任芙蓉 張廣英 張虎

摘 要： 本文對天津某辦公樓基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行了介紹。對基礎(chǔ)中樁型的選擇提出了三種方案并進(jìn)行了對比分析選出最佳方案。本工程上部結(jié)構(gòu)的主要特點為局部有一錯層，本文對錯層部位的處理進(jìn)行了簡單概述，并對設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：方樁；管樁；錯層結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1工程概況

該項目位于天津市空港區(qū)，為一辦公用樓，總建筑面積4421m2。采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)分為三層，建筑總高度14.65m，其中一、二層層高均為4.5m，三層層高為4.4m，基本柱網(wǎng)尺寸為9m×8.4m，局部有一單層報告廳，報告廳層高為6.5m，跨度為16.8m。

工程所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度0.15g，設(shè)計地震分組為第二組，場地類別Ⅳ類。本工程抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類），鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震等級為三級，抗震構(gòu)造措施提高一級，安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年?；撅L(fēng)壓按重現(xiàn)期為50年采用0.5，地面粗糙類別為B類，基本雪壓0.4（按重現(xiàn)期50年采用）。該工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，基礎(chǔ)采用樁基加基礎(chǔ)梁的形式，樁基設(shè)計等級為乙級。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1地基基礎(chǔ)設(shè)計

本工程的設(shè)計地面標(biāo)高±0.00相當(dāng)于絕對標(biāo)高4.00m，根據(jù)該場地巖土工程勘察報告，本場地屬非液化場地，場地土為軟弱土，場地類別為Ⅳ類，本場地11.00m深度范圍內(nèi)以土質(zhì)軟、強度低的淤泥質(zhì)粘土和流塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土為主，該建筑物若采用天然地基其沉降量和變形量較大，不滿足設(shè)計要求，結(jié)合以往施工經(jīng)驗，宜采用樁基，選用第層粉土層作為樁端持力層，樁長為18m。

表1 主要土層參數(shù)

地層參數(shù) 巖性 fak（kPa） 壓縮模量

Es1-2（MPa）

4 粘土 90 3.6

6a 淤泥質(zhì)粘土 65 2.7

6b 粉質(zhì)粘土 95 4.3

6c 粉質(zhì)粘土為主 115 5.4

8 粉土 180 16.2

9 粉質(zhì)粘土為主 160 6.2

10 粉土 190 11.1

11a 粉質(zhì)粘土為主 170 6.7

11b 粉土 200 16.7

11c 粘土 180 6

2.1.1樁型選擇

方案一：采用鉆孔灌注樁，樁徑為600mm，樁端進(jìn)入持力層的深度不小于1m。

方案二：采用預(yù)應(yīng)力高強混凝土空心方樁HKFZ（天津市工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計），樁型為AB型，樁邊長為500mm，樁端進(jìn)入持力層的深度不小于1m，樁尖類型為混凝土閉口樁尖，樁心距取4.0倍的樁徑2m。

表2預(yù)制樁與灌注樁樁基參數(shù)表

地層參數(shù) 巖性 預(yù)制樁 灌注樁

qsik qpk qsik qpk

（kPa） （kPa） （kPa） （kPa）

4 粘土 30 28

6a 淤泥質(zhì)粘土 20 18

6b 粉質(zhì)粘土 28 26

6c 粉質(zhì)粘土為主 35 33

8 粉土 58 2300 56 700

9 粉質(zhì)粘土為主 55 1600 54 600

10 粉土 70 65

11a 粉質(zhì)粘土為主 64 2200 60 650

方案三：采用預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁，樁徑為600mm，樁型為AB型，管樁樁尖采用錐形鋼樁尖，樁心距取4.0倍的樁徑2.4m。

