摘要：本文以海口海航城住宅小区2#楼特殊质地情况的基础设计为背景，考虑工程造价和施工周期等因素，结合现场地质情况、补充技术勘测资料等客观条件，充分分析原基础形式及地基岩土情况之后，对原设计的基础形式进行优化设计，采用更为经济合理的基础形式，降低项目建设工程造价的同时也缩短施工周期，为企业创造巨大的经济效益和良好的综合社会效益。
1．工程概况
海口海航城住宅小区位于海口市滨海新城，用地西边临东线高速，东面临20米规划路，北面临30米规划路，南面临40米规划路。用地面积为111610.5平方米，用地形状较为规整，整个小区拟建14栋18层的板式住宅楼及8栋26层的塔式住宅楼，地面以下设一层地下室作为停车库和设备用房。项目总建筑规模为471838.74m2，地上建筑规模为389881.54 m2，地下建筑面积为81957.2 m2，容积率3.46，建筑密度17%，绿地率40%，总户数2928，停车位2576辆，其中地上停车位428辆，地下停车位2148辆。
本工程所在地基本风压值0.75KN/m2，100年重现期风压值0.90KN/m2，地面粗糙度为B类；地震基本烈度8度，基本地震加速度值 0.30 g；建筑场地土类别为Ⅱ类；特征周期值为0.35S，拟建场地设计地震分组为第一组。结构体系采用剪力墙结构，为A 级高度钢筋混凝土高层建筑，18层建筑高宽比为3.7，剪力墙抗震等级为2级；26层建筑高宽比为3.3，剪力墙抗震等级为1级。
2. 工程场地地质情况
项目建设场地在大地构造上属于琼北新生代断陷盆地，该盆地主要由其南缘近东西向的王五—文教深大断裂所控制，盆地主要由于受到北东向临高断裂及北西向马袅断裂、颜春岭—道崖断裂和荣山—岭南断裂等及近东西向展布的马袅—铺前断裂的切割，次级构造自西向东划分为临高地垒、福山地堑、花场地垒、白莲地堑和云龙地垒。琼北地区断裂构造主要有东西向、南北向、北西向和北东向四组，近东西向断裂控制着断陷盆地的形成和发展，而北东向、北西向断裂控制着内部次级构造的形成。四级断裂明显有多期次活动特性，控制着新生代多次火山活动。
地势总体上较为平坦，场地东部及北部存在数个采石坑，现为废弃鱼塘。勘察期间钻孔高程5.64~12.97m。地质勘察揭露深度范围内揭示的地层从上至下可划分为7个岩性单元层，即①素填土、②块石、③中风化玄武岩、③1角砾、④粉质粘土、④1中砂、⑤中砂、⑥粉土、⑦粉质粘土。各土层岩性及埋藏分部特征分述如下：
①素填土
褐红色，稍湿，主要填料为玄武岩风化土，含少量植物根系，局部含少量玄武岩碎石。
②块石
灰色，主要由气孔状玄武岩块石和玄武岩风化土组成，块石块径约20~200mm。该层分布于场地大部分范围。该层承载力特征值fak=350kPa。
③中风化武岩
灰色，隐晶质结构，气孔-微气孔状构造，局部裂隙发育，主要造岩矿物为斜长石、辉石等，岩质较硬，局部裂隙发育，岩体较破碎。岩体基本质量等级为III 级，RQD=20~85，该层在场地内大部分区域分布，该层承载力特征值fak=4500kPa。
③1 角砾
红褐色、褐色，稍密为主，砾石成分为风化玄武岩，砾石含量约55%~70%，含少量粘性土，局部含较多粘性土，呈含粘土角砾状。该层承载力特征值fak=200kPa。
④粉质粘土
灰黄色、灰色、可塑。该层在整个场地大部分范围内分布。该层承载力特征值fak=160kPa。
④1 中砂
灰黄色、灰色，中密为主，饱和，砂粒主要成分为石英长石，呈棱角状，级配一般，局部含少量木屑和粘土，局部呈含粘土砂状。该层在整个场地分布不连续。该层承载力特征值fak=180kPa。
⑤中砂
灰色，中密为主，饱和，砂粒主要成分为石英长石，呈棱角状，级配一般。该层在整个场地分布不连续。该层承载力特征值fak=200kPa。
⑥粉土
灰白色，中密，饱和，含较多贝壳，局部呈半成岩状。该层在场地分布不连续。该层承载力特征值fak=230kPa。
⑦粉质粘土
青灰色，可塑~硬塑状态为主，中上部混含较多砂，局部含砂薄层，该层在场地大部分（深度30~50m）钻孔均有揭露，未揭穿。该层承载力特征值fak=250kPa。
3．原2#楼基础设计方案
除2#楼及20#楼以外的其他20栋主楼所在区域中风化玄武岩完整分布，该岩层承载力特征值极高，因此其他主楼均以中风化玄武岩为持力层，采用墙下独立基础形式。
