吳一非（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院）

物資站綜合樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳一非
（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院）

物資站綜合樓是廣州某部的集商業(yè)、餐飲、辦公和酒店于一體的綜合性商業(yè)建筑。本文主要介紹了物資大廈項(xiàng)目的設(shè)計(jì)概況，著重介紹了項(xiàng)目的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，地基加固技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)。

基坑支護(hù)；地基加固技術(shù)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)

1　工程概況

物資站綜合樓位于廣州市白云區(qū)，毗鄰廣州白云萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)，是集商場(chǎng)、餐飲、辦公、酒店于一體的單塔樓建筑。本工程有兩層地下室，地下室的主要功能為停車場(chǎng)和設(shè)備房，1層至3層為商場(chǎng)，4層和5層為餐飲區(qū)，5層至10層為辦公區(qū)，11層到21層為快捷酒店。項(xiàng)目總建筑面積約4萬(wàn)m2，建筑總高度為78.5m。建筑的剖面如圖1所示。

本工程是框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框架和剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)，本工程的地震基本烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，場(chǎng)地類別為II類，設(shè)防地震分組為第一組，特征周期為0.35s。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009，基本風(fēng)壓采用50年一遇的風(fēng)壓值0.55kN/m2，地面粗糙度為B類。

本項(xiàng)目由于在周邊存在已有建筑物，因此對(duì)基坑的開挖和基坑支護(hù)有著較高的要求，應(yīng)控制基坑周邊的地表變形和對(duì)相鄰建筑安全的影響。

本項(xiàng)目采用的基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，并聯(lián)合使用了可調(diào)性預(yù)埋管灌漿加固技術(shù)來(lái)對(duì)地基和基礎(chǔ)進(jìn)行處理，從而提高承載力，控制基礎(chǔ)沉降。

圖1　建筑剖面示意圖

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，本項(xiàng)目中的一片剪力墻無(wú)法落于基礎(chǔ)底板上，需要在2層樓面處設(shè)置轉(zhuǎn)換梁用于承托此處上層的剪力墻，設(shè)計(jì)時(shí)在轉(zhuǎn)換梁內(nèi)設(shè)置型鋼，從而有效減小梁高，確保下層停車場(chǎng)入口凈高。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目北面基坑支護(hù)外邊線距離旁邊的一棟5層辦公樓距離僅3.5m，西邊距離幾棟倉(cāng)庫(kù)只有3m。故對(duì)基坑的開挖和基坑支護(hù)有著較高的要求。所以本項(xiàng)目采用了樁錨及加強(qiáng)型噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)和雙（或單）排深層攪拌樁來(lái)進(jìn)行基坑支護(hù)。

基坑周邊長(zhǎng)度約182m，占地面積約為1873m2。支護(hù)施工嚴(yán)格遵循“放坡+錨桿+攪拌樁”的支護(hù)方案步驟進(jìn)行施工。在北面鄰近辦公樓處的基坑外側(cè)設(shè)置雙排深層攪拌樁幕墻進(jìn)行開挖擋土，攪拌樁直徑為550mm，樁中心間距為400mm，樁縱向樁間搭接長(zhǎng)度為0.15m，如圖2所示。根據(jù)土層的變化，從上至下采用了鋼花管錨桿，預(yù)應(yīng)力錨桿和鋼筋錨桿進(jìn)行噴錨段施工，如圖3所示?；颖泵婧臀髅婢o靠相鄰建筑一側(cè)的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，最大水平控制位移量為30mm，變形預(yù)警值為25mm。

在基坑坑頂邊上每間隔約20m埋設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)1個(gè)，基坑開挖期間定期進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

物資站綜合樓場(chǎng)地屬于山前丘陵地貌，地形較為開闊，地形經(jīng)過(guò)整平，較為平坦。現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域附近有多棟多層或高層住宅和商業(yè)用房。本工程整體康復(fù)水位采用室外地面最低點(diǎn)，即-1.5m，局部抗裂計(jì)算水位根據(jù)地勘報(bào)告及實(shí)際情況適當(dāng)降低，取-2.5m。本場(chǎng)地地質(zhì)特性詳表1。

