第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 长沙北辰A1地块超高层地基基础设计与分析 方云飞姚莉²肖荣辉！
王媛！
（北京市建筑设计研究院有限公司，北京10045）（长沙北辰另地产公司，长沙410005） 摘要：长沙北辰A1地块由写字楼、酒店和商业组成，写字楼地上45层，建筑高度达206m，酒店地上24层，均 设3层地下室，筏板基础，基底平均压力：写字楼800kPa，酒店600kPa，地基土为强风化泥质砂岩，地基承载力 特征值为500kPa，勘察报告建议采用桩基确设计方案.
对勘察报告进行研判，校核分析了岩土参数指标，制定了 专项试验方案.
通过现场静载荷试验法和旁压试验法，验证了强风化泥质砂岩天然地基承戟力特征值满足800kPa 的要求.
在此基础上，运用有限元计算软件Plaxis 3DFoundation进行了筏板基础天然地基方案的沉降数值计算分 析，经过计算分析判断总沉降量和差异沉降均满足工程要求.
据此，进行了基础筏板的设计.
本工程为当时长沙地 区第一栋采用软岩天然地基的超高层项目.
根据沉降实测资料，沉降计算结果与沉降观测两者变形趋势完全吻合， 实测值比计算最大值偏小，证明本工程的地基设计是科学合理、安全可靠的.
关键词：软岩地基超高层建筑天然地基沉降计算分析 1工程概况 本工程位于长沙市开福区新河三角洲，北临长沙市标志性建筑“两馆一厅”，西临湘江大堤，东连测 阳河隧道.
本工程为由一栋写字楼、一栋酒店和商业组成，均设3层地下室，均为筏板基础，±0.00均为 绝对标高33.00m.
其中写字楼地上45层，建筑高度206m，型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构，基底 基底平均压力p为600kPa：商业地上6层，框架剪力墙结构，基底标高-14.00m，基底平均压力p为250kPa.
具体详见图1.
写字楼 酒店 商业 图1建筑效果图 作者簧介：方云飞，男，1979年生，工学碳士，高级工程师，注册土木工程师（岩土），主要从事地基基础方面的咨函、设计和研究.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 2岩土工程条件 2.1.工程地质条件 根据岩土工程勘察报告，场地原始地貌单元属湘江冲积阶地，场地范围内埋藏的地层主要为人工填土 层、第四系冲积层和第四系残积层，下伏基岩为第三系泥质砂岩、泥质砾岩.
基底以下各地层自上而下依 次描述如下： ③层残积粉质粘土（Q：紫红色，系由下伏泥质砂岩、泥质砾岩风化残积而成，稍湿、硬塑.
第三系泥质砂岩（E）：层强风化层：岩石组织结构已基本破坏，大部分矿物已显著风化，岩芯星硬 土状、块状，冲击钻进困难，岩块用手易折断或捏碎，属极软岩，基本质量等级为V级：层中风化层： 部分矿物风化变质，节理裂隙稍发育，岩芯较完整，多呈中长柱状，岩体完整，岩块锤击易碎，失水易崩 解，属极软岩，基本质量等级为V级.
第三系泥质砾岩（E）：③层强风化层：岩石组织结构大部分已破坏，胶结物已部分风化变质，岩体较 为破碎，属极软岩，基本质量等级为V级：@层中风化层：岩石节理裴隙稍发育，岩体较完整，其基本质 量等级为V级，岩芯多呈中长柱状，岩块锤击易碎.
各土层分布可见图2，各土层设计参数详见表1.
2 2082 e 图2地层制面图 表1地基基础设计参数建议值 压缩模量 承载力特征值 预应力砼管桩 人工挖孔桩 地 层 Es (MPa) fk （kPa) q(kPa) q(kPa)g(kPa) g(kPa) 粉质粘土 9.1 250 50 45 强风化泥质砂岩 80.0* 500 80 4000 70 2200 中风化泥质砂岩 300.0* 1000 / / 120 3000 强风化泥质砂砾岩③ 150.0* 600 100 4500 90 2500 中风化泥质砂卧岩@ 500.0* 1200 3500 注：1）表中带“s”号者为变形模量：2）q.一桩的侧阻力特征值，α一桩的端阻力特征值.
2.2.水文地质条件 本场地地下水分为上层滞水、承压潜水和基岩裂隙水三种类型.
上层滞水主要赋存于杂填土中，受大 气降水补给，水量和水位随天气和季节变化而变化，勘察期间测得上层滞水稳定水位埋深0.20~1.90m.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 高基本一致，水位随天气和季节而变化，地下水位变化幅度一般为3～4m，水量大，略具承压性.
基岩裂 隙水赋存于场地内下伏基岩的节理裂隙中，根据浏阳河隧道的施工情况看，水量不大.
建议地下室抗浮水 位按正负零标高（地面标高33.0m）设计.
3地基基础工程问题分析 3.1.工程问题分析 图3写字楼基确平面示意图 本工程中，写字楼共48层，建筑物高度达206m，其基础布置详见图3.
在不考虑核心筒基础底板范 围外扩影响情况下，基底压力高达2718.6kPa（已考虑底板自重，未考虑水浮力），总沉降值需控制.
.另 外，由图3可见，核心筒基础底板底标高存在高差，为控制裂缝宽度，两者间差异沉降需严格控制.
同时 写字楼与酒店由商业建筑直接连接，三者形成大底盘建筑，其之间的差异沉降亦须控制，面纯地下车库区 域抗浮措施采用抗浮锚杆方案，加剧了该差异沉降的不利程度.
