鄰近地鐵住宅建筑基礎選型分析

何明哲

（中國中元國際工程公司，北京 100089）

1 引言

隨著我國建筑行業的發展和人們對居住品質的不斷追求，住宅項目在朝著大型和綜合發展的同時，與軌道交通的結合日益緊密，因此，出現了大量的地鐵上蓋以及鄰近地鐵建筑項目。地鐵對相鄰建筑的影響，與基坑支護的關系處理，超長地下室溫度作用影響，帶地下室的塔樓地基承載力深度修正等問題息息相關，關乎項目的安全性與經濟性，已成為結構設計中的關鍵問題。本文結合實際項目，對以上問題的產生原因，對基礎選型的影響進行定性分析，并對項目中案例的基礎選型做簡要闡述。

2 項目概況

2.1 項目簡介

本工程占地面積189 000m2，總建筑面積339 200m2。其中，地上建筑面積253 300m2，主要功能為住宅、公寓和商業，地下建筑面積85 800m2，主要功能為車庫、設備用房和戰時人防。場地北側有規劃地鐵建設。

本項目分為南、北兩片區域，南區為低層洋房及配套地下室，北區為高層住宅及配套地下室。南、北區地下室連為一體，東西向最大長度約為340m，南北向最大長度約為450m。

如圖1 所示，北區高層住宅為29～32 層，建筑高度約86.85～93.25m，地下室層高5.7m，含設備夾層2.1m，其中，3#、4#、5#樓含局部2 層小裙房，為臨街小商業樓，與高層住宅塔樓主體脫開，無地下室，建筑高度約8.1m。1#～5#樓及附近地下室均臨近規劃地鐵，其中，3#、4#樓的裙房基礎以下有規劃地鐵穿越。3#、4#樓及附近的地下室基礎邊緣距離地鐵洞室中心線8～16m 不等。

±0.000m 相當于絕對標高40.750m，高層住宅1#～5#樓基礎底絕對標高約33.250～33.650m，臨近地下室的基底絕對標高約33.900m。

本文擬對北區地下室、臨近規劃地鐵處高層住宅及臨街小商業樓的基礎方案進行分析。

圖1 局部總平面示意圖

2.2 地質情況

地層巖性：各主要巖層參數及樁基設計參數如表1 所示。

表1 主要巖層及樁基設計參數

天然地基以③中砂、④中砂為持力層，fak=200kPa，樁基礎以⑥礫砂為樁端持力層。場地平坦，地貌為沖積平原，場區無不良地質作用，無特殊性巖土，可不考慮液化效應。

地下水：抗浮設防水位絕對標高28.20m，水位在底板以下，故底板不考慮水壓力。

2.3 結構主要設計條件

設計基準期：50a，設計使用年限：50a；結構安全等級：二級；結構重要性系數：1.0；基礎設計等級：乙級（1#～5#樓，為甲級）；抗震設防類別：丙類。

基本風壓：0.55kN/m2；基本雪壓：0.50kN/m2；標準凍深：1.2m。

場地抗震設防烈度7 度，設計基本地震加速度值0.10g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為II 類，場地設計特征周期為0.35s。

3 基礎選型分析

本項目北側臨近市政道路，不僅與規劃地鐵相鄰，而且受施工運輸及場地排布影響，部分區域需采用垂直支護，不論地鐵盾構施工，還是支護樁的施工，對基礎的選型和布置都會產生影響。與此同時，由于地下室超長，選擇不同的地下室基礎類型對于釋放溫度應力是不同的，選擇不同的地下室基礎類型，承載力修正不同，進而影響高層住宅基礎方案，因此，需要綜合考慮確定。本文從4 個方面分析以上因素對基礎選型的影響。

