橫琴醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探析

張立偉 ZHANG Li-wei

（湖南省建筑設(shè)計(jì)院集團(tuán)股份有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

1 工程概況

橫琴醫(yī)院位于橫琴新區(qū)中部地區(qū)，北臨彩虹路，南臨橫琴大道，西臨伯牙南道。項(xiàng)目總用地面積約60004m2，其中醫(yī)院部分用地50003m2，醫(yī)院配套宿舍部分用地10001m2，按三甲綜合醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，規(guī)劃總床位500床，日門急診量2700人次。項(xiàng)目總建筑面積約19萬(wàn)m2，其中地上建筑面積約12萬(wàn)m2，地下建筑面積約7萬(wàn)m2。醫(yī)院部分裙房共五層，建筑高度23.80m，北側(cè)為醫(yī)技用房，東側(cè)為門診，南側(cè)為體檢中心與科研樓。北樓主要功能為病房，共17層，建筑高度70.90m；南樓主要功能為科研用房，共9層，建筑高度39.70m；共設(shè)置兩層地下室，建筑埋深11.1m。醫(yī)院配套宿舍部分共三棟建筑，1#宿舍地上6層，建筑高度為22.40m，2#3#宿舍地上12層，建筑高度為39.70m；設(shè)置兩層地下室，建筑埋深9.9m，局部地下公共行車道埋深11.1m。

項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告顯示，場(chǎng)地內(nèi)土層分布主要為：①人工填土層：素填土、沖填土、塊石填土；②海陸交互相沉積層：淤泥質(zhì)土、淤泥、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、礫砂；③燕山三期花崗巖風(fēng)化層：全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。由于此場(chǎng)地存在超厚淤泥層及砂層，施工難度較大，是歷來施工中經(jīng)常遇到的難題。場(chǎng)地軟土層超厚淤泥對(duì)基礎(chǔ)選型有很大的制約性。根據(jù)珠海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，可采用灌注樁或預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，基坑支護(hù)方案采用灌注樁+鋼筋砼斜拋撐+頂部放坡的支護(hù)形式，能更好的起到支護(hù)作用。

圖1 醫(yī)院建筑效果圖

圖2 醫(yī)院配套宿舍建筑效果圖

2 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地原始地貌單元屬濱海平原地貌，后經(jīng)軟基處理整平地形大部分較平坦。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告：場(chǎng)地內(nèi)土層分布主要為：①人工填土層：素填土、沖填土、塊石填土；②海陸交互相沉積層：淤泥質(zhì)土、淤泥、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、礫砂；③燕山三期花崗巖風(fēng)化層：全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。

各土層場(chǎng)地分布厚度及鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 各土層場(chǎng)地分布厚度及鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)

對(duì)于嵌巖樁，單樁豎向承載力特征值可按下式估算：Ra=Rsa+Rra+Rpa=u∑qsiali+upC2frshr+C1frpAp，其中C1取0.4，C2取0.04。（對(duì)鉆沖孔樁，取值折減系數(shù)0.8）

地下室設(shè)計(jì)抗浮水位標(biāo)高：醫(yī)院建議取5.0m，醫(yī)院配套宿舍建議取4.7m。場(chǎng)地地下水按環(huán)境類型（Ⅱ類環(huán)境）判定對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕。

本項(xiàng)目醫(yī)院和醫(yī)院配套宿舍的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年；醫(yī)院的建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為乙類；醫(yī)院配套宿舍的建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為丙類。抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑場(chǎng)地類別為III類場(chǎng)地。地震影響系數(shù)αmax=0.08，場(chǎng)地反應(yīng)譜特征周期Tg=0.55s。

3 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)選型

①此場(chǎng)地軟土層分布廣泛，存在平均20.4m（12.9～29.3m）厚的淤泥+淤泥質(zhì)土，超厚淤泥對(duì)基礎(chǔ)選型有很大的制約性。根據(jù)珠海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，可采用灌注樁或預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。

②此場(chǎng)地淤泥與基巖間均有砂層分布，厚度1.2～21.0m，較多鉆孔砂層厚度≥8m，本工程所在地禁止使用錘擊樁，靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工較難穿越厚砂層，且本工程裙房和純地下室的樁抗拔力較大，預(yù)應(yīng)力管樁抗拔承載力無法滿足設(shè)計(jì)要求。

