某办公综合楼结构设计中的基础选型分析探讨

２０１０年第３期　第３６卷总第１５５期　ＩＩＪ　材　Ｓｉｃｈ“　，ｚ　Ｂｕｉｌｄｉ—ｎｇ　・７９・　２０１０年６月　

某办公综合楼结构设计中的基础选型分析探讨　

郭　（湖南有色金属研究院，　

摘要：建筑基础设计的选型设计是一项重要的．Ｙ－作，　它直接关系到建筑物的质量、安全和造价，如何做到满足　技术条件下的经济合理是每个设计者不断研究解决的重要　课题。本文结合工程实例，在对场地地质状况分析的基础　上，对小高层办公综合楼工程基础设计采用的预应力高强　管桩、钻孔灌注桩和筏形基础三种基础方案从技术、经济、　工期等方面进行了详细分析比较与确定，对实施效果进行　了评价和总结。　凯　湖南长沙４１００００）　

面，层厚０．５　ｍ一１．０　ｍ；　（２）一１粉土。灰黄色，含云母片，湿，中密～密实　状态，无光泽反应，干强度、韧性低，中等压缩性，局部　地表面含植物根茎；层厚１．０　Ｉｎ～１．４　ｍ，为原地表土；　（３）（粉质）粘土。灰黄色，可塑状态，无摇震反应，　于强度、韧性高，中等压缩性；全场区局部分布，层厚１．６　ｍ～３．１　ｍ：　（４）一１粘土。灰黄色，硬塑，局部可塑，局部夹砂　关键词：办公综合楼；结构设计；基础选型；承载力；　礓，稍有光泽，无摇震反应，干强度、韧性高，中等压缩　桩基础　性。全场区均有分布，层厚１．７　ｎｌ～５．３　ｍ；　中图分类号：ＴＵ３１　文章编号：１６７２—４０１１　０引　言　文献标识码：Ｂ　（２０１０）０３—００７９—０３　

地基基础是建筑物的根本，又属于地下隐蔽工程。建　筑的基础部分，其造价约占总造价的２０％一２５％。基础设　计的合理与否，将对整个工程造价、施工进度、质量、安　全等有着极大的影响。因此，合理优化选择地基基础型式，　使地基基础工程在满足正常使用功能及安全的条件下，做　到设计合理，节约资源、降低造价，已成为工程技术人员　的一个新的研究课题。　１工程概况　湖南某办公综合楼工程，地下１层，地上９层，平面　布置如图１所示。建筑物总高度自０．０００算起为３９．８０　１１１，　宽度１９．０　１ＴＩ，高宽比为２．Ｏ１，标准层层高为３．９　ｉｎ，场地　类别为Ⅲ类，地震烈度按６度设防。　根据建筑使用功能要求，本工程采用现浇钢筋混凝土　框架结构，地下室外墙为钢筋混凝土剪力墙。基本柱网尺　寸为８．４　ＩＴＩ×８．４　１１＂１，如图１所示。砖砌外填充墙采用２００　ｍｍ厚Ｍｕｌ０普通混凝土小型空心砌块，内墙（含地下室内）　采用轻质材料（砌块或板材），其容重不应大于７　ｋＮ／ｍ。。　

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图１　柱网平面布置图　

根据工程地质勘察资料，场地地质条件如下：　（１）杂填土。水泥路面、碎砖、碎石杂粉质粘土、粉　土，全场区普遍分布，主要为住宅地及工厂人工堆填的路　（５）一２粉土。灰黄色，含云母片，湿，稍密状态，　摇震反应中等，无光泽反应，干强度、韧性低，中等压缩　性。全场区均有分布，层厚１．２　ｍ一３．１　ｍ；　（６）一３粘土。灰黄色，可塑，无摇震反应，干强度、　韧性高，中等压缩性。全场区局部分布，层厚１．３　ｒｌｌ～３．３　ｍ；　（７）粘土。灰黄色、硬塑，局部夹砂礓，切面有光泽，　无摇震反应，干强度、韧性高，中等压缩性；场区均有分　布，本次钻探最大揭示厚度为１８．７　Ｉｉｌ。　２　基础结构设计中的选型方案分析与验算　工程靠近城市内部河沟，地下水位较高，根据上述地　质勘察资料，本工程作了预应力高强管桩、钻孔灌注桩、　筏形基础３种基础选型方案。　２．１采用预应力高强管桩基础方案分析　预应力混凝土管桩系指预应力高强混凝土管桩（代号　ＰＨＣ）、预应力混凝土管桩（代号Ｐｃ）和预应力｝昆凝土薄壁管　桩（代号盯ｃ）。预应力管桩施工速度快，工期短，可以节　省施工费用，缩短投资回收时间，且施工现场简洁，场地　文明，造价比其它桩基更便宜。　根据《建筑桩基技术规范》（ＪＧＪ９４－－２００８）计算，本工程　桩基础采用预应力高强混凝土管桩（以下简称ＰＨＣ桩）。其　中，抗压桩采用ＰＨＣ一５００（１００）ＡＢ—Ｃ８０—１１、１１，桩端持　力层为３—１层粘土层，抗压桩进入持力层约１７　ｍ，平均桩　长２２　ＩＴＩ，抗拔桩采用ＰＨＣ一５００（１００）Ｂ～Ｃ８０—１２，桩端持　力层为３—１层粘土层航拔桩进入持力层约８　ｍ，平均桩长　１２　Ｉｎ。　２．１．１　根据地质勘察报告中ＺＫ０７孔计算单桩承载力　（１）桩侧总极限摩阻力标准值：　Ｒｓｋ＝Ｕｐ　Ｘｌｉｆｓｉ　＝１．５７×（６５×３．６＋５０×１．４＋２．４×７０＋１５×９０）　＝２　８６０　ｋＮ　（２）桩端极限阻力标准值：　Ｒｐｋ＝０．２５２×３．１４　ｘ　５５００＝１０７９ｋＮ　（３）单桩竖向承载力特征值：　Ｒｄ＝（Ｒｓｋ＋Ｒｐｋ）／２．０＝１９６９ｋＮ；取１９４０ｋＮ　２．１．２　根据平均孔深计算单桩承载力　（１）桩侧总极限摩阻力标准值：