3.1 基礎選型關鍵因素分析

3.1.1 鄰近地鐵影響

本項目北側臨近規劃地鐵，按地鐵規劃有關條件，地鐵洞室直徑6m，縱向中心線絕對標高約20m，典型樓座與地鐵洞室、土層位置關系如圖2 所示。

圖2 典型樓座（4#樓）與地鐵洞室、土層位置關系剖面圖

地鐵施工對本項目影響體現在以下幾方面。

1）對高層住宅下CFG 樁基礎的影響

根據計算分析得到的基底反力，本工程可采用筏板基礎，CFG 樁地基處理，對于CFG 樁，樁身承載力對復合地基承載力有重要影響。按力學原理，樁身承載力來源側阻和端阻，而兩者的發揮均與樁身與樁周土的相對位移有關。

當地鐵洞室開挖后，臨近洞室一側的樁周土側限變弱或消失，甚至因地鐵洞室引起地表沉降，導致一定深度范圍的樁周土位移大于樁身，產生樁身負摩阻力；樁端土層局部卸載，進而使樁端阻的發揮大打折扣。此外，由于樁周土壓力不平衡，樁身局部產生橫向撓曲變形，進而產生部分彎矩和剪力。

由以上分析可見，地鐵洞室的施工，對于臨近的CFG 樁基礎單樁承載力和樁身承載力均有著不利影響。

2）對臨街小商業樓及局部地下室基礎形式影響

對于3#、4#樓的小商業樓，地鐵洞室穿越其基礎下土層。由于洞室開挖，基礎持力層土必然下沉，導致基礎不均勻沉降。而3#、4#樓小商業部分與主體塔樓脫開，采用框架結構，屬對不均勻沉降敏感建筑，因此，需增加基礎剛度，采用基礎剛度比較好的基礎形式，抵抗不均勻沉降。

3）對高層住宅基礎布置的間接影響

本項目臨近地鐵處多數采用垂直支護，支護形式為鋼管樁加土層錨桿。為不干擾地鐵施工，支護樁位置需靠近地下室，高層住宅筏板基礎邊界及CFG 樁基礎的排布，均須考慮垂直支護樁設計和施工的影響。

3.1.2 基坑支護影響

本項目北側臨近市政道路，考慮運輸原因，場地出口及運輸通道設置于此，因此，相應區域不具備放坡條件，須做垂直支護，支護形式為鋼管樁加土層錨桿。同3.1.1 節，此范圍與規劃地鐵相鄰，為避讓地鐵洞室，支護樁須靠近地下室基礎，因此，地下室基礎，尤其高層住宅筏板基礎出挑距離及CFG 樁位置，均受支護樁限制，設計時須考慮。

3.1.3 溫度作用影響及地基承載力修正

地下室采用天然地基，原則上既可用筏板基礎，也可用獨立基礎加防水板方案。鑒于本工程地下室超長，存在不可忽略的溫度應力，對墻柱產生可觀的水平推力。

對于超靜定結構，其溫度變化產生次內力的根本原因是約束，同等條件下，約束越強，次內力越大。對于本工程，為減少溫度變化對墻柱產生的不利影響，可采用水平剛度較小的基礎形式。從這個意義上，選擇獨立基礎加防水板方式，從概念上，更有利于降低溫度作用的影響。

3.1.4 構造板及其對塔樓地基承載力深度修正

1）構造板的提出

本工程擬對傳統的防水板進行改進，取消基礎底板底部設置的聚苯板層，經此改進后的防水板叫作構造板。這樣，一方面降低施工難度，加快施工進度；另一方面，從受力角度，構造板可承擔少數地基反力，對塔樓地基產生超載作用，提高其地基承載力。

2）構造板對塔樓地基承載力深度修正

按3.1.3 節分析，構造板相比于傳統防水板，取消聚苯板層，并因此承擔一定的基底反力（根據構造板承載力極限狀態反算，且不大于基礎底面以上實際超載）。根據土力學原理[1]，基礎周邊超載是地基承載力深度修正的根本原因，如構造板可承擔一定的基底反力，則形成對高層住宅塔樓基礎的超載，并折算為等效土層厚度，對基礎承載力進行深度修正。

