異形建筑基礎結構的抗浮方案分析

吳 棟 王 云飛 杜奕展 張國強

1. 南京市建筑設計研究院有限責任公司 南京 210005；2. 江蘇運通房地產開發有限公司 南京 210029；3. 南京建研科技有限公司 南京 210017

1 工程概況

南京新城市虹橋中心二期項目位于南京市鼓樓區。第二期開發包括3 棟高層塔樓及多層商業裙房：其中2 棟25 層的塔樓位于南側；1 棟17 層的塔樓位于西側；商業裙房為純地下結構。該項目單層地下室面積約為3.2 萬m2，地下室3層建筑平面形似繪圖三角尺，其陰影范圍內為高層塔樓部分（圖1）。

圖1 地下室3層建筑平面

2 地形地貌

該項目所在場地絕對標高為11.0～14.4 m，大部分位于絕對標高12.0 m左右，場地較為平整。由場地的西南至東北，場地下中風化基巖與地表的距離呈增大的趨勢。南側塔樓的部分基底位于粉質黏土層（②6、③1），大部分基底位于中風化巖層，西側塔樓的基底位于中風化巖層，商業裙房的基底大部分位于中風化巖層，有小部分位于粉質黏土層。

該項目高層塔樓基底大部分位于中風化巖層，小部分位于粉質黏土層。當考慮基礎豎向承壓時，高層塔樓基底位于中風化巖層的部分可采用天然地基，位于粉質黏土層的部分采用鉆孔灌注樁基礎或墩基礎。商業裙房為3層地下室，其基底位于－17.0 m，商業裙房上部荷載較小，當考慮基礎豎向抗浮時，該部分基礎要抵抗較大的水浮力，并且商業裙房的面積也比較大，因此裙房基礎的抗浮設計成為該工程基礎設計的關鍵。

3 裙房基礎結構抗浮方案分析

商業裙房基礎下的水浮力遠遠大于豎向荷載，因此該部分不需考慮豎向承載問題，僅需考慮抗浮問題。由于商業裙房范圍內存在中風化基巖，地下室的抗浮可采用柱下抗浮樁集中抗浮和錨桿均勻抗浮解決[1,2]。

3.1 柱下抗浮樁集中抗浮

商業裙房部分無上部結構，該部分考慮3層地下室荷載（每層面荷載15 kN/m2）和覆土0.8 m，則底板承受的浮力荷載為110.6 kN/m2。

若抗拔樁中心距為4.5 m，則單樁承受的浮力為2 240 kN。若樁身直徑選用1 250 mm，則抗拔樁必須入巖7.6 m方可滿足抗浮要求。

抗浮樁的混凝土體積為9.32 m3。

鋼筋混凝土的耐久性要求抗拔樁樁身裂縫必須小于0.2 mm，按照裂縫計算公式[3]，在軸向拉力2 240 kN作用下可推算樁身縱向鋼筋面積為12 000 mm2。該部分鋼筋用量為0.712 t。

地下室底板厚度為800 mm，按照無梁樓蓋計算模型計算，地下室底板配筋為1 710 mm2/m雙層雙向鋼筋。

每平方米地下室底板的混凝土體積=0.8 m3。

每平方米地下室底板的鋼筋用量=0.053 t。

經過對大直徑樁入巖費用的實地調研以及參考已有工程案例，大直徑抗拔樁的主要造價組成為：入巖費用4 000 元/m、空鉆造價為300 元/m3、鋼筋完成價為6 000 元/t、混凝土造價350 元/m3。本工程地下室抗浮面積約為2.2 萬m2，當樁距為4.5 m時，樁數量為1 110 根，則每平方米樁數量為0.051 6 根，則地下室每平方米綜合造價為2 860 元。

采用上述計算方法對抗拔樁中心距為3 m、6.4 m、9 m的工況分別進行驗算，計算結果見圖2。

圖2 大直徑抗拔樁地下室綜合造價比較

由以上計算結果可知，當采用大直徑抗拔樁時，隨著抗拔樁數量的增加及抗拔樁的中心距的減小，地下室每平方米的綜合造價在降低，當抗拔樁中心距由9 m減少至3 m，地下室每平方米的綜合造價減少1 440 元。該地下室抗浮面積為2.2 萬m2，可直接減少造價3 168 萬元。因此，地下室抗浮在選用抗拔樁方案時，抗拔樁布置較密、數量較多時其經濟效益較好，采用抗拔錨桿可能是較好的基礎抗浮方案。

3.2 錨桿均勻抗浮

當錨桿的數量增加時，即錨桿的間距越小，混凝土底板的厚度也越小，單根錨桿承受的水浮力也隨之減小。本工程取錨桿間距為1.5 m，則錨桿承受的水浮力為249 kN。

取錨桿直徑選用0.25 m，則所需錨桿長度為5.28 m。錨桿鋼筋的橫截面積為1 353 mm2，錨桿混凝土體積為0.26 m3，錨桿鋼筋用量為0.056 t。

錨桿間距較小，地下室底板厚度取400 mm，配筋為855 mm2/m鋼筋。

每平方米地下室底板的混凝土體積=0.4 m3。

每平方米地下室底板的鋼筋用量=0.027 t。

經過對抗拔錨桿的前期調研，錨桿鉆孔費用為300 元/m，抗浮錨桿混凝土為1 500 元/m3。則地下室每平方米綜合造價為1 330 元。

將錨桿間距逐漸增大，通過調整錨桿的直徑使錨桿的錨固段滿足設計要求，每平方米的總造價計算結果見圖3。

圖3 抗拔錨桿地下室綜合造價比較

根據以上計算結果，當地下室抗浮方案采用抗浮錨桿時，地下室綜合造價最低為1 213 元/m2，其造價成本要遠遠低于大直徑抗拔樁抗浮方案；地下室的綜合造價并未一直隨抗浮錨桿間距的減小而降低，而是在抗浮錨桿間距為2.0 m時出現最小值。

4 結論

新城市虹橋中心二期項目是由高層塔樓和地下商業裙房組成的城市綜合體，其基礎底面大部分位于中風化巖層，由于商業裙房面積較大，其地下室埋深較深，地下室基礎抗浮設計成為其基礎設計的關鍵。經過對大直徑抗拔樁和抗拔錨桿的計算分析，得到以下結論：

（a）當采用大直徑抗拔樁抗浮時，隨著抗拔樁數量的增加及抗拔樁的中心距的減小，地下室每平方米的綜合造價在降低，抗拔樁中心距由9 m減少至3 m，地下室每平方米的綜合造價減少1 440 元；

（b）當地下室抗浮方案采用抗浮錨桿時，地下室綜合造價最低為1 213 元/m2，其造價成本要遠遠低于大直徑抗拔樁抗浮方案；

（c）地下室的綜合造價并未一直隨抗浮錨桿間距的減小而降低，而是在抗浮錨桿間距為2.0 m時出現最小值，因此該項目地下室抗浮方案建議采用間距為2.0 m錨桿進行抗浮。