同时，长沙北辰A1地块所处区域的西侧为湘江，其北为浏阳河，因此深基坑安全至关重要，而地基 基础方案及其施工工期则成为了重中之重的关键性问题，而勘察报告建议采用桩基础方案，天然地基的可 行性值得考虑.
3.2.工程问题解决思路 鉴于本工程地基基础设计的需要，为进一步确定地基土的力学性状，首先对软岩地基承载力的判别方 法进行梳理，在此基础上确定进一步补勘方案.
目前，软岩地基评价及地基设计计算的方法主要有：查表 法、岩样饱和单轴抗压强度试验和原位试验法以国，其中原位试验法又包括现场静载荷试验法和旁 层平板载荷试验和旁压试验作为软岩地基工程评价的方法和依据，以此解决软岩地基承载能力和变形参数 的问题，在此基础上进行沉降变形计算分析，以确定天然地基方案下最大沉降值及差异沉降能否满足规范 要求，最终确定天然地基方案的可行性.
4软岩地基工程评价 4.1.天然地基浅层平板载荷试验结果分析 本试验采用圆形承压板，直径0.56m，面积0.25m²，在加荷量达到1600kPa后，开始卸荷.
试验P~S 曲线详见图4，载荷试验成果详表2.根据以上分析可见，A1区强风化泥质砂岩天然地基承载力特征值满 足800kPa，且均未达到极限荷载P，其承载能力仍有潜力，为进一步确定该软岩地基的承载能力和变形
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 参数，进行了旁压试验.
00 R(kPs) 1008 1200 1406 1649 S r→ r→ → 图4载荷试验P-S曲线图 表2载荷试验成果汇总表 试验 试验点标高 总加荷量 原始总沉降量 修正后总沉降量 变形模量 极限荷载 承载力基本值 编号 (m） P (kPa) S"（mm) S（mm） E.
(MPa) P(kPa) f (kPa) 载1° 16.50 1600 4.80 6 118 未出现 800 写字楼载2” 16.50 1600 5.20 5.34 107 未出现 008 载3” 16.50 1600 5.98 6.26 89 未出现 800 载4° 16.80 1600 6.14 6.27 95 未出现 008 酒店 载5° 16.80 1600 6.77 6.75 96 未出现 800 载6° 16.80 1600 6.64 6.78 94 未出现 800 4.2.旁压试验结果分析 旁压试验成果详见表3.
表3旁压试验成果汇总表 试验 试验深度 净比例界限压力 净极限压力 似弹性模量 孔号 旁压模量 编号 (m） PP.
(kPa) P-P.
(kPa) E (MPa) E (MPa) 测1-1 3.10-3.70 1378 4469 70.99 73.24 测1-2 6.00-6.60 1532 4809 65.92 68.44 测1 测1-3 9.70-10.30 3888 ≥356.02 ≥362.58 测1-4 13.00-13.60 ≥3462 ≥284.63 ≥291.09 测 1-5 16.40-17.00 ≥4218 ≥446.14 ≥452.63 测1-6 19.30-19.90 ≥4339 ≥542.07 ≥548.56 测2-1 2.90-3.50 1298 4563 65.37 67.62 测2-2 6.40-7.00 1479 4742 73.22 75.87 测2 测2-3 10.00-10.60 ≥3809 ≥361.31 ≥367.77 测 2-4 13.50-14.10 ≥3830 ≥453.02 ≥459.48 测2-5 16.70-17.30 ≥4162 ≥506.43 ≥512.90 测2-6 19.50-20.10 >4238 ≥519.32 ≥525.80 测3 测3-1 1.90-2.50 1226 3841 62.67 64.64 测3-2 5.10-5.70 1501 4716 64.37 66.88
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 测3-3 8.40-9.00 2120 5724 79.21 82.53 测3-4 12.00-12.60 2245 6159 84.17 87.77 测3-5 15.50-16.10 2553 1016 127.16 131.01 测3-6 19.40-20.00 2855 10226 144.95 149.49 依据规范2，采用旁压试验评价地基土承载力有两种 方法：1）第一种方法：根据当地经验，直接取用p或（p-P） 净比界压力A 0000 90 3000 4000 5000 作为地基土承载力：2）第二种方法：根据当地经验，取（pL-p） -中- 除以安全系数作为地基土承载力.
由表4可知，以第一种方 法计算，（prP）平均值为1301kPa，即地基承载力为 1301kPa>800kPa：以第二种方法计算，（pL-Po）平均值为 4291kPa，根据《工程地质手册》（第四版）安全系数取3， 地基承载力为1430kPa>800kPa.可见，A1区强风化泥质砂 岩天然地基承载力特征值满足800kPa.
5地基基础沉降变形计算与分析 本工程地基基础设计过程中为了更为准确地进行沉降分 析，运用国际地基基础与岩土工程专业数值分析有限元计算 图5旁压试验净比例界限压力沿埋深变化 软件Plaxis3DFoundation积极开展了地基沉降数值计算分析， 考虑地基与结构相互作用（Subgrade-StructureInteraction），对本工程天然地基方案总沉降量和差异沉降进 行了深入分析.
5.1.计算参数取值及建模 底板设计与结构设计图相同，混凝土标号均为C35，弹性模量取3.15x10°kN/m²，泊松比取0.2.
根据 PKPM计算模型确定各墙柱下荷载.
计算模型详见图6.
a）写字楼 b）酒店 图6计算模型 5.2.计算结果分析 沉降计算结果详见图7，写字楼最大沉降量为37.2mm，筏板挠度最大值为0.038%，酒店最大沉降量 为40.3mm、筏板挠度最大值为0.049%.
沉降值均满足规范要求.
