武汉万达K4地块一期超高层基础选型与分析

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【摘要】基础设计对超高层建筑的安全性和经济性有很大影响。本文以武汉万达k4地块一期高层住宅为实例，介绍了超高层建筑的基础设计如何通过合理的选型、恰当的计算分析，最终实现 “安全适用、经济合理”的设计目标。

【关键词】超限高层 桩筏基础 基础有限元分析 沉降计算

1. 引言

新世纪以来，随着我国的经济发展，高层、超高层建筑亦大量涌现。超高层建筑不仅高度超常，而且建筑功能布局复杂，常伴随着一定面积的群楼或多层地下室。如何选择合理的基础形式，进行恰当的分析设计，确保基础能够满足上部结构承载力的要求，协调塔楼与裙楼、地下室的变形要求，同时节省造价、节约工期、方便施工，这是武汉万达K4地块一期超高层建筑基础结构设计时所面临的主要问题，本文以其中某47层栋塔楼为例，对此作了简要的探讨。

2. 工程概况

武汉万达K4地块一期项目位于武汉市东沙大道以北，乐业路以南、沙湖路以东。工程由6幢46～47层的住宅楼、2层商业裙楼和2层地下室组成。塔楼结构屋面高度约为148～152米，总建筑面积约267274平米。本工程在地下二层设有人防地下室，人防抗力等级为常六级及核六级。6幢超高层住宅楼均为属B类高层，塔楼结构3层位置存在部分剪力墙局部转换，被转换墙体面积占总墙体面积约7%，小于抗规要求的10%。转换构件采用型钢混凝土框支梁和型钢混凝土框支柱。

3. 场地工程地质条件

拟建场地地势仍有一定起伏，区域地貌属长江III级阶地的低垄岗与坳沟相同地带。勘探深度范围内各地层的分布埋藏情况及主要特征详见表1。

依据武汉市建委武建设字[2002]311号文之规定，武汉市抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组。本场地拟建建筑物可按6度进行抗震设防。

勘察结果表明，本项目场地类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅲ类，建筑抗震地段类别为一般地段，拟建场地为不液化场地。场地稳定，适宜兴建拟建工程项目。场地上部土层有一定的变化，下部岩层强风化、强～中风化及中风化起伏较大，或分布不规律，经综合分析评价定为不均匀地基。

1. 地基基础选型与计算分析

地下室底板面标高为-10.350m，设计抗浮水位取室外地面-0.45m。计算结果显示，纯地下室范围柱下荷载约为4000～5900kN，不平衡水浮力约为37.3kN/m2 。塔楼范围内基底均布荷载达775kN/m2，单纯采用筏板基础，地基土无法满足承载力的要求，需要在筏板下设置桩基。根据《鄂建文[2010]103号》、《鄂建文[2011] 152号》的要求，结合地勘报告建议并考虑本工程的适用性，纯地下室区域拟采用钻孔灌注桩基础，超高层塔楼范围内拟采用钻孔灌注桩（桩端桩侧复式后压浆）+筏板基础。

地勘报告提供的后压浆承载力增强系数详见表2。

根据拟建场地地层条件及建筑物荷载情况，本工程高层住宅桩筏基础采用直径1000mm泥浆护壁后压浆钻孔灌注桩，以（9-1）层强风化泥岩或（9-2）层中风化泥岩或（9-2a）层中风化泥岩为桩端持力层，桩端进入持力层≥7.5m，桩身混凝土强度等级为C45，单桩竖向承载力特征值为7000KN，桩距3000mm，三角形满堂布桩。裙楼（商网）及地下室桩型采用直径800mm泥浆护壁钻孔灌注桩，以（9-1）层强风化泥岩或（9-2）层中风化泥岩为桩端持力层，桩端进入持力层≥2.5m，桩身混凝土强度等级为C35，单桩竖向承载力特征值取2500KN，抗拔承载力取1500KN（用于塔楼范围外纯地下室区域）。先期试桩结果显示，实际桩基承载力可以达到设计要求。

塔楼高度为151.850m，计算嵌固端定为地下室顶板，筏板底至顶板高度为11.0m，基础埋深为主楼高度的1/14，满足规范基础埋深不宜小于建筑物高度1/18的要求。塔楼下筏板板厚为2200mm，纯地下室部分构造防水底板厚度为550mm。为协调塔楼塔楼与纯地下室之间的差异沉降问题，在塔楼外一跨范围内，设置沉降后浇带，待塔楼主体结构封顶、砌筑工程完成后方可封闭。为协调地下室底板与塔楼筏板之间的刚度差异，在塔楼周边2跨范围，将地下室构造底板板厚由550mm增加至800mm，配筋亦相应增大。

基础设计采用建科院JCCAD有限元软件（10版2012年6月15日）对塔楼桩基及筏板进行计算分析。计算模型选为弹性地基梁板模型 （桩和土按WINKLER模型），单桩竖向承载力特征值取7000KN，天然地基承载力特征值取400KPa。为协调桩基、筏板共同受力，基桩竖向刚度K取300000，筏板基床系数K取4000，筏板沉降计算结果分别如图1所示。

根据计算析结果，最大桩反力Nkmax为8324KN，小于单桩竖向承载力特征值R（7000KN）的1.2倍，故桩基布置满足承载力的要求。计算沉降结果显示，桩基、筏板最大沉降量为21mm。

工程桩验收检测单桩竖向静荷载试验报告显示，桩基承载力满足设计要求。

设计要求工程施工过程中应按照规范定期进行沉降观测，至该塔楼竣工交付，沉降观测报告反映的实测最大沉降量为27.2mm，满足规范要求。

1. 结语

多塔超高层建筑基础设计时，通过采用JCCAD变刚度调平设计方法和处理技术，选择恰当的基础型式，不但可以减小不均匀沉降，避免结构裂缝的产生，而且可以充分发挥桩、土的承载能力，实现设计“安全适用、经济合理”的目标。