某车辆段项目基础选型分析

吕潮LV Chao；张洵ZHANG Xun

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州 510010）

1 工程概况

本工程为广州地铁某车辆段，位于广花城际与芳白城际两线交会站方石站西侧地块内，南邻流溪河，西邻机场高速，该地块现状主要以农田和鱼塘为主，西侧有少量的低层民房，北端有部分城中村与工厂。为上盖开发项目，其中运用库开发业态为住宅，建筑总高度为95m。为满足盖下车辆段的功能需求，采用定点全转换结构预留形式，转换层位于二层。本文选取运用库典型区域，对基础方案进行经济性比选。

选取运用库典型范围，建立两层盖板模型，如图1所示。运用库区垂轨方向以两线跨（垂轨向柱距为13.3m）为主，局部为三线跨（垂轨向柱距为18.4m）；顺轨向柱距为9.9m。对于转换区域，考虑到上盖开发户型的不确定性，基础设计时，转换层以上荷载按转换区域满布上盖开发荷载进行预留。

经计算，运用库典型范围内柱底力如图2～图3所示。运用库转换区域预留27层住宅荷载，柱底力在25414～77333kN之间；非转换区域二层盖板预留1.5m覆土荷载，柱底力在8716～10397kN之间。

2 工程地质

勘察报告揭露，运用库区为古近系（E）碎屑岩地层。下伏基为泥岩、泥质粉砂岩。岩土层自上到下分别为：人工填土＜1＞；粉质黏土＜4N-2＞＜4N-3＞；砾砂＜3-3＞、圆砾＜3-3A＞；局部中粗砂＜3-2＞；粉质黏土＜5N-2＞；强风化粉砂质泥岩＜7-2＞、中风化粉质泥岩＜8-2＞、微风化粉质泥岩＜9-2＞呈交替出现。

场地内覆盖层从上到下主要为填土层、冲积～洪积砂层、冲积～洪积砂层、残积土层，覆盖层的地基承载力特征值fak较低（45～240kPa不等），且覆盖层厚度较厚，不适用采用天然基础。因此，考虑方案可能采用的几种桩型：钻孔灌注桩（桩径800mm、1000mm、1200mm和1400mm）、预应力高强管桩（桩径600mm）。冲（旋挖）孔灌注桩持力层选取为中、微风化粉砂质泥岩（夹杂强风化泥岩），静压预应力管桩持力层选取为强风化粉砂质泥岩。

考虑钻孔灌注桩（桩径800mm、1000mm、1200mm和1400mm）和预应力高强管桩（桩径600mm和800mm）两种基础类型，结合运用库区勘察钻孔，该区域钻孔灌注桩、高强预应力管桩的平均桩长如表1所示。

表1 运用库区域钻孔灌注桩、高强预应力管桩平均桩长

结合地质条件、上部结构体系、荷载大小等因素，采用广东省房屋建筑与装饰工程综合定额（2018），按照2021年6月份信息价，对基础方案进行比选，以确定合理的基础方案。

3 转换区域基础

转换区域柱底内力较大，对于预应力高强管桩，所需桩数较多、承台面积较大，因此采用钻孔灌注桩方案。灌注桩承载力特征值详表1，考虑灌注桩承台按2.5d距离布置。运用库区灌注桩为端承摩擦桩，总体来说，对于以摩擦力为主的桩型，采用小直径桩更为经济。

中柱柱底力为76178～77333kN，仅可采用1400mm灌注桩，若采用更小直径的桩，桩中心距不满足规范要求；边柱柱底力为40645～43598kN，角柱柱底力为25414～27195kN，相比较于中柱柱底力，边角柱柱底力较小，可采取更小直径桩基对比。

选取典型区域，转换区域中柱采用1400mm灌注桩桩，边角柱分别按桩径为1000mm、1200mm和1400mm的灌注桩基础进行基础布置和经济比选。不同直径桩基布置方案如图4～图6所示。

