四川成都
摘要：高层建筑基础设计是建筑结构设计的重中之重，基础的选型不仅与结构安全、工程造价有着密切联系，也会极大影响施工工期和成品质量，并受限于施工技术条件。对于同一特定的高层建筑，结合上部结构形式和地质条件，在规范允许范围内不同基础选型方案的经济指标一般差异较大，只有通过科学的数据计算才能论证出最优的设计方案。本文着重对常用的几种基础方案的经济性和合理性进行分析，与设计同行一起学习和交流。
关键词：基础选型；复合地基；桩基础；筏板基础
引言
由于国家经济的高速发展，在当今的工程建设中，高层建筑的数量日益增多，由于其高度高、荷载大、体形多变、场地复杂等因素，导致工程事故时有发生。基础工程不仅在土建工程中的造价和工期比重占比较大，同时其施工难度和不确定因素比例也较高，这对结构设计师提出了更高的经验要求。高层建筑的基础设计等级一般为甲级和乙级，除了满足地基承载力和地基变形验算外，还须满足建筑抗倾覆和抗滑移验算、基坑工程稳定性验算、地下工程抗浮验算等。基础方案需综合考虑工程造价、环境条件、建筑功能要求、施工工期等，选择既安全可靠又经济合理的基础形式。
1、工程概况
本工程为成都某住宅小区项目，住宅为18层带大底盘单层地下室，住宅层高为3.0m，地下室层高3.7m，顶板覆土1.2m，主楼为剪力墙结构形式。根据地勘初勘报告，松散卵石层极限侧摩阻为120kPa，中风化岩石饱和单轴抗压强度标准值为2.0MPa，抗浮设计水位为室外地坪下2.0m，基础底标高以下土层为较厚的松散卵石层，松散卵石层地基承载力特征值为160kPa，主楼拟采用筏板基础进行试算，根据《基础规范》5.2.4条，松散卵石层经深宽修正后的地基承载力特征值为280kPa。假设剪力墙结构质量为16kN/㎡，推算出所需地基反力约为330kPa，天然基础已无法满足设计要求，需采用复合地基或桩基础方案进行设计。
2、基础选型方案
1方案一：复合地基（拟定CFG桩处理）
采用剪力墙下筏板基础+CFG桩复合地基，CFG桩径按400mm（桩间距1.8m*1.8m）试算，不考虑桩极限端阻，当桩长取15m时，单根桩承载力特征值为1130kN>1069kN=330*1.8*1.8，且处理后的复合地基承载力超过330kPa，可得出地基处理后的估算单方成本约为350元。18层住宅筏板厚度取900mm，每平米筏板造价约700元，基础每平米总造价1050元。
2方案二：高强砼管桩（PHC）
采用剪力墙下承台+PHC桩，承台、地梁、300厚抗水板三者之和的单方造价约320元。PHC桩径按400mm试算，桩端持力层为中风化岩石层，平均桩长约13m，单桩承载力特征值为1200kN，每平米所需桩数0.275根，400管桩的造价为220元/m，计算出管桩的单方成本786元，基础每平米总造价1107元。
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3方案三：机械旋挖桩
采用剪力墙下承台+旋挖桩，承台+地梁+抗水板单方造价320元。因机械旋挖桩无法对桩端进行扩底，桩端持力层为中风化岩石，按嵌岩桩进行设计，根据《桩规》5.3.9条，桩径按1200mm，嵌岩深度取2d=2400mm，平均桩长约13m，单桩承载力特征值为3840kN，每平米所需桩数0.086根，旋挖桩造价约1000元/m³，单根桩造价为14695元，旋挖桩单方成本1264元，基础每平米总造价1584元。
4.方案四：人工挖孔桩
采用剪力墙下承台+挖孔桩，承台+地梁+抗水板单方造价320元。人工挖孔桩桩径按800mm（某些地区最小桩径按900mm），护壁厚度为150mm，扩大头按1.4m考虑，桩端持力层为中风化岩石，桩端嵌入持力层1.0m，根据《桩规》5.3.6条，平均桩长约12m，单桩承载力特征值为3200kN，每平米所需桩数0.103根，人工挖孔桩造价约950元/m³，单根桩造价为10828元，挖孔桩单方成本1115元，基础每平米总造价1435元。
3.技术方案分析
根据以上基础选型方案，仅从经济指标方面进行分析，地基处理和管桩基础方案明显较优，其次是人工挖孔桩方案，机械旋挖桩方案的成本最高。但从具体方案的可实施性来讲，管桩基础受地下卵石层形状影响较大，而稍密和中密卵石层较薄，难以作为稳定的持力层，只能以中风化岩石作为持力层。不管是采用静压还是锤击送桩，穿透中密卵石层的难度较大，且对过程成桩质量有影响。地基处理方案需严谨把关处理质量和质检工作，除地基承载力指标外，处理后地基的压缩模量当量值是控制高层建筑沉降量的重要指标，地基处理方式多样，可根据当地较成熟的技术条件进行再优化和选择。人工挖孔桩的施工周期长，施工安全性较低，且须进行有效的降水处理，本地块的地下水埋藏较浅，此方案基本不可行。机械旋挖桩的特点是成孔速度快，效率高，但孔底沉渣厚度和成孔质量较难控制，同时由于桩端不能扩头，在单桩承载力要求较高和桩长较长的情况下，桩身的砼量产生巨大浪费，工程经济性较差。
4、综合结论
仅针对本工程来讲，综合考虑施工进度和工程造价，管桩基础是最优选择，地基处理方案的工序相对较为复杂。根据以上几种基础选型方案可以得出，在一定条件下，地质条件对基础的选型有着决定性影响。因此，只有将上部结构、基础、地基三者进行有机的整体分析，才能找到结构设计合理性和工程经济性的平衡点。
参考文献：
[1]建筑地基基础设计规范（GB50007-2011），
[2]建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），
[3]建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012），
[4]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）。
作者简介：
苟强（1986-02-18），男，汉族，四川成都市。土木工程专业，从事建筑结构设计及项目管理工作，一级注册结构工程师，中级工程师。
论文作者:苟强
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/25
标签：基础论文; 地基论文; 方案论文; 造价论文; 卵石论文; 承载力论文; 工程论文; 《防护工程》2018年第35期论文;