　・８０・　２０１０年６月　ＪｌＪ　材　！　ｓ　ｃ．ｆ２“　ｎ　Ｂ　ｚ赢Ａ　以　２０１０年第３期　第３６卷总第１５５期　

Ｒｓｋ：Ｕｐ×∑１ｉｆｓｉ　＝１．５７×（６５×１．６＋５０×１．９＋３．３×７０＋１５×９０）　＝２　７９４　ｋＮ　（２）桩端极限阻力标准值：　Ｒｐｋ＝０．２５２×３．１４×５５００＝１　０７９　ｋＮ　（３）单桩竖向承载力特征值：　Ｒｄ＝（Ｒｓｋ＋Ｒｐｋ１）／２．０＝１　９３７　ｋＮ；取１　９００　ｋＮ　综上，ＰＨＣ单桩竖向承载力特征值取ＺＫ０７孔和平均孔　深计算出单桩承载力特征值的最小值为１９００ｋＮ。　根据传至承台底面的荷载效应标准组合值计算，抗压　桩ＺＨ一１１０２根：抗拔桩ＺＨ一２２８根，ＰＨＣ桩采用有桩尖　形式，选择Ｃ型桩尖。　２．２采用钻孔灌注桩基础方案分析　钻孔灌注桩按照成桩工艺可以分为干作业法钻孔灌注　桩，泥浆护壁法钻孔灌注桩，套管护壁法钻孔灌注桩。钻　孔灌注桩有很多优点，施工时基本无噪音、无振动、无地　面隆起或侧移，对环境和周边建筑物危害小，可以穿越各　种土层，更可以嵌人基岩。但是，钻孔灌注桩在施工中，　影响成桩质量的因素较多，质量不够稳定，有时候会发生　缩径、桩身局部夹泥等现象，桩侧阻力和桩端阻力的发挥　会随着工艺而变化，且又在较大程度上受施工操作影响。　根据《建筑桩基技术规范》（ＪＧＪ９４－－２Ｏ０８）计算，本工程桩基　础采用泥浆护壁法钻孔灌注桩（以下简称钻孔灌注桩）。其　中，抗压桩采用桩径７００　ｍｍ，桩端持力层为３—１层粘土　层，抗压桩进入持力层约１７　ｎｌ，平均桩长２２　ｍ，抗拔桩采　用桩径７００　ｍｍ，桩端持力层为３—１层粘土层，抗拔桩进　入持力层约８　ｍ，平均桩长１２　ｍ。　２．２．１　根据地质勘察报告中ＺＫ０７孔计算单桩承载力　（１）桩侧总极限摩阻力标准值：　Ｒｓｋ＝Ｕｐ×∑ｌｆｆｓｉ　＝２．１９８　Ｘ　ｆ　６８×３．６＋５２×１．４＋２．４×７０＋１５×　９１）＝４　０６７　ｋＮ　（２）桩端极限阻力标准值：　Ｒｐｋ＝０．３５２×３．１４×１　５００＝５７６　ｋＮ　（３）单桩竖向承载力特征值：　Ｒｄ＝（Ｒｓｋ＋Ｒｐｋ）／２．０＝２　３２１　ｋＮ；取２　３００　ｋＮ　２．２．２根据平均孔深计算单桩承载力　（１）桩侧总极限摩阻力标准值：　Ｒｓｋ＝Ｕｐ×Ｘｌｉｆｓｉ　＝２．１９８×（６８×１．６＋５２×１．９＋３．３×７０＋１５×９１）　＝３　９６４　ｋＮ　（２）桩端极限阻力标准值：　Ｒｐｋ＝０．３５２×３．１４　ｘ１　５００＝５７６　ｋＮ　（３）单桩竖向承载力特征值：　Ｒｄ＝（Ｒｓｋ＋Ｒｐｋ）／２．０＝２　２７０　ｋＮ；取２　２００　ｋＮ　综上，钻孔灌注桩单桩竖向承载力特征值取ＺＫ０７孔和　平均孔深计算出单桩承载力特征值的最小值，为２　２００　ｋＮ。　根据传至承台底面的荷载效应标准组合值计算，抗压　桩ＺＨ一１８８根：抗拔桩ｚＨ一２２８根。　２．３采用筏形基础方案分析　筏形基础分为梁板式和平板式两种类型，其选型应根　据工程地质、上部结构体系、柱距、荷载大小以及施工条　件等因素确定。