梅长骞 MEI Chang-qian；张慧琦 ZHANG Hui-qi
（抚顺市建筑设计研究院有限公司，抚顺 113006）
（Fushun Architectural Design and Research Institute Co.，Ltd.，Fushun 113006，China）
摘要： 本文根据沈阳市某具体工程，对该工程地基基础设计方案及技术经济进行了分析，通过基础方案设计比选认为预应力管柱基础方案费用高最低，工期最短，安全可靠。
Abstract: Based on a specific project in Shenyang, the foundation design program and its technical and economic analysis are analyzed, and through the comparison of the foundation programs, the prestressed pipe foundation program is considered as the best one, because its cost is the lowest, duration is the shortest, and it is the most safe and reliable.
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关键词 ： 地基基础；设计方案；预应力管桩
Key words: foundation；design program；prestressed pipe
中图分类号：TU972 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）06-0136-02
0 引言
对于高层建筑基础类型选择，通常根据上部结构类型、作用荷载大小、施工功能要求、工程所处地质情况、地下水位以及工程施工难易程度等综合因素考虑，本文根据沈阳市某建筑工程对基础工程选型进行方案必选确定最佳方案。
1 地质资料
①人工填土：素填土，褐黄、灰褐，主要由粘性土和砂性土构成，密实不均匀，分布不均匀，呈松散-稍密状态。层厚0.51-4.05m之间。②第四系坡洪积粉质粘土：灰黄、褐黄色，不均匀地含少量石英颗粒，呈硬塑-可塑状态。层厚在1.15-4.17m之间。③第四系残积粘土：褐红、灰褐等色，原岩结构清晰可辨，风化不均匀，局部夹强风化岩块，呈硬塑状态。层厚在7.93-24.84m之间。④震旦系混合岩：深灰、灰绿等色，风化后呈灰褐、黄褐等色，节理发育，片状及片麻状构造。
2 基础方案设计
2.1 筏形基础
2.1.1 应用和结构构造 因为筏形基础面积较大，在相同荷载作用下能够减小地基单位面积压力、提高土基承载能力、增大基础整体刚度及减小不均匀沉降现象的发生。筏形基础可以选用平板式或梁板式两种。由于柱网尺寸较大，柱间距较大，柱承受荷载不相同导致产生较大弯矩，因此通常选用梁板式筏形基础方案为多。
对于筏板基础钢筋配置，除满足计算要求外，在纵、横两个方向支座钢筋应配置一定配筋率通长钢筋。纵、横方向柱下筏板配置均为0.15％；对于墙下筏板不同于柱下筏板，纵向配置为0.15％，横向配置为0.10％。跨中钢筋按配筋率通长配置。在筏板四周边缘外伸部分上下配置钢筋。为对无外伸肋梁双向外伸板底面需要配置6-8根呈现辐射状附加筋。附加筋直径与边跨板主筋相同，外端间距小于200mm。筏形基础梁与上部结构柱相连接交接处局部需要加宽，主要考虑施工时会引起一定误差，为使上部荷载能够充分扩散至柱荷载，对筏形基础与上部结构剪力墙连接构造有一定要求。
筏板基础底面形状和尺寸确定要尽量使结构竖向荷载重心与筏板基础底面形状重合才能保证上下结构稳定，当上部荷载发生偏心时需要调整筏板相应一侧外伸长度，但伸出长度要控制在一定范围以内，即小于同一方向0.25倍边跨柱距，同时将肋梁移至筏板边缘。当无外伸肋粱筏板时伸出长度应该减小并不宜大于2m。综合上述分析本方案采用筏板基础设计时按照混凝土C30，垫层100mm、底板400mm混凝土C10，基础反梁尺寸400×1400mm。