表1　場(chǎng)地地質(zhì)特征

第⑦層微風(fēng)化石灰?guī)r的天然單軸抗壓強(qiáng)度的平均值為75.0MPa，為硬質(zhì)巖。而且僅在其中一個(gè)鉆孔剖面發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)風(fēng)化層與微風(fēng)化層中有一個(gè)內(nèi)填充滿黏土的溶洞。所以項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初采用的是鉆孔樁基礎(chǔ)。在隨后的超前鉆勘探中發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地范圍內(nèi)約40%范圍內(nèi)存在溶洞，多呈現(xiàn)串珠狀產(chǎn)出，且部分埋深較淺，溶洞頂板厚度多為0.2～1.00m。故改變基礎(chǔ)方案，采用筏板基礎(chǔ)，并對(duì)地基采用地基灌注漿技術(shù)進(jìn)行加固處理，筏板基礎(chǔ)持力層為粉質(zhì)粘土或紅粘土，經(jīng)過(guò)地基處理和深寬修正后的承載力特征值fak≥300KPa。

圖2　攪拌樁布置大樣圖

圖3　基坑支護(hù)剖面圖

本工程采用的筏板基礎(chǔ)，厚1200mm，混凝土等級(jí)為C35，在軸力較大的柱下設(shè)置柱墩，并且在柱墩下設(shè)置型鋼剪力鍵，用于提高抗沖切抗剪承載力，如圖4所示。筏板配筋采用通長(zhǎng)筋+附加筋的方式。

圖4　柱墩設(shè)型鋼剪力鍵示意圖

2.3 地基加固處理

由于超前鉆鉆探發(fā)現(xiàn)鉆孔點(diǎn)溶洞發(fā)現(xiàn)率達(dá)40%以上，多呈現(xiàn)串珠狀產(chǎn)出，且部分埋深較淺，洞內(nèi)多充填軟塑狀粘性土，個(gè)別溶洞無(wú)填充或半填充，或局部地方揭露土洞，因此上述不良地質(zhì)現(xiàn)象必須經(jīng)過(guò)加固處理才能滿足設(shè)計(jì)及建筑安全的要求，但巖溶發(fā)育復(fù)雜，范圍寬，溶洞變化大，加上灌漿加固處理具有不均勻性，單一的手段不易控制建筑物的變形穩(wěn)定，因此地基加固處理的方法如下：

⑴溶洞成孔灌漿加固：目的是充填淺層溶洞內(nèi)的空隙，堵塞漏水通道，加固洞內(nèi)軟弱土體，提高其承載力，減少基礎(chǔ)沉降。在圖中標(biāo)明必須進(jìn)行灌漿處理的各超前鉆孔點(diǎn)位開始，向四周呈放射狀成孔（如圖5所示），孔距間隔1.8m成孔深度至第一層溶洞底，若揭露土、溶洞內(nèi)填充物呈可塑狀態(tài)且完全填充時(shí)，則該點(diǎn)不再向外打孔進(jìn)行灌漿處理。

圖5　溶洞灌漿充填加固鉆孔平面布置圖

⑵基礎(chǔ)底可調(diào)性預(yù)埋管灌漿加固處理：目的是通過(guò)負(fù)載下的灌漿，一來(lái)提高基底地基土的承載力，二來(lái)通過(guò)調(diào)配灌漿壓力調(diào)節(jié)建筑物的沉降，控制不均勻沉降，使得被加固建筑物的沉降量控制在設(shè)計(jì)規(guī)范要求內(nèi)。待基坑底部灌漿處理完成后再進(jìn)行可調(diào)性灌漿管的預(yù)埋，建筑物建至約8層時(shí)，進(jìn)行第一期的靜壓灌漿處理。注漿孔埋設(shè)于柱墩四周，注漿孔大樣圖以及現(xiàn)場(chǎng)施工圖如圖6、圖7所示。