梁板式筏基具有结构刚度大，对地基反力　及沉降的调节能力强，既适合于上部荷载较大的高层建筑，　也适合于地基承载力较低时以减小地基沉降为主要目的超　补偿基础，当对地下室的防水要求很高时，可充分利用地　基梁之间的“格子”空间采取必要的排水措施等优点。但同　时也存在受地基粱板布置的影响，基础刚度变化不均匀，　在中简或荷载较大的柱底易形成受力及配筋的突变．梁板　钢筋布置复杂。降水及基坑支护费用高，施工难度大等缺　点。　针对本工程基本柱网尺寸为８．４　ｍ×８．４　ｍ的具体情　况，由于底层柱截面为９００　ｍｍ×９００　ｍｍ，根据《建筑地基　基础设计规范》（ＧＢ５０００７—２００２）中规定地下室底层柱、剪　力墙与梁板式筏基的基础梁连接时，柱、墙的边缘至基础　梁边缘的距离不应小于５０　ｍｍ。根据估算。基础梁截面尺　寸为１　２００　ｍｍ×２　０００　ｍｍ和１　２００　ｍｍ×２　２００　ｒｆｌｍ，板厚根　据规构造要求定为４５０　ｍｍ，混凝土强度等级为Ｃ４０。　根据工程地质勘察资料，２—１层粘土层承载力特征值　．　为２００　ｋＰａ，是筏板基础较好的持力层。经过计算，基底　平均附加反力为７２　ｋＮ／ｍ　，基础的平均沉降量为６５　ｍｍ。　总竖向荷载作用点坐标为（２３　２００，８　４８２），筏板形心坐标为　（２３　２２１，８　５６７），偏心：（△ｘ，ＡＹ）＝（２１，８５）ｍｍ；根据《建筑　地基基础设计规范）（ＧＢ５００７—２００２）中偏心距计算公式：　ｅ≤０．１Ｗ／Ａ　经计算，偏心距满足规范要求。由于本工程地下水位　较高，地下室在０Ａ／１轴线处须布设２８根钻孔灌注桩作为　抗拔桩。　，　３三种基础方案的经济性综合分析比较　本设计选用的三种基础方案中。ＰＨＣ管桩和钻孔灌注　桩属于深基础．筏形基础属于浅基础。三者适用的地质条　件、荷载不同，施工难易程度和工期不同，各自的总造价　也不同。　３．１综合造价对比分析　根据以上三种基础形式，按照本地预算定额及当地当　时材料差价以及有关预算规定，对以上三种基础形式综合　造价分析比较如表１所示。　表１　各基础形式综合造价分析比较　基础形式　ＰＨＣ管桩　钻孔灌注桩　筏形基础　持力层　３层粘土层　３层粘土层　２—１层粘土层　抗压桩　２２　２２　平均桩长／ｍ　抗拔桩　１２　１２　桩径／ｒａｍ　５００　７００　单桩承载力特征值／ｋＮ　１９０ｏ　２２ＯＯ　综合比较造价／万元　ｌ９６．９　２０５．３　１９７．５（包含扰拔桩）　注：ＰＨＣ桩价格中未包含可能产生引孔的费用　通过表１可以看出，该调度指挥中心三种基础方案中，　ＰＨＣ管桩费用最低，只有１９６．９万元，钻孔灌注桩费用最高。　从地质勘查报告中可以看出，３粘土层为硬塑状土，局部夹砂　礓。ＰＨＣ桩作为挤土桩，可能无法满足桩长控制的要求，需　要在压桩时引孔。在增加引孑Ｌ的费用下，ＰＨＣ桩与钻孔灌注　桩相比没有优越性，且ＰＨＣ桩作为抗拔桩，桩端与承台构造　要求严格。筏形基础费用在三种基础形式中居中，但是考虑　到有部分抗拔桩，一定程度上增加额外费用。从综合造价方　面考虑，钻孑Ｌ灌注桩为相对最佳基础形式。　３．２工期和施工难易对比分析　根据以上三种基础形式。按照本地区施工工期及施工　的难易程度，对以上三种基础形式分析比较如表２所示。　（下转第８２页）