2#楼建筑室内±0.000相当于85高程17.50m，主楼下有一层地下室，地下室建筑面相对标高-5.6m。根据地质勘察资料，2#地质情况较为复杂：本场地中风化玄武岩面标高西南区较高，东北区较低，其中 2#楼下面的中风化玄武岩面标高相对较低，岩面平均标高约为7.70m，其中场地采石坑范围内钻孔高程 5.64~9.24m，该区的玄武岩减薄或缺失的原因为采石所致，地勘其余钻孔高程7.79~12.97m。
2#楼的勘探点（ZK89~ZK94）显示，中风化玄武岩基本完整，面标高范围6.9m~9.24m，岩层厚度基本在3m 以上，最厚处（ZK91）厚度为10.3m，最薄处（ZK92）厚度为1.7m。原设计考虑到中风化玄武岩分布不均匀，且在中风化玄武岩厚度小于3m时，下卧层承载力计算无法满足要求。因此原设计塔楼范围内采用桩筏基础，设计如下：
1、将地下室底面以下的中风化玄武岩挖除；
2、挖除玄武岩后，采用碎石土分层夯实回填，密实度要求≥0.97；
3、回填后进行钻孔灌注桩施工，桩径 800mm，持力层为粉质粘土⑦，桩长23~26m，单桩极限承载力4000~5000kN；
4、桩顶为基础筏板，筏板厚2.0m；
5、基础筏板顶有 4.25m的夯实覆土，其上再设置350mm厚C35 钢筋混凝土结构底板，其中地下室底板结构面标高为11.6m。
图1原设计桩基础平面布置（20#楼）
图2原设计基础形式剖面（2#楼）
4. 补充超前钻
考虑到原设计方案挖除中风化玄武岩所需费用较高，施工难度较大，而且对工期也有较大影响。中风化玄武岩在原地勘报告中各钻孔都有揭露，最大厚度达10.3m，要挖除需要付出较大的代价，应设法予以合理利用。
根据2#楼的结构布置及场地岩层分布情况，首先对 2#楼进行详细的超前钻，了解其下的中风化玄武岩层分布情况。
补充超前钻资料显示，持力层中风化玄武岩在2#楼剪力墙下部均有分布，大部分区域没有出现岩层严重缺失的情况，厚度基本大于3m。 2#楼下部中风化玄武岩厚度不足3m 的区域如下图所示，主要集中在
轴区域。
图3 2#楼下部中风化玄武岩不足3m 的区域（图中阴影区）
5. 基础优化设计
（1）对地质情况较为复杂的2#楼区域进行详细的超前钻，了解其下的中风化玄武岩层分布情况；
（2）根据原地勘报告及补充详细的超前钻资料，详细探明中风化玄武岩层分布及厚度后，充分利用场地内的中风化玄武岩层作为塔楼基础持力层；
（3）局部范围补充钻（冲）孔桩基础；
（4）中风化玄武岩不足3m 的区域，可先用毛石混凝土将持力层岩面找平至岩面最高点；
（5）保留筏板基础。
图4 优化后桩基础平面布置
图5 优化设计基础形式剖面（2#楼）
6. 结论
结构设计是在实现建筑功能的需求, 保证建筑物的安全性、实用性以及耐久性的前提下，尽可能做到经济合理。当结构设计成果未能充分利用已有条件，对工程造价和建设周期有较大影响时，通过优化设计管理能够给企业带来可观的经济效益和社会效益。
基础优化后2#楼桩基础减少731 根，降低桩基础工程造价约1433万，桩基础施工周期减少50天；减少挖除中风化玄武岩约12500m3，减少回填土方工程量12500m3，土石方工程造价约节省275万，土石方工程施工周期减少30天。基础方案优化共节约造价约1708万元，总工期缩短80天，创造了巨大的经济效益和社会效益。
参考文献
［1］JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．北京:中国建筑工业出版社.2010
［2］孙芳垂、汪祖培等.建筑结构设计优化案例分析［M］. 北京:中国建筑工业出版社.2010
［3］GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范[S］．北京:中国建筑工业出版社.2011
［4］关于高层建筑基础优化设计的探讨[J］.规划与设计.2009年第19期.
［5］论结构优化设计[J］.建筑科学. 2006年6月第22卷第3期.
论文作者:劳文全
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
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