比較方案一與方案三，方案一中鉆孔灌注樁雖然可以消除打樁對鄰近建筑物有害影響，但鉆孔灌注樁在樁身穿越軟弱土及樁端進(jìn)入粉土層時，還須注意孔壁縮頸或砂土塌孔等現(xiàn)象，對泥漿配比及施工工藝等有較高要求，鉆孔灌注樁樁身穿越厚層粉土?xí)r，因鉆進(jìn)速度慢，鉆孔施工時間長，樁身局部易夾泥，其承載力和成樁質(zhì)量存在不穩(wěn)定性，易受施工質(zhì)量的影響，且灌注樁施工過程中養(yǎng)護(hù)周期長，有泥漿，污染環(huán)境。預(yù)制樁其樁身質(zhì)量易于保證和檢查，抗腐蝕能力強，施工工效高，且通過計算可知，當(dāng)樁長均為18m、樁徑均為600mm時，采用預(yù)制樁其單樁承載力特征值Ra=730KN，灌注樁Ra=638KN，結(jié)合該場地周圍項目的施工經(jīng)驗綜合考慮本項目選擇采用預(yù)應(yīng)力高強混凝土預(yù)制樁。

比較方案二與方案三，二者同屬預(yù)應(yīng)力高強混凝土預(yù)制樁，方案二為方樁，樁邊長為500mm，方案三為管樁，樁徑600mm，由計算可知，邊長為500mm方樁的單樁承載力特征值為Ra=730KN ，樁徑為500mm管樁的單樁承載力特征值為Ra=573KN，通過比較發(fā)現(xiàn)在樁長相同時同樣樁徑的方樁其單樁承載力特征值是管樁的1.27倍，只有當(dāng)管樁的樁徑增加到600mm（Ra=725KN）時，其單樁承載力特征值才與邊長為500mm的方樁相當(dāng)，但由于采用樁徑為600mm的管樁時，由于樁心距的增加承臺混凝土用量也會相應(yīng)增加，經(jīng)和廠家咨詢，直徑為600的預(yù)應(yīng)力管樁（240元/m）與邊長500mm的空心方樁（225元/m）價格相差不多，但采用邊長為500mm的方樁時可大大節(jié)省承臺混凝土的用量。當(dāng)樁心距為4d、承臺厚度為1m時，分別計算采用邊長為500mm的方樁和樁直徑為600mm的預(yù)應(yīng)力管樁的情況下混凝土的用量及總的價格，見表3

表3 方樁和管樁的經(jīng)濟(jì)參數(shù)指標(biāo)

樁型 單樁豎向承載力特征值（KN) 樁總數(shù)（根） 承臺混凝土用量（m3） 樁單價

（元/m） 承臺鋼筋混凝土綜合單價（元/m3） 總材料費用（萬元）

管樁（樁徑600mm） 725 184 663.86 240 1075 150.85

方樁（樁邊長500mm） 729 184 467.41 225 1075 124.75

由表3觀察可知，采用樁徑為600mm的管樁時其總造價是方案二的1.2倍，故本工程選用方案二。

2.1.2地坪處理

根據(jù)該場地地質(zhì)工程勘察報告，本場地為軟土場地，當(dāng)房間尺寸較大時，地坪易下沉開裂，需進(jìn)行地坪處理。本工程采用結(jié)構(gòu)架空地坪的做法進(jìn)行地坪處理，采用架空地坪的做法可大大減小房屋的不均勻沉降而產(chǎn)生的變形。本次設(shè)計中通過設(shè)置結(jié)構(gòu)板和地坪梁將一層的荷載通過板傳到地坪梁上，然后通過地坪梁將一層荷載傳導(dǎo)至柱底，通過柱底傳到承臺及基樁。傳統(tǒng)的地坪處理方法多采用換土墊層法，是將一層樓面荷載直接傳導(dǎo)到地基土上，而架空地坪法是最終是將一層地面荷載傳導(dǎo)到承臺和基樁上，故樁的數(shù)量和承臺鋼筋混凝土用量會有所提高，成本略高，但其整體力學(xué)性能好，可減小房屋的不均勻沉降變形。

2.2上部結(jié)構(gòu)計算

本工程為三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)特點為局部有一單層報告廳，該單層報告廳的層高為6.5m，而主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層高為4.5m，故此處形成一錯層。其剖面圖、平面圖分布見圖1、圖2。.

