某大高差场地项目的地下室选型

王　勇， 吴启敏， 张　帆

(成都基准方中建筑设计有限公司， 四川成都 610000)

1　项目概述

该项目位于四川省成都市东边，建设场地的抗震设防烈度为7度(0.1g)，II场地，设计地震分组为第三组，图1为建筑总图，虚线框中的房屋建筑层数为9～11层的花园洋房，建筑高度为21.7～33.7 m，其余楼栋为33层高层住宅，建筑高度103.900 m。9～11层花园洋房与33层高层住宅建筑均为剪力墙结构形式。

图1　建筑总图

该场地东西向长245 m，南北向长370 m，东西向高差达15 m，场地东侧由于相邻项目挖土回填，导致堆土高达到10 m多，该处持力层非常深，达到26 m左右，西侧距离持力层也较深，约12～14 m，项目原始场地地面标高详见图2。场地地势高处存在大量的回填土，如何通过地下室的方案消化如此大的高差和解决场地的挖填方问题成为确定地下室建筑方案的关键考虑因素。通常坡地的地下室有两种方案：台地方案与坡地方案，这两种方式各有特点，项目初期业主选择了台地方案。针对该项目，下文将对以上两种地下室方案进行详尽的对比。

图2　场地高差示意

2　地质情况及基础形式概述

图3为典型的地质剖面，通过详勘可以看出，场地内存在大量的回填土，场地土为软弱土(素填土)～中软土(黏土②-2、黏土②-3)～中硬土(黏土②-1)～基岩，属于对建筑抗震的一般地段。表1为岩土的工程特性指标建议值表。通过地勘资料发现，地下室基础无法采用天然基础，考虑采用桩基础，可以选择预应力混凝土管桩或者旋挖混凝土灌注桩基础。试验及数值研究表明[1-2]:预应力混凝土管桩具有应用范围广、单桩承载力高、工程造价低等优点，但是抗剪承载能力差，尤其是在桩上部有回填土的情况下。在地震及作为支护桩使用时，预应力混凝土管桩的抗剪性能是其主要承载指标，目前对管桩的抗剪研究还不够深入。在许多实际工程中出现因桩身抗剪承载力不足而导致的工程事故，所以应该谨慎的采用预应力混凝土管桩抗剪和作为支护桩使用。在上海发生的13层楼倒塌事故中，虽主要原因是楼旁堆土过高，但是管桩抗剪承载力低，容易脆性破坏是导致事故的真正原因。预应力混凝土管桩与实心桩相比，在相同的直径情况下，其抗剪性能较低，为了保证锤击成桩时桩身免受损伤，预应力管桩在桩身截面设计上，普遍采用了高预应力度和C80左右高强混凝土，导致预应力混凝土管桩受弯变形时混凝土未压碎而预应力筋拉断，弯曲延性不足，难以很好地适应边坡的滑移变形对支护桩的延性要求[3]。

旋挖灌注桩具有抗剪承载力高，穿透能力强的优点，其可以作为边坡支护桩使用，并且能够很好的穿过强风化泥岩，达到预定的持力层，不会出现类似于预应力管桩“断桩、破桩”的现象，但是旋挖灌注桩施工速度慢，成本高。

该项目场地内有大量的回填土，在场地内存在大的高差突变形成高边坡时，为了防止高低台地滑移破坏，高台地区域的主楼及地下室区域基础采用旋挖灌注桩基础，低台地的主楼及地下室区域基础采用预应力管桩。

图3　典型地质剖面

3　地下室方案及基础选型

3.1　方案一 台地方案

根据景观效果及场地特点，选择了台地方案，高低台地均为一层地下室。针对台地方案，进行了台地位置的比选，分别为台地方案一和台地方案二(台地3的持力层较好，可以采用天然基础，因此本文各方案均仅针对台地1和台地2范围进行对比)。

台地方案一详见图4，台地1与台地2相接处的高差控制在4.0 m，保证小区内的景观品质，图4中的点线为高低台地的分界线，台地方案剖面详见图5。

表1　岩土的工程特性指标建议值　kPa

图4　台地方案一示意

注： 图中虚线为场地原始标高图5　1-1剖面

台地方案二详见图6，相对于台地方案一，台地1与台地2交接的位置往右侧移动46 m左右。

图6　台地方案二示意

在台地方案一和台地方案二中，为了防止高低台地滑移破坏，台地1区域的主楼及地下室区域基础采用旋挖灌注桩基础，台地2的主楼及地下室区域基础采用预应力管桩，旋挖灌注桩采用嵌岩桩，旋挖灌注桩及预应力管桩的持力层均为中风化泥岩，旋挖灌注桩的平均桩长约25 m，预应力管桩的平均桩长约17 m。

根据表2～表4关于台地方案土方量和基础的对比可知：(1)台地方案二的土方开挖量大，填方量小，造成余方量较大，因此台地方案二土方造价高于台地方案一，台地方案一较好的适应了原始场地标高；(2)台地方案二的旋挖桩数量较少，故台地方案二的基础造价比台地方案一省842万元，台地方案二的综合成本较台地方案一省566万元。

表2　台地方案土方量对比　m3

表3　台地方案桩根数对比　根

表4　两种台地方案经济性对比　×104元

注：以上对比的材料单价均为当时市场单价。

减小台地1的范围可以大大减少旋挖桩使用范围，从而减少桩基总费用。但由于东侧边坡支护的原因，此处不能出现高边坡，否则支护将由自然放坡变为排桩+锚索支护，成本会急剧增加，且对建筑中庭景观破坏太大。综合考虑，在确保两个边坡不出现共同滑动面和满足景观要求的情况下，地下室方案选用台地方案一。

3.2　方案二 坡地方案

该方案为一层地下室，坡地方案剖面详见图7，图中虚线为场地原始标高。整个场地做一个2.5 %的坡度处理，场地内部没有高差，场地西侧标高与道路标高保持一致，此方案对景观的利用及共享性较好。场地东侧高标高处为挖方区，西侧低标高为填方区，通过土方平衡减少余土量，坡地方案土方量统计表详见表5。整个场地无高度突变，不存在滑移的风险，所有地下室及主楼均采用预应力管桩，以中风化泥岩作为持力层，预应力管桩桩长为19～25 m，平均桩长22 m。

(a) 平面

(b) 2-2剖面图7　坡地方案示意

表5　坡地方案土方量统计　m3

4　经济性分析

考虑挖填方和基础形式的造价，对比台地方案和坡地方案经济性，详见表6。对比结果表明：(1)根据现场的场地标高情况，坡地方案的土方比台地方案节约282万元，大概节约20 %；(2)坡地方案的基础造价比台地方案节约1 591万元，大概节约31 %；(3)坡地方案的总造价比台地方案节约1873万元，具体造价详见表6。

表6　台地方案与坡地方案经济性对比　×104元

5　总结

通过该项目的比选，得出以下结论：

(1)合理利用场地的高差，采取合适的地下室方案，确定恰当的地下室标高，通过土方平衡，可以减少土方量，节约大量的土建成本。

(2)不同的地下室方案直接影响了基础选型。本项目中，不同的桩型对基础成本有着很大的影响。一般情况下，预应力管桩的造价远小于旋挖桩基础，但是预应力管桩抗剪承载力低，容易脆性破坏，不宜用于存在滑移面的情况，例如台地的高边坡范围。因此当地下室存在大高差时建议选用坡地方案，采用预应力管桩基础，这样可以大大节约基础造价。