某沿海地區超高層建筑樁基礎優化設計

李 旭

(同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，大型城市人口密集，對空間需求急劇增加，為解決土地緊張問題，超高層建筑物越來越多。在超高層建筑物的建設費用中，基礎部分占比較大，因此對超高層建筑物基礎進行優化設計，可大幅提高建設經濟效率。上海地區位于長江三角洲沖積平原上，場地土層多為淤泥質土和粉質黏土以及砂土互層，地質條件較差，因此超高層建筑物多采用樁筏基礎形式，且基礎造價很大。為此以一工程實例對樁基綜合經濟性進行優化評估。

1 項目概況

本項目位于上海前灘地區核心地帶，為超高層建筑，地上56層，建筑高度279.850 m，結構高度249.500 m，建筑面積為160 586 m2，平面尺寸為54.0 m×54.0 m，核心筒尺寸30.0 m×28.0 m，柱距9 m，為型鋼混凝土外框架(型鋼混凝土柱+鋼梁)和鋼筋混凝土核心筒結構體系。地下3層，基礎埋深14 m，基礎采用灌注樁基+筏板的結構形式，其中筏板厚度為3 300 mm。

2 工程地質條件

擬建場地屬濱海平原地貌，場地內地勢較平坦，地下水高水位相對標高為-0.8 m，地下水低水位相對標高為-1.8 m。樁頂相對標高-17.200 m，高程為-12.400 m，沿樁身地基土分布情況如下：

⑤2-1灰色砂質粉土夾粉質黏土，平均厚度10.2 m，濕，稍密～中密，含云母，夾薄層黏性土，具交錯層理，屬中等壓縮性土。

⑤2-2灰色粉砂，平均厚度13.0 m，濕，中密，局部密實，含云母，夾薄層黏性土、粉土，具交錯層理，屬中等壓縮性土。

⑤3-1灰色粉質黏土，平均厚度9.4 m，軟塑～可塑，含云母，夾薄層粉土、粉砂，土質不均勻，屬中等壓縮性土。

⑤3-2灰色砂質粉土夾粉質黏土，平均厚度10.9 m，濕，稍密～中密，含云母，夾黏性土、粉砂等，土質不均勻，屬中等壓縮性土。

⑤3-3灰色粉質黏土，平均厚度4.6 m，可塑，含云母，夾薄層粉土，土質不均勻，屬中等壓縮性土。

⑦灰色粉細砂，平均厚度16.2 m，飽和，中密～密實，主要成分為石英和長石，含云母，土質不均勻，局部夾薄層粉質黏土，屬低壓縮性土。

⑧灰色粉質黏土與粉砂互層，平均厚度3.7 m，軟可塑或中密，含云母，具交錯層理，夾粉砂互層呈“千層餅”狀，屬中等壓縮性土。

⑨青灰色粉細砂，平均厚度15.1 m，飽和，密實，含云母，夾薄層黏性土，屬低壓縮性土。

該場地采用灌注樁的樁側極限摩阻力標準值fs和樁端極限端阻力標準值fp值見表1。

表1 灌注樁承載力計算土層參數表 kPa

3 樁基優選

3.1 持力層選擇

綜合考慮塔樓下地質條件中土層分布情況、各土層的承載力大小以及塔樓自身結構受力特點，選擇埋置深度相對合理、端阻力相對較大的⑨粉細砂層作為塔樓基樁持力層較為合理。

3.2 樁長確定

據地勘報告結果，持力層⑨粉細砂層深度在土層中起伏較小，樁端需進入持力層且不小于3倍樁徑，基本確定樁長為68 m。

3.3 樁徑選擇

在選擇樁徑時，需綜合考慮樁的長徑比，單樁豎向承載力設計值Rd，樁身強度設計值，每延米樁混凝土的經濟效率，試樁要求，塔樓布樁情況對底板受力影響等因素。每延米樁混凝土的經濟效率為單樁豎向承載力設計值與每延米樁混凝土體積的比值。

在這里對比了樁徑分別為850 mm，900 mm，1 000 mm時的相關參數，見表2。

表2 樁徑優選相關參數表

3.4 經濟性分析

通過對灌注樁持力層、樁長、樁徑對比選擇，結論如下：

1)通常情況下，隨著樁徑的減小，每延米樁混凝土的經濟效率會提高。但在本工程中，850 mm樁徑的單樁豎向承載力設計值受到樁自身強度限制，不能充分發揮土層受力，故而850 mm樁徑對應的每延米混凝土的經濟效率較900 mm樁徑偏小。同時，850 mm直徑樁的長徑比達到80，相對較大，施工中容易產生斷樁、縮頸、夾泥、鋼筋籠下沉困難等問題。

2)對于樁徑為1 000 mm的灌注樁，其單樁豎向承載力設計值較大，導致試樁極限值達到21 400 kN，實際試樁時施工難度很大。

3)樁徑選擇對底板受力也有較大影響。經試算，隨著樁徑增大，單樁承載力設計值的提高，使得底板受到的沖切力及每延米剪切力相應增大，這樣勢必要求底板采用更高強度等級的混凝土或要求底板厚度加厚，經濟性降低。

綜上所述，綜合考慮經濟效率、施工難度、工程實際情況等因素，本工程選擇900 mm樁徑最為經濟合理。

4 結語

超高層建筑物樁基礎優選中，經濟性評估需綜合考慮持力層、樁長、樁徑、長徑比、單樁豎向承載力設計值Rd、樁身強度設計值、每延米樁混凝土的經濟效率、試樁要求以及塔樓布樁情況對底板受力影響等因素。

參考文獻：

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2] JGJ 94—2008，建筑樁基技術規范[S].

[3] 徐晨宇.某濱海住宅小區多棟建筑樁基礎優化設計[J].山西建筑，2012,38(7):76-77.