圖1.辦公樓剖面圖

圖2.辦公樓平面圖

由于該結(jié)構(gòu)單層報告廳屋面板與辦公樓一層樓板的板頂標(biāo)高相差2m，故PKPM建模時不能將一層樓板與單層報告廳視為同一層高，應(yīng)注意錯層位置的處理。

建模時候按照實際模型建立四個標(biāo)準(zhǔn)層，這種方法在工程中廣為應(yīng)用，但此方法會在一、二標(biāo)準(zhǔn)層之間形成短柱，同時主體結(jié)構(gòu)一層頂板（4.500m標(biāo)高）與二層頂板（9.000m標(biāo)高）之間柱子的計算長度也變小，與實際情況不符合，柱子的配筋與截面均會受到影響。

本次設(shè)計中僅建立三個標(biāo)準(zhǔn)層，將主體結(jié)構(gòu)一層頂板和單層報告廳建為一個標(biāo)準(zhǔn)層，通過改變單層報告廳柱上節(jié)點標(biāo)高的形式實現(xiàn)錯層，同時改變單層報告廳梁的節(jié)點標(biāo)高使其與柱節(jié)點標(biāo)高相同，均應(yīng)為6.500m，錯層相交處標(biāo)高4.500m位置再設(shè)置一道框架梁，這樣建立的模型既不僅不影響柱的計算長度，而且與實際模型相吻合，保證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確。

3結(jié)語

1.鉆孔灌注樁雖然施工噪聲和震動小，在各種地基上均可使用，但其受力性能較容易受到施工質(zhì)量的影響，其承載力和成樁質(zhì)量存在不穩(wěn)定性，施工過程易造成環(huán)境污染，不環(huán)保，故本工程采用預(yù)制樁。預(yù)制樁在飽和粘性土中的擠土效應(yīng)比較明顯，由于場地分布厚層淤泥質(zhì)軟土，建議設(shè)計時適當(dāng)增大樁間距，施工時應(yīng)采取合理的施工順序，以減少擠土效應(yīng)的影響。

2. 根據(jù)本場地地質(zhì)條件，通常情況下采用地坪下?lián)Q填處理法即可滿足設(shè)計要求，換填處理法對施工質(zhì)量要求較高，其對房屋不均勻沉降變形的控制較架空地坪法差，但其成本較低，在業(yè)主方對不均勻沉降不是特別敏感的情況下可選擇采用地坪下?lián)Q填處理法，可大大節(jié)約成本。而當(dāng)業(yè)主方對房屋不均勻沉降有嚴(yán)格要求控制時，宜采用架空地坪法進(jìn)行地坪處理。

3. 根據(jù)地質(zhì)報告，地下水對混凝土具有弱腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性，應(yīng)做好基樁和承臺的防腐蝕工作，根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》（GB50046-2008），樁身混凝土抗?jié)B等級為P10,樁尖采用閉口型。管樁接頭部位接樁鋼零件應(yīng)涂刷防腐蝕性耐磨涂層或增加鋼零件厚度的腐蝕裕量不小于2mm。承臺表面刷聚合物水泥砂漿，厚度大于等于5mm，基礎(chǔ)梁表面刷聚合物水泥砂漿，厚度大于等于10mm。

4. 本設(shè)計建模過程中采用改變網(wǎng)格節(jié)點標(biāo)高的形式對錯層位置進(jìn)行了處理，該方法雖然與真實情況相近，但僅適用于少量房間錯層的情況，在錯層部位較多時，采用該方法手工計算錯層標(biāo)高繁冗易出錯，修改的工作量大，宜慎重采用。房間錯層部位較多時也可采用增加標(biāo)準(zhǔn)層的辦法，但改變了柱子的計算長度，對計算結(jié)果又一定的影響，實際工程中采用哪種方法處理錯層還應(yīng)根據(jù)不同的項目具體分析。

5. 錯層層高不一致致使樓層間的控制參數(shù)，如層間位移比、層間剛度比、層間受剪承載力比等計算失真，因此不宜機(jī)械的采用這些數(shù)值，而應(yīng)加以分析和手工校核。考慮到錯層結(jié)構(gòu)計算的不確定性以及其對結(jié)構(gòu)抗震的不利性等因素，設(shè)計中應(yīng)盡量避免錯層結(jié)構(gòu)，或在錯層處設(shè)縫使其分為兩部分，從而保證結(jié)構(gòu)布置的規(guī)則性。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50011-2010 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010

[2] GB50010-2010 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2010

[3] GB50007-2011. 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011