m。

4.3.3 方案三。樁基礎采用鉆孔灌注樁+柱下承臺基礎，樁徑為1000mm，樁端持力層統一為<7H-A>強風化花崗巖層或<7Z-A>強風化混合花崗巖層，樁長約為55m。

4.4 方案比選

方案一優點：根據不同的地勘孔點與不同的持力層，劃分三種樁型進行精細化設計，利于節省樁基造價、更合理地滿足承載力與沉降要求。缺點：鉆孔經過欠固結土層時易產生塌孔等現象；劃分為三種樁型極其考驗地勘孔點的準確性，而地勘孔點分布并非一柱一鉆，該方案的三種樁型布置并不能完全與實際地質情況準確對應；三種樁型的劃分同時也增加了施工難度，拉長了施工周期，提高了施工成本；單樁承載力特征值普遍較大，導致部分柱下樁基滿足承載力要求，卻因沉降要求加樁，間接導致造價提高與材料浪費。

方案二優點：預應力混凝土管樁強度高、耐打性好，工期短、造價低。因承載力與沉降要求，考慮到柱間距限制不適宜布置大型柱下承臺，全區域管樁與筏板滿布布置，節省了樁長、利于管樁沉樁、控制了沉降差。因全區域開挖，放坡開挖即可，無須考慮做局部鋼板樁支護，節省了土方造價[3]。缺點：因管樁仍需穿過欠固結土層，以混合花崗巖全風化層為樁端持力層，上軟下硬，巖層面起伏不平，單樁豎向承載力特征值和終壓值容易偏大；因全區域做900厚筏板基礎控制沉降滿足要求，導致基礎部分混凝土量與鋼筋量較高，最終總用量高于方案一。

方案三優點：在方案一的基礎上進行優化，采用統一樁徑1000mm，統一持力層<7H-A>強風化花崗巖層或<7Z-A>強風化混合花崗巖層，樁長較為平均，約為55m，適當降低了單樁承載力特征值并統一，使滿足承載力要求的同時也能滿足沉降要求，直接減少了樁基礎造價；統一樁徑降低了施工難度，縮短了施工周期，降低了施工成本。缺點：鉆孔經過欠固結土層時易產生塌孔等現象，需采用通長配筋提高樁身質量。

表1 基礎方案經濟性比選表

5 結束語

綜上所述，本文對欠固結土地基某地鐵車輛段上蓋綜合體的實際工程案例進行分析，綜合考慮建筑物所處的地質特點、成本造價及施工的難易程度進行基礎選型分析。通過承載力及沉降復核，本工程選用鉆孔灌注樁及預應力管樁均能滿足規范對承載力及沉降的要求，且施工方案均為可行。但由于1200直徑鉆孔灌注樁地質要求高、成本造價高及施工難度高等缺點，預應力管樁施工難度及造價成本等方面限制，故本項目最終選擇1000直徑鉆孔灌注樁的基礎形式。

在欠固結土地基區域，由于基礎下某層土承載力低，壓縮模量小，厚度較厚且分布不均勻，如采用天然基礎，經常面臨承載力不足及沉降不滿足要求等問題，需采取其他的基礎形式。但是，灌注樁施工成孔過程中在欠固結土層易產生塌孔等現象，從而影響樁身質量，故本工程最終考慮加強樁體材料，采用C40P8樁身混凝土，且通長配筋以保證樁身質量滿足要求。