③本工程淤泥須考慮負(fù)摩阻，對(duì)樁的豎向抗壓承載力有較大影響。樁身直徑越大，負(fù)摩阻對(duì)豎向抗壓承載力影響越小。

④本工程基坑支護(hù)方案采用灌注樁+鋼筋砼斜拋撐+頂部放坡的支護(hù)形式，斜拋撐撐在底板上，基坑支護(hù)的反壓區(qū)（臨近支護(hù)40m）須采用灌注樁。

⑤醫(yī)院抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高5.0m，底板底標(biāo)高-6.4m；水浮力（5.0-（-6.4））×9.8=112kN/m2；結(jié)構(gòu)自重：25×0.6+7+30.5=52.5kN/m2。醫(yī)院配套宿舍抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高4.7m，底板底標(biāo)高-5.2m；水浮力（4.7-（-5.2））×9.8=97kN/m2；結(jié)構(gòu)自重：15+7+30.5=52.5kN/m2。醫(yī)院和醫(yī)院配套宿舍水浮力均大于結(jié)構(gòu)自重，整體抗浮均不滿足要求，須設(shè)置抗浮樁抗浮。

考慮到預(yù)應(yīng)力管樁存在以下缺點(diǎn)：

①樁太長(zhǎng)施工困難（接樁次數(shù)多、淤泥層樁較容易偏位）；

②斷樁率較高；

③單樁抗壓抗拔承載力低；

④錘擊樁的噪音、振動(dòng)對(duì)周圍影響較大；

⑤靜壓樁難以穿透砂層；

⑥本工程在地面施工后開挖，由于預(yù)應(yīng)力管樁屬于擠土樁，樁頂標(biāo)高難以控制，未來基坑開挖樁偏位風(fēng)險(xiǎn)較高。綜合以上因素，本工程均采用鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)+承臺(tái)+防水板。

3.2 工程樁設(shè)計(jì)

①持力層的選擇：本項(xiàng)目醫(yī)院部分由2棟高層塔樓、裙房及純地下室組成，醫(yī)院配套宿舍由3棟高層塔樓及純地下室組成；塔樓豎向荷載很大，對(duì)沉降量和沉降差控制要求較高，因此鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)的持力層選取中風(fēng)化花崗巖或微風(fēng)化花崗巖。

②樁基構(gòu)造：樁身直徑為400～2000mm時(shí)，截面配筋率取0.65%～0.3%，中間樁徑取線性差值；抗拔樁主筋錨入承臺(tái)長(zhǎng)度不少于40d，其他樁主筋入承臺(tái)長(zhǎng)度不少于30d；考慮到基坑支護(hù)的斜拋撐通過底板傳遞水平力，在施工階段可能存在土壓力不平衡造成樁基承擔(dān)水平力，因此樁頂以下5d范圍內(nèi)的箍筋加密至100mm間距。

③抗壓樁承載力計(jì)算：本項(xiàng)目場(chǎng)地軟土層分布廣泛，存在非常厚的淤泥+淤泥質(zhì)土，抗壓樁在工程樁設(shè)計(jì)時(shí)須綜合考慮嵌巖樁單樁豎向抗壓承載力、樁身承載力、負(fù)摩阻力、樁身壓屈穩(wěn)定、樁身極限承載力及樁基檢測(cè)的影響。以醫(yī)院ZH1200為例，入中（或微）風(fēng)化花崗巖1.2m，樁身砼強(qiáng)度C40，樁身縱筋22 18，樁頂以下5d范圍內(nèi)設(shè)置樁身螺旋式箍筋10@100。

1）ZH1200嵌巖樁單樁豎向抗壓承載力特征值計(jì)算：中性點(diǎn)取樁周軟弱土層下限，中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為零，Ra=u∑qsiali+upc2frshr+c1frpAp=3.14×1.2×2.1×40+3.14×1.2×0.032×20850×1.2+0.32×20850×3.14×0.62=10875kN；

4）樁身壓屈穩(wěn)定：lc/d=0.7×（l0+4.0/α）/d=0.7×（0+4.0/0.272）/1.2=8.578,查《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008表5.8.4.2-2，樁身穩(wěn)定系數(shù)φ=0.993。

5）單樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K，其中K為安全系數(shù)，取K=2；樁基進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，樁身承受的豎向壓力取特征值的2倍，靜載壓重取Quk。樁身極限承載力Quk=1000=23218kN；Ra=Quk/2=11609kN。