2.1.2 设计结果 根据地质资料及柱底内力，本筏板基础方案选用第四系残积粘土作为持力层。根据倒楼盖筏基底板基底反力荷载均布荷载为220kN/m2。
2.1.3 造价估算和施工工期 筏板基础方案筏基总面积约4500m2，底板相对标高为-5.0m，由于施工场地周边环境较开阔，地质条件较好，为缩短工期，故采取放坡形式。主要工程量：挖运土方约26000m3；垫层C10混凝土浇筑约500m3；粱板式筏叛C30混凝土浇筑约2000m3；钢筋用量约220t。筏板基础方案造价估算约为350万元人民币，施工工期约60d。
2.2 预应力管桩基础方案设计
2.2.1 应用和结构构造 预应力混凝土管桩，桩身混凝土强度等级为C80，管桩每节长度为4-13m之间，管桩沉桩方法选用液压静力压桩机静力压入，桩尖可进入强风化岩层。根据本工程提供地质资料，采用预应力混凝土管桩桩身砼强度等级C80，桩顶嵌入承台长度为100mm。本工程在管桩上段空心内插入钢筋，然后浇注混凝土至桩顶，主筋伸入承台长度为40倍直径。
2.2.2 设计结果 根据本工程提供地质资料及柱底内力，本预应力管桩基础方案选用全风化混合岩作为桩端持力层，桩承台顶面标高为-0.7m。单桩竖向极限承载力4000kN，单桩竖向承载力设计值2424kN。
2.2.3 造价估算和施工工期 预应力管桩基础方案总桩数为256根，每根桩平均桩长约27m，在施工中采用两台D62柴油锤同时施打，主要工程量如下：挖运土方约850m3；桩承台C30混凝土浇筑约550m3；钢筋用量约25t：打击500预应力管桩约7000m。预应力管桩基础方案造价估算约为250万元人民币，施工工期约为45d。
2.3 人工挖孔桩设计及估算
2.3.1 应用和结构构造 人工挖孔桩每挖0.9-1.0m需要喷射一圈混凝土护壁。开挖至设计深度后进行扩孔。然后安装钢筋笼和浇灌混凝土。施工时可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电等危险造成事故。人工挖孔桩直径通常大于1m，深度小于15m，桩径可适当扩大。嵌岩桩桩端进入中等风化岩体最小深度大于0.5m为宜。
2.3.2 设计结果 根据本工程提供地质资料及柱底内力，人工挖孔桩基础方案选用中风化混合岩作为桩端持力层，桩芯混凝土等级为C30，桩承台顶面标高为-0.7m。桩端岩石承载力标准值为4500kPa。
2.3.3 造价估算和施工工期 人工挖孔桩基础方案1200直径桩数为88根，150直径桩数量19根，1800直径桩数量为9根，2000直径桩数量为5根，每根桩平均桩长为34m。主要工程量：挖运土石方约7200m3；承台C30混凝士浇筑约1200m3；桩芯C30混凝土浇筑约6000m3；人工挖孔桩基础造价算约为550万元人民币，施工工期约90d。
3 方案技术经济比较分析
根据本文所述实际工程地质特点、结构方案和施工条件，分别对筏形基础、预应力管桩基础、人工挖孔桩基础进行方案比选。筏形基础属于浅基础范畴，本工程柱网尺寸较大，筏基按构造要求选择尺寸较大，由于本筏基方案选择持力层埋置深度较深，施工受气候和地下水影响较大。虽然周边环境较开阔，不需采取基坑支护方案，但对施工工期影响较大。本工程人工挖孔桩由于地下残积层较厚，桩长长，最小桩径设1.2m，单桩承载力较高，施工时投入人力多，施工效率不高，工期较长，受气候和地下水影响较大，安全生产要求较高。预应力管柱强度高，承受较大锤击动应力，穿越能力强。适合本工程具有一定残积层和强风化岩层场地。承载力和沉降量满足高层建筑设计要求，工程费用低于嵌岩灌注桩。预应力管柱施工机械化程度较高，效率较高，开挖量少，不受地下水影响，综合比较预应力管柱基础方案费用高最低，工期最短，安全可靠，能够达到结构设计目标，故本工程基础采用预应力管柱基础方案。
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