元茂大厦基础方案分析比较

　　摘要：根据不同情况分析主楼、裙房基础的安全性和经济性。

　　关键词：扩底桩;桩距与承载力;桩基础;筏板基础;

　　一、工程概况与场地条件

　　元茂大厦项目地上由3个单体组成。01栋地上4层，框架结构;02、03栋地上32层，剪力墙结构;三栋地下室连为一体。抗震设防烈度7度，II类场地，属长江二级阶地，自上而下各土层工程特性见表

　　土层编号 土层岩性 土层厚度m 压缩模量Mpa 承载力特征值kpa 桩侧阻力值kpa、岩石强度

　　2A 粉质粘土 2.3～9.1 7.6 240 40

　　2B 粉质粘土 4.0～9.0 5.5 180 32

　　3 粉质粘土 1.0～4.0 10.0 280 42

　　4A 强风化泥岩 0.4～2.2 400 50

　　4B 中风化砂岩 未揭穿 3500 100,frk=9.6Mpa

　　二、02、03栋(主楼)基础方案分析比较

　　(1)基础形式确定

　　02、03栋住宅地上32层，荷载大，变形要求高。基底压力接近500Kpa，地下室底板落于2B层，承载力特征值180Kpa，难以满足设计要求，应采用桩基础。

　　场地岩层埋置深度较浅，且岩层以上覆盖土层较好，适宜采用人工挖孔桩。人工挖孔桩施工简单，质量可靠，可大面积同时施工，有利于提高施工进度，在本地区高层建筑中经常采用，具有成熟的工程经验。人工挖孔桩桩长8～15m，桩端嵌入支承岩为4B中风化砂岩。

　　(2)单桩承载力特征值确定

　　为了充分发挥4B层承载力高的特点，扩底桩可大幅提高单桩承载力。单桩承载力估算见下表(括号内为扩底直径)。

　　桩型 按《桩基规范》、《南京地规》计算单桩承载力(KN) Ra(KN)

　　桩径900(1200) 3063 3270 4000

　　桩径900(1600) 4165 4333 4500

　　桩径900(2250) 6628 6709 7000

　　桩径1000(2000) 6250 6487 7000

　　(3)桩数和筏板厚度确定

　　《桩基规范》第3.3.3条对桩距的要求，各种桩型桩距见下表

　　桩型 桩距1(3d) 桩距2(1.5D) 桩距3(D+1.5m) 最终桩距

　　桩径900(1200) 2.7m 1.6m 2.7m 2.7m

　　桩径900(1600) 2.7m 2.4m 3.1m 3.1m

　　桩径900(2250) 2.7m 3.375m 3.75m 3.75m

　　桩径1000(2000) 3.0m 3.0m 3.5m 3.5m

　　分别按墙下布桩和满堂布桩两种情况按3m左右桩距进行布桩并计算。以02栋住宅为例，布桩结果见下表。

　　布桩类型 墙下布桩 满堂布桩

　　桩数 62 94

　　单桩计算反力(KN) 5500～5900 3700～4100

　　当桩距为3m时，墙下布桩需要单桩承载力特征值6000KN，桩径900(1600)满足桩距要求，单桩承载力特征值只有4500KN，无法满足承载力要求;而桩径900(2250)承载力虽然满足要求，但桩距不能满足要求。按满堂布桩需要单桩承载力特征值4000KN，桩径900(1200) 既满足桩距要求又满足承载力要求。满堂布桩在筏板下布置桩径900(2250)，则筏板按冲切确定的厚度达到2.5m，显然既不经济也不合理。由此可见，并非单桩承载力特征值越高越好，还要兼顾桩径、桩距综合考虑。因此最终按桩径900(1200)满堂布桩，02、03栋分别布桩94根、98根。

　　根据布桩的情况，采用平板桩筏基础。按桩和墙对筏板冲切分别进行验算，筏板厚度≥1600mm。根据建筑功能要求，住宅地下二层高度 7.2m，01栋地下二层高度8.1m。基础底面不在同一标高上，主楼高于裙楼;主楼高度100m，基础埋深不宜浅于裙房基础，因此将主楼基础板底与裙房基础板底做平。

　　三、01栋(裙房)基础方案分析比较

　　裙房采用天然地基和桩基均能满足承载力要求，对这两种常见的基础进行分析。两种结构底板承受荷载比较：

　　基础类型 桩基承受荷载 基础承受荷载KN/m2

　　水浮力 土反力 筏板自重 人防荷载

　　桩基础 ≤7000KN 77 无 -15 25

　　筏板基础 无 无 125 -15 50

　　桩基础中桩基主要承受上部结构荷载，基础底板为防水板，承受水浮力，人防作用下荷载标准值为77-15+25=87N/m2;筏板基础中底板主要承受上部结构荷载引起的土反力，人防作用下荷载标准为125-15+50=160KN/m2。

　　两种结构底板构件配筋比较：

　　基础类型 基础板 承台或反柱帽

　　底板厚度 配筋 截面尺寸 纵筋

　　桩基础 600 Φ14@100板带Φ16@100 1200x1200x1000 Φ18@150(双向

　　筏板基础 600 Φ16@100板带Φ18@100 3000x3000x1500 Φ25@100(双向)

　　为了简单直观的比较经济性，列出了两种方案的单方钢筋用量来分析比较：

　　基础类型 结构构件 单方钢筋用量

　　桩基础 ①桩基 折算23㎏/㎡ 88㎏/㎡

　　②基础板③承台 55+10㎏/㎡

　　筏板基础 ①基础板②反柱帽 70+17㎏/㎡ 87㎏/㎡

　　说明：按直径1米、桩长11.5米的人工挖孔桩估算，一根桩造价约为9000元，按一柱一桩考虑，造价按面积平摊为113元/㎡，再按照5000元/吨的钢筋价格来折算，相当于23㎏/㎡钢筋用量。

　　以上比较可以看出，方案一、二基础方案用钢量基本一致。主要原因在于桩端持力层较好，岩层深度较浅，造成了桩的高承载力和低造价。如果持力层埋深较深或承载力较低，则桩基造价会大幅增加。按正常思维，天然基础一般比桩基造价节省，但当采用合适的桩基时，桩基础未必浪费。

　　《抗规》3.3.4条：同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基础。裙房地上四层，地下二层，柱底荷载差异较大，地下室与主楼连为一体，结合安全性和经济性两方面的分析，裙房部分可采用方案一，与主楼基础形式一致，安全性高，经济性也不错。

　　四、结语

　　通过对主楼、裙房基础形式的分析比较，可以看出地基基础方案的选择至关重要，不能仅凭经验判断，突破常规思维，根据不同的情况认真分析其安全性和经济性。合理的基础方案可以避免因地基问题产生的各种安全隐患，并节省了造价，取得良好的综合效益。

　　参考文献：《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)

　　《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)

　　《南京地区建筑地基基础设计规范》(DGJ32/J12-2005)

《元茂大厦基础方案分析比较》

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