综合考虑承台、基桩的工程造价，不同桩基方案比选经济指标如表2所示。

表2 运用库转换区域不同方案经济比选

从表2可知，转换区域桩基+承台总造价从低到高的顺序依次是：方案三＜方案二＜方案一。结合上述分析，建议采用“中柱1400mm灌注桩+边柱1000mm灌注桩”的方案三。

4 非转换区域基础

非转换区域柱底反力为8716～10397kN，采用钻孔灌注桩、管桩基础进行基础比选，灌注桩、管桩承载力特征值详表1，考虑灌注桩承台按2.5d距离布置，管桩承台按3d距离布置。

选取典型区域，分别按桩径为800mm、1000mm的灌注桩基础和桩径为600mm的预应力高强管桩基础进行基础布置和经济比选。不同直径桩基布置方案如图7～图9所示。

综合考虑承台、基桩的工程造价，不同桩基方案比选经济指标如表3所示。

表3 运用区非转换区域不同方案经济比选

从表3可知，非转换区域桩基+承台总造价从低到高的顺序依次是：方案三＜方案一＜方案二。运用库裙楼区域，管桩较灌注桩经济性更好，其中桩径为600mm的高强预应力管桩基础造价低于桩径为800mm高强预应力管桩基础。因此，建议采用“600mm高强预应力管桩”的方案三。

5 沉降验算

5.1 桩基沉降验算

本工程基础设计等级为甲级，结合3～4节，转换区域采用“中柱1400mm灌注桩+边柱1000mm灌注桩”方案，非转换区域采用“600mm高强预应力管桩”方案。同一结构单元采取不同形式的基础形式，需对桩基沉降进行验算。转换区域中柱和边柱的柱底内力差异较大，且转换区域与非转换区域桩基础类型不同，因此分别选取典型的转换区域与非转换区域的桩基础进行沉降计算，桩基础布置方案及选取的典型桩基础如图10所示。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）进行桩基沉降计算，结合高压固结试验的试验结果，对于＜7-2＞＜7-3＞强风化碎屑岩岩石的压缩模量取值如下：当压应力为200～400kPa时，压缩模量Es为12.9MPa；当压应力为400～800kPa时，压缩模量Es为19.1MPa；当压应力为800～1600kPa时，压缩模量Es为28.8MPa。对于＜8＞中风化碎屑岩岩石和＜9＞微风化碎屑岩岩石采用变形模量。经计算，转换区域中柱沉降量为17.1mm，边柱沉降量为11.2mm；非转换区沉降量为21.6mm。结合柱跨大小，转换区域中柱与边柱灌注桩基础、转换区域灌注桩基础与非转换区域高强预应力管桩基础的沉降差满足规范要求。

5.2 桩基水平承载力验算

本工程为全转换框支剪力墙结构，为超限高层，且基础埋深不满足建筑高度的1/18，需进行抗滑移验算。结合勘察报告钻孔，分别计算桩径为1000mm、1400mm的灌注桩和600mm高强预应力管桩的水平承载力。经计算，600mm预应力高强管桩水平承载力为80kN，1000mm、1400mm灌注桩水平承载力分别为400kN、800kN。对于中震作用下的桩基水平承载力进行验算可知，对于桩径分别为1000mm和1400mm的灌注桩以及桩径为600mm的预应力高强管桩均满足中震作用下桩水平承载力的要求。

6 小结

根据以往项目经验，基础成本约占同步施工车辆段盖板总造价的30%～50%，因此，合理基础形式的选取是降本增效的关键控制项。本文结合地质条件及上部结构荷载，选择典型区域对基础方案进行了比选。对于转换区域采用不同直径的灌注桩，对于非转换区域，采用高强预应力管桩。在满足结构安全的前提下，确定了经济合理的基础方案，创造了较大的经济效益，促进了地铁建设的可持续发展。