乐山钢板组合剪力墙百米高层基础设计方案比选

重庆中科建设（集团）有限公司，重庆 400060

1 工程概述

乐山高新区创新科技孵化大楼项目由两栋塔楼及地下车库组成，总用地面积为23008.98m2，总建筑面积为99326.68m2。两栋塔楼为钢板组合剪力结构[1]，以地下车库顶板为嵌固层。建筑高度为99.6m，地上23层、地下2层，人防异地，不超限。设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度（0.10g）[2]，安全等级为二级，抗震等级为二级，地基基础设计等级为甲级[3]。乐山创新科技孵化大楼效果图见图1。文章依托实际项目，分析百米高层在乐山典型地质条件下的基础设计方案。

图1 乐山创新科技孵化大楼

2 地质概况

根据地勘报告，简述地质条件如下：（1）场地岩土层从上至下依次为粉质黏土（土层厚度约4.4m）、稍密卵石（土层厚度约3m）、中密卵石（土层厚度约3.5m）、密实卵石（土层厚度超过25m），土层分布较均匀。（2）该工程建筑不考虑抗浮设计。（3）场地土层砂泥质填充含量大（约10%～35%）。（4）场区内无不良地质现象。（5）该工程岩土设计参数如下：粉质黏土极限侧阻力标准值为50kPa，粉质黏土地基承载力特征值为170kPa，稍密卵石土极限侧阻力标准值为120kPa，中密卵石土极限侧阻力标准值为140kPa，密实卵石土极限侧阻力标准值为160kPa，密实卵石土极限端阻力标准值为3000kPa。

3 基础设计方案比选

3.1 基础设计方案一：浅基础（天然地基）

该工程塔楼地上23层、地下2层，初步估算塔楼基底平均质量为23层×15kN/m2+2层×20kN/m2=385kN/m2。该工程塔楼基底粉质黏土层厚约4～8m，地基承载力为170kN/m2。因此，以天然地基为持力层的浅基础方案不可行。

3.2 基础设计方案二：浅基础（CFG桩地基处理）

考虑以CFG桩地基处理后的复合地基为持力层的浅基础方案。设计面积置换率为0.167（桩长10m、桩距为1.3m、桩直径为0.6m，正方形布桩），处理后复合地基承载力提高至558kN/m2。经济性分析认为该方案的工程造价相对其他基础方案更具优势。

综合比较后，该工程不采用该方案。原因有以下两方面：第一，CFG复合地基承载力计算的经验范围值参数多，不同的计算假定对结果影响大；第二，塔楼边柱刚度与荷载较小，而塔楼核心筒刚度大且荷载集中，该方案可能引起塔楼边柱与内筒间较大的不均匀沉降，而该工程为钢框架-钢板组合剪力墙百米高层，不均匀沉降对结构内力分配有较大影响。

3.3 基础设计方案三：桩筏基础（混凝土预制桩）

该工程场地较平坦，机械化施工条件好，具备桩基设计条件。但根据地勘报告，场地中卵石粒径较大，最大粒径可达到160mm，这对混凝土预制桩（管桩）施工影响较大，成桩可行性不高，故该方案不可行。

3.4 基础设计方案四：桩筏基础（灌注桩）

经对比，桩筏基础（灌注桩）为该工程基础选型的确定方案。桩基采用端承摩擦桩，施工工艺采用机械成孔，以密实卵石土为桩端持力层；承台、筏板均搁置在粉质黏土层。

4 桩型布置方案比选

该工程采用桩筏基础（灌注桩）方案，但不同的桩基布置与桩型将对建设成本有较大的影响，因此有必要开展基础优化选型工作。该工程桩基初步考虑桩径D=800mm、D=1000mm、D=1200mm三种桩型方案，采用非挤土桩施工工艺（依据桩基规范桩最小中心距为3D），以核心筒范围为例，简化估算核心筒范围基底反力约240000kN（该工程塔楼地上23层、地下2层，核心筒受荷面积约524m2）。简化计算见表1。

表1 桩型方案对比表

结合表中桩长、桩基根数与混凝土量，综合考虑经济性、施工难度与工期，该工程折中选取方案2（桩径D=1000mm）的桩型。在施工图阶段结合软件模型的计算结果与上述手算结果基本相符。但刚度分配及变形协调等因素导致单桩最大反力为6231kN，单桩设计承载力特征值为6258kN；考虑筏板厚度、埋深、电梯基坑降板、群桩效应等因素后，实际最大桩长为30m。筏板下桩基ZKJ1承载力计算结果见表2。

表2 ZKJ1承载力计算表

5 桩基布置方案比选

该工程采用D=1000mm的非挤土桩方案（依据桩基规范桩最小中心距为3D）。现假定施工过程中采取有效措施，使成桩工艺变成部分挤土成孔，从而将桩最小中心距减为2.5D，以核心筒范围为例（核心筒范围基底反力约240000kN，核心筒受荷范围约524m2）。简化计算结果见表3。

表3 桩基布置方案对比表

由于桩间距减少，核心筒范围内桩数增加，单桩反力减少，从而可以有效减少桩长。但与勘察、审查、施工等单位结合后，认为乐山当地经验，以旋挖成孔为前提，又依靠施工措施以达到部分挤土成桩的工艺存在风险，因此该项目最终放弃了部分挤土成桩的方案，而采用非挤土桩方案作为实施方案。

6 结束语

该工程看似是简单的高层建筑基础设计，但在设计方案、桩基选型与桩基布置方案上经历了多方案比选，在方案比选中综合考虑经济性、施工难度与施工速度三方面，由此确定了最优实施方案。根据该工程的实施经验，针对乐山高新区的典型地质条件，建议百米高层建筑采用桩筏基础（非挤土机械成孔灌注桩）的基础设计方案。