3.2 基礎選型

3.2.1 地下室（北區）基礎選型

取地下室典型柱網做2 種方案比選，第一種是筏板基礎，第二種是獨立基礎加構造板。經過比較分析，在土方開挖和混凝土工程量上，第二種方案更為經濟。此外，超長地下室基礎底板需配置雙層雙向構造鋼筋抵抗溫度變形[2]，對于第一種方案，因底板厚度大，鋼筋量大于第二種方案。綜上所述，基礎方案確定為獨立基礎加構造板方案（構造板取消聚苯板層）。

對于北側部分與規劃地鐵臨近地下室，由本文3.1.1 節分析，采用剛度較大的基礎形式：筏板基礎。

3.2.2 臨地鐵高層住宅基礎選型

1）基礎方案比選

根據項目所在地經驗，對典型樓座（4#樓）做2 種方案比選，第一種為CFG 地基處理+筏板基礎，第二種為長螺旋壓灌樁基礎+承臺+防水板。經過對比分析，前者經濟性優于后者，故采用CFG 地基處理+筏板基礎方案。

2）筏板基礎及其承載力修正

基礎厚度：根據本文3.1.1 節內容以及合作單位對地鐵施工仿真分析結果，1#～5#樓受影響較大。為降低地鐵施工的不利影響，筏板基礎厚度在滿足計算要求的基礎上，增加至1 200mm，其余樓座可按計算要求確定筏板厚度。

承載力修正：本項目地下室范圍較大，滿足寬度大于主樓寬度2 倍要求，可考慮基礎埋深修正[3]。按3.1.4 節，考慮地下室構造板對基礎承載力的提高作用，深度修正系數ηd=1.0，折算土層厚度按3.1.4 節考慮。

3）CFG 樁設計

樁徑：根據地勘有關樁基設計參數及當地經驗，同等條件下，樁徑越小，經濟性越好，按施工工藝要求，選擇小樁徑400mm。

樁長：根據地勘和進入持力層要求，同時考慮樁身承載力盡可能與單樁承載力特征值盡可能接近，經計算，有效樁長12.2m。

樁間距：因高層住宅高度較大，在標準荷載組合下，筏板基底壓力呈現出周邊大，中間小的趨勢，因此需劃分區域，對于不同區域，樁間距不同。根據計算分析結果，確定中間區域間距為1.6m，周邊區域間距為1.4m，正方形布置。

部分加強樁：臨地鐵樁，根據本文3.1.1 節內容，需做適當加強，根據專家論證結果，臨地鐵高層住宅外側2 排樁，樁長需延伸至約地鐵洞室中心線以下D（D 為洞室直徑），樁長確定為12.2+6=18.2m，同時，根據本文3.1.1 節內容，需對樁配置全長范圍的鋼筋籠，提高抵抗局部橫向變形能力。

4）褥墊層設計

CFG 樁在褥墊層中的刺入變形，是樁土共同作用，復合地基承載力得以充分發揮的基礎，因此褥墊層在CFG 樁復合地基設計中，有著重要的作用，根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》，本工程褥墊層厚度取300mm 碎石屑，最大粒徑小于或等于30mm，粒徑5～10mm，含泥量不大于5%。

3.2.3 臨街小商業樓基礎選型

根據3.1.1 節內容，以及合作單位對地鐵施工仿真分析結果，在地鐵施工過程中，3#、4#樓受影響較大，采用整體性較好的筏板基礎；對于5#樓，地鐵施工影響極小，可采用獨立基礎。

4 結論

1）對于鄰近地鐵項目，如選擇樁基礎，需定性分析地鐵洞室開挖對單樁承載力特征值和樁身強度的影響，并采取相應措施，如增長樁長、設置鋼筋籠（對CFG 樁）方式；

2）對于鄰近地鐵項目，需注意地鐵施工可能引起基礎不均勻沉降，并采取增強基礎剛度、提高上部結構剛度等方式提高抵抗不均勻沉降能力；

3）當地鐵施工與基坑支護因素疊加時，需從施工、受力角度綜合考慮其與結構基礎的影響；

4）大型地下室可考慮采用構造板，取消聚苯板層，承擔部分基底反力，并作為塔樓周邊的超載，對塔樓地基承載力進行深度修正。