某車輛段項目基礎選型分析

呂潮LV Chao；張洵ZHANG Xun

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州 510010）

1 工程概況

本工程為廣州地鐵某車輛段，位于廣花城際與芳白城際兩線交會站方石站西側地塊內，南鄰流溪河，西鄰機場高速，該地塊現狀主要以農田和魚塘為主，西側有少量的低層民房，北端有部分城中村與工廠。為上蓋開發項目，其中運用庫開發業態為住宅，建筑總高度為95m。為滿足蓋下車輛段的功能需求，采用定點全轉換結構預留形式，轉換層位于二層。本文選取運用庫典型區域，對基礎方案進行經濟性比選。

選取運用庫典型范圍，建立兩層蓋板模型，如圖1所示。運用庫區垂軌方向以兩線跨（垂軌向柱距為13.3m）為主，局部為三線跨（垂軌向柱距為18.4m）；順軌向柱距為9.9m。對于轉換區域，考慮到上蓋開發戶型的不確定性，基礎設計時，轉換層以上荷載按轉換區域滿布上蓋開發荷載進行預留。

經計算，運用庫典型范圍內柱底力如圖2～圖3所示。運用庫轉換區域預留27層住宅荷載，柱底力在25414～77333kN之間；非轉換區域二層蓋板預留1.5m覆土荷載，柱底力在8716～10397kN之間。

2 工程地質

勘察報告揭露，運用庫區為古近系（E）碎屑巖地層。下伏基為泥巖、泥質粉砂巖。巖土層自上到下分別為：人工填土＜1＞；粉質黏土＜4N-2＞＜4N-3＞；礫砂＜3-3＞、圓礫＜3-3A＞；局部中粗砂＜3-2＞；粉質黏土＜5N-2＞；強風化粉砂質泥巖＜7-2＞、中風化粉質泥巖＜8-2＞、微風化粉質泥巖＜9-2＞呈交替出現。

場地內覆蓋層從上到下主要為填土層、沖積～洪積砂層、沖積～洪積砂層、殘積土層，覆蓋層的地基承載力特征值fak較低（45～240kPa不等），且覆蓋層厚度較厚，不適用采用天然基礎。因此，考慮方案可能采用的幾種樁型：鉆孔灌注樁（樁徑800mm、1000mm、1200mm和1400mm）、預應力高強管樁（樁徑600mm）。沖（旋挖）孔灌注樁持力層選取為中、微風化粉砂質泥巖（夾雜強風化泥巖），靜壓預應力管樁持力層選取為強風化粉砂質泥巖。

考慮鉆孔灌注樁（樁徑800mm、1000mm、1200mm和1400mm）和預應力高強管樁（樁徑600mm和800mm）兩種基礎類型，結合運用庫區勘察鉆孔，該區域鉆孔灌注樁、高強預應力管樁的平均樁長如表1所示。

表1 運用庫區域鉆孔灌注樁、高強預應力管樁平均樁長

結合地質條件、上部結構體系、荷載大小等因素，采用廣東省房屋建筑與裝飾工程綜合定額（2018），按照2021年6月份信息價，對基礎方案進行比選，以確定合理的基礎方案。

3 轉換區域基礎

轉換區域柱底內力較大，對于預應力高強管樁，所需樁數較多、承臺面積較大，因此采用鉆孔灌注樁方案。灌注樁承載力特征值詳表1，考慮灌注樁承臺按2.5d距離布置。運用庫區灌注樁為端承摩擦樁，總體來說，對于以摩擦力為主的樁型，采用小直徑樁更為經濟。

中柱柱底力為76178～77333kN，僅可采用1400mm灌注樁，若采用更小直徑的樁，樁中心距不滿足規范要求；邊柱柱底力為40645～43598kN，角柱柱底力為25414～27195kN，相比較于中柱柱底力，邊角柱柱底力較小，可采取更小直徑樁基對比。

選取典型區域，轉換區域中柱采用1400mm灌注樁樁，邊角柱分別按樁徑為1000mm、1200mm和1400mm的灌注樁基礎進行基礎布置和經濟比選。不同直徑樁基布置方案如圖4～圖6所示。

