李 旭

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型城市人口密集，對空間需求急劇增加，為解決土地緊張問題，超高層建筑物越來越多。在超高層建筑物的建設(shè)費(fèi)用中，基礎(chǔ)部分占比較大，因此對超高層建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可大幅提高建設(shè)經(jīng)濟(jì)效率。上海地區(qū)位于長江三角洲沖積平原上，場地土層多為淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)黏土以及砂土互層，地質(zhì)條件較差，因此超高層建筑物多采用樁筏基礎(chǔ)形式，且基礎(chǔ)造價(jià)很大。為此以一工程實(shí)例對樁基綜合經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化評估。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于上海前灘地區(qū)核心地帶，為超高層建筑，地上56層，建筑高度279.850 m，結(jié)構(gòu)高度249.500 m，建筑面積為160 586 m2，平面尺寸為54.0 m×54.0 m，核心筒尺寸30.0 m×28.0 m，柱距9 m，為型鋼混凝土外框架(型鋼混凝土柱+鋼梁)和鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系。地下3層，基礎(chǔ)埋深14 m，基礎(chǔ)采用灌注樁基+筏板的結(jié)構(gòu)形式，其中筏板厚度為3 300 mm。

2 工程地質(zhì)條件

擬建場地屬濱海平原地貌，場地內(nèi)地勢較平坦，地下水高水位相對標(biāo)高為-0.8 m，地下水低水位相對標(biāo)高為-1.8 m。樁頂相對標(biāo)高-17.200 m，高程為-12.400 m，沿樁身地基土分布情況如下：

⑤2-1灰色砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土，平均厚度10.2 m，濕，稍密～中密，含云母，夾薄層黏性土，具交錯(cuò)層理，屬中等壓縮性土。

⑤2-2灰色粉砂，平均厚度13.0 m，濕，中密，局部密實(shí)，含云母，夾薄層黏性土、粉土，具交錯(cuò)層理，屬中等壓縮性土。

⑤3-1灰色粉質(zhì)黏土，平均厚度9.4 m，軟塑～可塑，含云母，夾薄層粉土、粉砂，土質(zhì)不均勻，屬中等壓縮性土。

⑤3-2灰色砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土，平均厚度10.9 m，濕，稍密～中密，含云母，夾黏性土、粉砂等，土質(zhì)不均勻，屬中等壓縮性土。

⑤3-3灰色粉質(zhì)黏土，平均厚度4.6 m，可塑，含云母，夾薄層粉土，土質(zhì)不均勻，屬中等壓縮性土。

⑦灰色粉細(xì)砂，平均厚度16.2 m，飽和，中密～密實(shí)，主要成分為石英和長石，含云母，土質(zhì)不均勻，局部夾薄層粉質(zhì)黏土，屬低壓縮性土。

⑧灰色粉質(zhì)黏土與粉砂互層，平均厚度3.7 m，軟可塑或中密，含云母，具交錯(cuò)層理，夾粉砂互層呈“千層餅”狀，屬中等壓縮性土。

⑨青灰色粉細(xì)砂，平均厚度15.1 m，飽和，密實(shí)，含云母，夾薄層黏性土，屬低壓縮性土。

該場地采用灌注樁的樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs和樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值fp值見表1。

表1 灌注樁承載力計(jì)算土層參數(shù)表 kPa

3 樁基優(yōu)選

3.1 持力層選擇

綜合考慮塔樓下地質(zhì)條件中土層分布情況、各土層的承載力大小以及塔樓自身結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，選擇埋置深度相對合理、端阻力相對較大的⑨粉細(xì)砂層作為塔樓基樁持力層較為合理。

3.2 樁長確定

據(jù)地勘報(bào)告結(jié)果，持力層⑨粉細(xì)砂層深度在土層中起伏較小，樁端需進(jìn)入持力層且不小于3倍樁徑，基本確定樁長為68 m。

3.3 樁徑選擇

在選擇樁徑時(shí)，需綜合考慮樁的長徑比，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值Rd，樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，每延米樁混凝土的經(jīng)濟(jì)效率，試樁要求，塔樓布樁情況對底板受力影響等因素。每延米樁混凝土的經(jīng)濟(jì)效率為單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值與每延米樁混凝土體積的比值。

在這里對比了樁徑分別為850 mm，900 mm，1 000 mm時(shí)的相關(guān)參數(shù)，見表2。

表2 樁徑優(yōu)選相關(guān)參數(shù)表

3.4 經(jīng)濟(jì)性分析

通過對灌注樁持力層、樁長、樁徑對比選擇，結(jié)論如下：

1)通常情況下，隨著樁徑的減小，每延米樁混凝土的經(jīng)濟(jì)效率會提高。但在本工程中，850 mm樁徑的單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值受到樁自身強(qiáng)度限制，不能充分發(fā)揮土層受力，故而850 mm樁徑對應(yīng)的每延米混凝土的經(jīng)濟(jì)效率較900 mm樁徑偏小。同時(shí)，850 mm直徑樁的長徑比達(dá)到80，相對較大，施工中容易產(chǎn)生斷樁、縮頸、夾泥、鋼筋籠下沉困難等問題。

2)對于樁徑為1 000 mm的灌注樁，其單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值較大，導(dǎo)致試樁極限值達(dá)到21 400 kN，實(shí)際試樁時(shí)施工難度很大。

3)樁徑選擇對底板受力也有較大影響。經(jīng)試算，隨著樁徑增大，單樁承載力設(shè)計(jì)值的提高，使得底板受到的沖切力及每延米剪切力相應(yīng)增大，這樣勢必要求底板采用更高強(qiáng)度等級的混凝土或要求底板厚度加厚，經(jīng)濟(jì)性降低。

綜上所述，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效率、施工難度、工程實(shí)際情況等因素，本工程選擇900 mm樁徑最為經(jīng)濟(jì)合理。

4 結(jié)語

超高層建筑物樁基礎(chǔ)優(yōu)選中，經(jīng)濟(jì)性評估需綜合考慮持力層、樁長、樁徑、長徑比、單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值Rd、樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、每延米樁混凝土的經(jīng)濟(jì)效率、試樁要求以及塔樓布樁情況對底板受力影響等因素。

參考文獻(xiàn)：

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