中级职称论文-建筑结构

某多层商业楼基础方案优化设计

摘要：本文对安徽省某多层商业项目地下车库基础方案进行了优化设计。由于基础持力层土层分布不均匀，针对不同位置的商业单体基础形式进行了方案选择，通过比较桩基础，墩基础以及天然基础在不同区域的适用性和经济性进行比较，针对不同商业单体选择了不同的基础方案。

关键词：商业项目地下车库基础持力层桩基础墩基础独立基础适用性经济性

引言

随着我国经济水平的不断提升，城市人口的不断增加，城镇化建设的加速。人口规模和人口聚集度的扩大，导致新开发住宅项目规模越来越大，设计的功能要求越来越多，很多住宅都有相应的商业配套要求。由于现代人生活水平的提高，人对环境和美的认识也越来越高。建筑设计的复杂化以及城镇化规模向内陆城市的不断扩大化，结构设计师更容易接触到不同类型的结构形式，比如不同的结构体系和基础类型。相对于在同一城市或同一地域项目单一的特点，设计项目的全国化可以提高结构设计师的专业水平，同时，对结构方案的合理性，适用性以及经济性要求更高；同时，结构体系和形式的选择应借鉴当地设计和施工经验以及经济水平，选择出最优最合理的方案，如此既能满足甲方在建筑功能上的要求，又能为甲方节省费用，获得最佳的经济效益。

正文

本文所述项目位于安徽省芜湖县湾沚镇芜湖南路以西，荆山河路以北征地约20.4亩。拟建4栋商业楼，均为五层框架结构，均通过地下车库联通。工程总建筑面积约30890平方米。总分五个区，如图一所示

拟建场地位于位于芜湖县县城内，具体分布于芜湖南路以西、荆山河路以北、罗福河路以东，原为耕地及水塘，经后期作用有所改变，场地起伏较大。

区域缩略示意图

图1 单体分布图

如图1所示，单体A和B均为一层地下室，地上结构5层；计算时结构嵌

固层为地下室顶板（一层楼面）。单体C部分地下一层，部分处于地下二层与地下一层的过渡区域；单体D为二层地下室；C、D单体从C单体一层底板向上均为5层；计算时C、D单体均嵌固在地下室顶板（一层楼面），为多塔结构，C、D二层楼面连接在一起。建筑方案设计时，结合土层分布特点；A、B单体通过地下室连通，地库底面标高为-5.800；C、D单体通过地下室连通，地库底面标高为-4.500。两个地下车库通过中间的连通道（中间设置结构缝+止水带断开）放坡连接。

一、本工程基础型式的选取

随着建筑市场日益蓬勃发展，市场竞争的日趋激烈。面对市场逐渐复杂的发展格局，优化结构设计、有效降低结构造价成本称为建筑企业扩张市场份额、强化竞争的有力武器。对于一般的结构来说，基础型式的投资成本，占工程结构总价的比重非常大，可占到三分之一强。因此，依据施工环境和当地地质条件，合理地选择基础型式是直接影响工程造价的主体因素；同时，合理的基础型式还会有效的缩短建设工期，使基坑维护的工序变得更加便捷、高效，从而达到节省工程造价的目的。

如图2~图5所示，工程地质剖面1-1和3-3均为单体A和B区域由地勘单位给出的土层分布图；2-2和4-4均为单体C和D区域由地勘单位给出的土层分布图。其中①层土为填土及耕土，力学性质不均匀，未经处理，不可作基础持力层；②、③层土非常薄（部分区域③层土缺失），④层土为卵石层，土层稳定，力学性质较好，是理想的基础持力层。

图中所示粗线为考虑地库底板厚度为400mm时板底标高在土层中的相对位置，从土层剖面图可以看出A、B单体区域此时的板底标高距离设计选定的卵石层顶的距离起伏非常大，范围在1~6米不等，大部分区域大于5米；而C、D单体区域板底标高刚好位于卵石层顶附近（只有少部分区域有2米的落差）。结合场地土质情况，在确定基础方案时，本工程决定对两个区域采取不同的基础型式，结构在中间设置连通道将结构断开，以避免不同基础型式产生的沉降差引起基础的应力不均匀。

图2：工程地质剖面图3-3

图3：工程地质剖面图3-3

图4：工程地质剖面图2-2

图5：工程地质剖面图4-4

1. A、B区域基础型式选择

此区域单体车库底板板底距离④层卵石顶的距离约1至6米，大部分区域为5米，少部分约1米（区域小）。若采用桩基础，持力层埋深较浅，设计者面临选择桩基础还是浅基础的问题。桩的长度要达到多少才能按桩端阻力和桩侧阻力常规参数计算其承载力？也就是桩的长径比最小应为多少？

