某高层办公楼基础方案比选

刘庆刚

【摘要】广州某高层办公建筑，主楼地上27层，建筑高度约为123.5米，副楼地上12层，建筑高度约为56米，均为高层商务办公楼，裙房3层，建筑高度约为20米，地下3层，项目所在地为坡地，岩面坡度较大，存在大量孤石，塔楼与纯地下室沉降差大。基于以上特点本文主要介绍坡地地区基础选型设计流程及对基础的沉降控制，对工程设计难点进行简要说明，供类似工程参考。

【关键词】基础比较;可行性;坡地;孤石

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.33.039

1、工程概况

该项目地块位于广州黄埔区，北侧为开泰大道，西侧为揽月路、东侧为天泰二路、南侧为天丰路（广东省电力设计研究院）。开泰大道下有广州地铁21号线通过。本工程用地面积为10726.41平方米，总建筑面積为82574.05平方米。

建设内容包含：高层商务办公楼（主楼）（27层）、高层商务办公楼（副楼）（12层）、商业裙楼（3层）。采用框架、框架剪力墙及框架核心筒结构。整体概况如图1所示。

2、场地概况

2.1 场地条件

场区的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，建筑场地类别为II类，设计地震分组为第一组。

建筑物室外地坪标高±0.00为36.2m，现状地形北、东侧低。基坑开挖深度为15m。

抗浮设防水位标高根据地基勘察报告按室外地坪标考虑。

2.2 土层条件

场地岩土层情况自上而下可分为：人工填土层（Qml）、坡积层（Q4dl）、残积层（Qel）和燕山二期花岗岩 （ηγy2）花岗岩等4大成因层。

本建筑场地本次钻探深度范围内35个钻孔发现孤石，孤石发育率87.5%，单孔呈单层或多层形式、形状发育，孤石风化不均匀呈中风化岩状、微风化岩状，在没有钻孔控制的部位也有可能发育孤石的可能，桩基础施工时孤石难以穿过或造成断桩、卡钻等。

3、基础设计

3.1 项目特点及设计思路

3.1.1 地质特点

持力层岩面坡度大，场地存在大量孤石。

3.1.2 结构特点及处理方法

副楼为12层商务办公楼，总重量较大，根据地勘地下室底板标高位置大部分处于强风化花岗岩，若以强风化花岗岩为基础持力层，承载力过低，即直接采用天然基础无法满足设计要求，解决方法：a、寻找更好的基础持力层，即向下以微风化花岗岩作为基础持力层，相应的基础形式采用灌注桩基础。b、提高强风化花岗岩持力层的承载力，即采用水泥土搅拌桩（cfg）进行地基处理。

主楼为27层商务办公楼，总重量较大，根据地勘地下室底板标高位置大部分处于微风化花岗岩，若以微风化花岗岩为基础持力层，承载力较高，直接采用天然基础可以满足设计要求。

地下室部分，荷载较小，相对的持力层承载力可以满足规范要求。

3.1.3 需要注意的问题及处理方法

通过以上分析结构主楼、副楼、地下室的大部分区域基础形式基本得要确认，但仍有一些问题需提出：

（1）持力层微风化花岗岩岩面变化大，基础形式及作用范围需进一步确认，应对措施，要求所有竖向构件下至少做一组超前钻，已明确持力层及基础形式。

（2）对场地中存在的大量孤石，若采用灌注桩基础，需加长灌注桩下超前钻长度，要求在桩底以下5倍桩径及8m范围内有完整稳定的持力层，严禁将孤石判定为孤石。

通过以上的分析，本项目拟采用两种结构形式进行基础设计：A、灌注桩基础+天然基础+防水板。B、天然基础+cfg地基处理+防水板。

3.2 方案简介

3.2.1 方案1（灌注桩基础+天然基础+防水板）

副楼、相应部分地下室采用灌注桩基础，桩径0.8m～2.0m，混凝土强度等级C40，桩长10～30m，根据地质资料，桩端持力岩层为微风化岩，桩端岩层的岩样天然湿度单轴抗压强度不小于50MPa。单桩竖向抗压承载力特征值4900～36000KN，单桩竖向抗拔承载力特征值1500～6300KN，桩间距不小于2.5d。

主楼、相应部分地下室采用天然基础。

灌注桩基础+天然基础+防水板布置如图2：

方案特点：

1）副楼灌注桩基础，传力直接，可充分利用微风化高单轴抗压强度。

2）主楼范围微风化花岗岩岩面较高，采用天然基础，节省工期，工程造价相对于灌注桩基础低。

3）根据一柱一超前钻资料明确灌注桩基础与天然基础的交界面。

4）通过微风化花岗岩岩面分布图知主楼范围岩面坡度很大，特别是在场地主楼东南角位置，为防止基础整体滑移，此范围仍在用灌注桩基础。

5）主副楼塔楼与地下室交界处沉降差小，无需做特殊设置

6）使用抗拔桩+抗拔锚杆抗浮

3.2.2 方案2（天然基础+cfg地基处理+防水板）

副楼采用地基处理水泥土搅拌桩基础（cfg），根据计算得出的反力图知：副楼需要地基承载力600Kpa左右，但副楼大部分处在全风化花岗岩地基承载力特征值为350Kpa，故作水泥土搅拌桩地基处理，水泥桩桩径取0.4m，等边三角形布桩桩距2m，水泥桩持力层选在微风化花岗岩，桩端承载力特征值15000Kpa，处理后复合地基承载力特征值730Kpa，可满足在设计要求。

天然基础+cfg地基处理+防水板基础布置如图3：

方案的点：

1）副楼采用地基处理水泥土搅拌桩基础（cfg），节省工期，工程造价相对于灌注桩基础低。

2）副楼采用地基处理水泥土搅拌桩基础（cfg），承载力可满足规范要求，但塔楼与地下室间会产生较大沉降差，需设置沉降后浇带，施工及使用期间需加强沉降观测，作好记录。

3）使用抗拔锚杆抗

结语：

本工程地址复杂，持力层岩面坡度大，存在大量孤石，针对以上情况最终采用方案1（灌注桩基础+天然基础+防水板）可以很好的解决以上问题：

1）副楼采用灌注桩基础，利用超前钻数据判断孤石位置、稳定持力层厚度，可直接穿越孤石，使桩端落于稳定微风化花岗岩。

2）主楼采用天然基础，充分利用微风化花岗岩高地基承载力，在岩面坡度较大，持力层性质发生变化出，仍使用灌注桩基础，以作为基础抗滑移措施。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范：GB50010-2010（2015年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2]建筑抗震设计规范：GB50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3]建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.