圖6　預(yù)埋灌漿管大樣圖

圖7　柱墩四周設(shè)預(yù)埋灌漿管現(xiàn)場(chǎng)圖

⑶采用鋼管樁加固：對(duì)溶洞發(fā)育區(qū)的基坑周邊的偏心柱位采用鋼管樁進(jìn)行加強(qiáng)處理，控制沉降。每個(gè)承臺(tái)內(nèi)設(shè)置≥2根的小型鋼管樁，采用成孔、灌漿、投管施工工藝成樁，孔內(nèi)灌漿。樁端為灰?guī)r層，要求進(jìn)入灰?guī)r層≥2.0m（累計(jì)）。鋼管樁的單根豎向承載力特征值Ra=800kN。鋼管樁與基礎(chǔ)連接大樣如圖8所示。

圖8　鋼管樁與基礎(chǔ)連接大樣圖

通過(guò)這一系列的地基加固處理，以及進(jìn)行密切的變形測(cè)量檢測(cè)，使得基礎(chǔ)符合建筑安全的設(shè)計(jì)要求。

2.4 內(nèi)設(shè)鋼桁架的轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)

由于結(jié)構(gòu)計(jì)算的需要，需在建筑物的東北角設(shè)置一片Y向剪力墻來(lái)控制位移角限值。但由于此處剪力墻下方是停車場(chǎng)入口，導(dǎo)致剪力墻無(wú)法落在基礎(chǔ)底板上，則需要在二層設(shè)置轉(zhuǎn)換梁來(lái)承托此段剪力墻。由于轉(zhuǎn)換梁位于地下停車場(chǎng)入口上方，轉(zhuǎn)換的梁高限制為1200mm。于是通過(guò)計(jì)算和慣性矩等待換算，在轉(zhuǎn)換梁中設(shè)置由兩根HW175×175作為弦桿和Φ60×3.5作為腹桿的原鋼管組合而成的鋼桁架用于提高轉(zhuǎn)換梁的抗彎、抗剪承載力，并有效控制轉(zhuǎn)換梁的梁高轉(zhuǎn)換梁內(nèi)置桁架大樣如圖9所示，并在桁架的弦桿上下間隔200mm設(shè)置栓釘，用于加強(qiáng)與梁內(nèi)混凝土的共同作用。同時(shí)，轉(zhuǎn)換梁兩側(cè)的混凝土柱中插入尺寸為HW175×175的型鋼用于連接鋼桁架，連接大樣如圖10所示。

圖9　轉(zhuǎn)換梁內(nèi)置鋼構(gòu)架大樣

圖10　鋼構(gòu)架弦桿與構(gòu)造鋼柱連接大樣圖

通過(guò)慣性矩等待換算，在混凝土轉(zhuǎn)換梁中使用內(nèi)置小截面內(nèi)置鋼桁架代替大截面工字鋼，不僅能滿足設(shè)計(jì)要求，而且能減少工字鋼翼緣寬度和工字鋼高度，從而減少對(duì)轉(zhuǎn)換梁內(nèi)鋼筋排布的影響，發(fā)揮鋼筋最大性能，同時(shí)減少施工難度。

圖11　鋼構(gòu)架弦桿與腹桿連接大樣圖

圖12　鋼桁架轉(zhuǎn)換梁施工現(xiàn)場(chǎng)圖

3　結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目不屬于結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的建筑，根據(jù)超前鉆勘察報(bào)告發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)修改基礎(chǔ)方案，通過(guò)地基處理使得建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。在轉(zhuǎn)換梁中設(shè)置鋼桁架以確保轉(zhuǎn)換梁滿足設(shè)計(jì)的要求，內(nèi)置鋼桁架不但能有效的控制轉(zhuǎn)換梁的梁高，并且比大截面工字鋼更有利于梁鋼筋和承托剪力墻的鋼筋排布。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)建筑功能和實(shí)際情況采取更合理的結(jié)構(gòu)形式，并進(jìn)行充分計(jì)算和分析來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全性，從而更好地解決設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。

［1］JGJ3－2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］GB50010－2010，混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］GB50011－2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.