本工程樁身壓屈穩(wěn)定和負(fù)摩阻不同時(shí)考慮，兩者取包絡(luò)，即負(fù)摩阻控制，min{10875、11397、11609}=10876KN，ZH1200的單樁豎向抗壓承載力特征值可取為10500kN；布樁時(shí)控制值取：10500-2024=8476kN。

④抗拔樁承載力計(jì)算：抗拔樁在工程樁設(shè)計(jì)時(shí)須綜合考慮嵌巖樁單樁豎向抗拔承載力、樁身抗拔承載力、樁身裂縫（0.3mm）及樁基檢測(cè)的影響。以醫(yī)院ZH1200T為例，樁徑1200，入中（或微）風(fēng)化花崗巖2.0m，樁身砼強(qiáng)度C40，樁身縱筋30 32。

1）ZH1200T嵌巖樁單樁豎向抗拔承載力特征值計(jì)算：Nk=u∑λiqsiali+Gp=3.14×1.2×（0.032×20850×1.2+0.5×7.3×6+0.5×28.1×8+0.6×2.1×40）+3.14×0.62×38.7×（25-9.8）=4378kN。

3）樁基進(jìn)行靜載試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，樁身承受的豎向拔力取特征值的2倍，即7200kN。樁身極限承載力N=As×fyk=30×804×400/1000=9648kN。

綜上計(jì)算，ZH1200T的單樁豎向抗拔承載力特征值取為：3600kN。

4）整體抗浮樁基抗拔承載力取值：根據(jù)DBJ/T 15-125-2017《建筑工程抗浮設(shè)計(jì)規(guī)程》5.1.3，γ0Kw1Rk≥γ0Kw1Fwk-W；其中γ0=1.1；Kw1=1.05；Fwk-水浮力標(biāo)準(zhǔn)值；W-地下工程自重及其上作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的綜合；Rk-抗拔樁特征值。整體抗浮計(jì)算時(shí)，水浮力按1.1×1.05×112=129.4kN/m2，抗浮樁控制值取1.1*1.05*單樁抗拔承載力特征值，即樁ZH200T的抗拔控制值為3600×1.1×1.05=4158kN。以每根柱作為結(jié)構(gòu)單元，滿足5.1.3式即可認(rèn)為滿足整體抗浮要求。

本工程平均樁長(zhǎng)45m，因此考慮ZH1000、ZH1200、ZH1400、ZH1600、ZH1800考慮樁身構(gòu)造配筋時(shí)，按0.3mm裂縫反算得到抗拔承載力特征值，并按抗壓樁配筋，可大幅歸并樁型，減少檢測(cè)費(fèi)用。

基于以上設(shè)計(jì)原則，確定其余樁徑的承載力，經(jīng)歸并處理，最終得到表2、表3。

表2 醫(yī)院樁表

表3 醫(yī)院配套宿舍樁表

4 施工注意事項(xiàng)

①本工程軟土厚度較厚，存在12.9～29.3m厚的淤泥+淤泥質(zhì)土，鉆（沖）孔灌注樁施工時(shí)樁長(zhǎng)深度范圍內(nèi)若遇淤泥、淤泥質(zhì)土或流砂等不良地質(zhì)土層分布，則樁身不良地質(zhì)土層范圍內(nèi)宜采用鋼護(hù)筒，以保證成樁質(zhì)量。

②本工程基坑支護(hù)方案采用灌注樁+鋼筋砼斜拋撐+頂部放坡的支護(hù)形式，斜拋撐撐在底板上，底板后澆帶的傳力尤為重要，因此本工程在后澆帶內(nèi)設(shè)置了鋼支撐（矩250×150×10×10@3000，Q355B），以滿足底板的傳力要求。

③由于在地面進(jìn)行樁基施工和檢測(cè)，因此在樁基施工前須確定樁基檢測(cè)方案。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程綜合考慮到軟土地區(qū)地質(zhì)情況和基坑支護(hù)的受力要求，采用了灌注樁基礎(chǔ)，灌注樁設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了嵌巖樁單樁豎向抗壓承載力、樁身承載力、負(fù)摩阻力、樁身壓屈穩(wěn)定系數(shù)、樁身極限承載力，樁身裂縫及樁基檢測(cè)對(duì)樁基承載力的影響，并對(duì)灌注樁的施工和底板后澆帶傳力提出了施工要求。