綜合考慮承臺、基樁的工程造價，不同樁基方案比選經濟指標如表2所示。

表2 運用庫轉換區域不同方案經濟比選

從表2可知，轉換區域樁基+承臺總造價從低到高的順序依次是：方案三＜方案二＜方案一。結合上述分析，建議采用“中柱1400mm灌注樁+邊柱1000mm灌注樁”的方案三。

4 非轉換區域基礎

非轉換區域柱底反力為8716～10397kN，采用鉆孔灌注樁、管樁基礎進行基礎比選，灌注樁、管樁承載力特征值詳表1，考慮灌注樁承臺按2.5d距離布置，管樁承臺按3d距離布置。

選取典型區域，分別按樁徑為800mm、1000mm的灌注樁基礎和樁徑為600mm的預應力高強管樁基礎進行基礎布置和經濟比選。不同直徑樁基布置方案如圖7～圖9所示。

綜合考慮承臺、基樁的工程造價，不同樁基方案比選經濟指標如表3所示。

表3 運用區非轉換區域不同方案經濟比選

從表3可知，非轉換區域樁基+承臺總造價從低到高的順序依次是：方案三＜方案一＜方案二。運用庫裙樓區域，管樁較灌注樁經濟性更好，其中樁徑為600mm的高強預應力管樁基礎造價低于樁徑為800mm高強預應力管樁基礎。因此，建議采用“600mm高強預應力管樁”的方案三。

5 沉降驗算

5.1 樁基沉降驗算

本工程基礎設計等級為甲級，結合3～4節，轉換區域采用“中柱1400mm灌注樁+邊柱1000mm灌注樁”方案，非轉換區域采用“600mm高強預應力管樁”方案。同一結構單元采取不同形式的基礎形式，需對樁基沉降進行驗算。轉換區域中柱和邊柱的柱底內力差異較大，且轉換區域與非轉換區域樁基礎類型不同，因此分別選取典型的轉換區域與非轉換區域的樁基礎進行沉降計算，樁基礎布置方案及選取的典型樁基礎如圖10所示。

根據《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008）進行樁基沉降計算，結合高壓固結試驗的試驗結果，對于＜7-2＞＜7-3＞強風化碎屑巖巖石的壓縮模量取值如下：當壓應力為200～400kPa時，壓縮模量Es為12.9MPa；當壓應力為400～800kPa時，壓縮模量Es為19.1MPa；當壓應力為800～1600kPa時，壓縮模量Es為28.8MPa。對于＜8＞中風化碎屑巖巖石和＜9＞微風化碎屑巖巖石采用變形模量。經計算，轉換區域中柱沉降量為17.1mm，邊柱沉降量為11.2mm；非轉換區沉降量為21.6mm。結合柱跨大小，轉換區域中柱與邊柱灌注樁基礎、轉換區域灌注樁基礎與非轉換區域高強預應力管樁基礎的沉降差滿足規范要求。

5.2 樁基水平承載力驗算

本工程為全轉換框支剪力墻結構，為超限高層，且基礎埋深不滿足建筑高度的1/18，需進行抗滑移驗算。結合勘察報告鉆孔，分別計算樁徑為1000mm、1400mm的灌注樁和600mm高強預應力管樁的水平承載力。經計算，600mm預應力高強管樁水平承載力為80kN，1000mm、1400mm灌注樁水平承載力分別為400kN、800kN。對于中震作用下的樁基水平承載力進行驗算可知，對于樁徑分別為1000mm和1400mm的灌注樁以及樁徑為600mm的預應力高強管樁均滿足中震作用下樁水平承載力的要求。

6 小結

根據以往項目經驗，基礎成本約占同步施工車輛段蓋板總造價的30%～50%，因此，合理基礎形式的選取是降本增效的關鍵控制項。本文結合地質條件及上部結構荷載，選擇典型區域對基礎方案進行了比選。對于轉換區域采用不同直徑的灌注樁，對于非轉換區域，采用高強預應力管樁。在滿足結構安全的前提下，確定了經濟合理的基礎方案，創造了較大的經濟效益，促進了地鐵建設的可持續發展。