桩端阻力随进入持力层深度增加而增大，但进入深度达到某一数值以后，端阻力达到最大值，此后不再随进入深度增加而变化，称此深度为端阻力的临界深度。端阻临界深度7~10d。实际工程由于持力层厚度有限和施工等因素，一般进入持力层深度远小于临界深度，但不宜小于规范规定的最小深度。

持力层以上的覆盖土层通长较差较软弱，但其重力产生的传递至桩端平面的上覆压力，对于桩端土体单元产生侧向围压，由此提高图的剪切强度。当土出现侧向挤出时，上覆压力便起到约束挤出的作用。因此，上覆压力对端阻力的增强效应是明显的。

从以上桩端埋置深度对端阻力的影响而言，桩的长度不能过小，由全国民用建筑工程设计技术措施/结构/地基与基础（2009版）附录H，H.0.1-5可知，桩长少于6米及L/D≤3时按墩基础设计。依据《建筑桩基技术规范JGJ 94-2008》3.3.3-5可知，桩基全断面进入持力层的深度，对于碎石土不应小于1d，若在满足这个前提下，本区域大部分区域可采用桩基础（桩长均大于6米），依据当地施工经验，采用人工挖孔灌注桩。对于上部分持力层较浅的区域，若采用墩基础，其实质是埋置比较深的柱下独立基础，计算原理和方法同柱下独立基础；只是基槽象挖孔桩一样挖而不是大开挖，墩基础多用于多层建筑，由于基底面积按天然地基的设计方法进行计算，免去了单墩载荷试验。因此，在工期紧张的条件下较受欢迎。墩基施工应采用挖（钻）孔桩的方式，扩壁或不扩壁成孔。考虑到埋深过大时，如采用墩基方法设计则不符合实际，因此规定了长径比界限及有效长度不超过5m的限制，以区别于人工挖孔桩。当超过限制时，应按挖孔桩设计和检验。由于本区域浅基础区域较小，且墩基础施工工艺与人工挖孔桩相同，但承载力远小于桩基础，因此A、B单体全部采用人工挖孔桩。最后确定的方案是：柱下独立承台+人工挖孔灌注桩，车库地板采用防水板，厚度为300mm。

为便于比较，设计了两种方案，图6为A、B区域采用桩基础的施工图，图7为A、B区域采用墩基础的施工图

2. C、D区域基础型式选择

由于④层卵石层承载力特征值较高，达300kPa，本区域基础型式为柱下独立基础加防水板型式，防水板厚度为250mm。部分区域持力层埋置较深（约2

米），基坑开挖时应超开挖至持力层标高，局部超挖部分采用粗砾砂、碎石分层铺设后碾压、夯实至设计标高；再浇注100厚混凝土垫层。

图8为C 、D 区域的独立基础施工图。

图

6

：

A 、

B 区

基

础平

面图

（桩

基

方案）

图

7

：A

、B

区

基

础平

面（

墩

基

础

方案

）

图

8

：

C 、

D 区

基

础平

面图（独

立

基础

）

二、造价比较：

本工程结合场地土层的分布特点，合理地将车库一分为二，通过不同区域基础持力层埋深的特点，选取了不同的基础型式。通过A、B区域全部采用桩基础和全部采用墩基础两种方案比较，由于墩基础承载力较低（计算方法等同于独立基础），导致整个场地土方开挖量大，加之墩基础（人工挖孔墩）结构配筋和施工工艺与人工挖孔灌注桩并无大的不同，而持力层普遍埋置较深的情况下，本区域采用墩基础造价大大提高，因此A、B区域采用桩基础是最佳选择，本工程设计的人工挖孔灌注桩设计直径为800mm，桩长均为7米，总共153根桩；C、D区域采用了独立基础，较之左侧的人工挖孔灌注桩，C、D区域的基础造价粗略估算可比A、B区域节省，取得明显的经济效益，并大大缩短了施工周期（见表1）。由此可见，合理的利用场地特点，选择合适的建筑方案和基础型式尤为重要。

表1：不同基础方案各指标比较（底板不计入内）

结语

以上是我针对某个特定工程基础型式优化设计的心得和总结。随着中国改革开放的不断深化，城镇人口的不断增加，城镇化规模不断扩大。城镇化的建设中对房地产业的要求不断提高。如何在节约成本的基础上，与城镇化的发展速度，资源匹配和城市配套建设结合起来，是城镇化面临的挑战，同时对结构设计行业提出了更高的要求。在建筑行业的发展中由于不科学、不合理、不适用的结构设计造成的造价成本增加是现实存在的，严重制约了建筑行业的快速发展。因此我们只有充分重视建筑结构设计在工程成本造价控制中的重要作用，依据合理的结构设计选择最适用的设计方式，才能科学促进产业结构的优化与资源的有效配置，使建筑企业在高效、低成本的建设中始终强劲。而建筑形式的多样化，区域分布的全国化也多结构设计者提出了越来越多的要求，这需要结构设计人员在实际工作中不断总结，努力提高自己的设计水平。