试议选型地铁隧道附近高层建筑基础选型实例

论文导读：
摘要：随着我国城市化的高速发展，高层建筑已经成为了城市建筑中的主旋律，而地铁也成为各大城市中主要交通工具，所以在大城市中的高层建筑基础建设与地铁设施冲突的情况常有发生。然而在这种情况下，如何能保证建筑基础设计的安全性和经济性，又能保证地铁设施不会受到新建建筑的影响，已经是建筑设计中一个常见的问题。
关键词：高层建筑；基础设计；地铁

引言：
地铁已经成为现在大城市的主要交通工具，地铁隧道在城市地下穿行，难免会与建筑的基础发生冲突，本文将以一个靠近地铁隧道的高层建筑基础选型设计来分析，怎样做到既能保证建筑物的可靠性和经济性，又能保证地铁设施在建筑建成后其安全性不受到影响。

1.工程概况

本工程上部主体为4栋18~25层源于：硕士论文www.7ctime.com
写字楼，根据地形设置两层全埋地下停车库和两层半埋地下停车库，地下室底板底面设计高程为25.000m。本文中以最靠近地铁隧道的B1栋的基础设计进行分析。其中B1栋为25层剪力墙结构，建筑总高度为83.900米，其基础离地铁隧道最近距离约为16m，如图

1.1所示：

图1.1
地质概况：根据B1栋的地质勘查报告，拟建场地从上到下的土层分布情况如表

1.1所示：

表1.1：

根据实际地质情况，本工程分别采用了素混凝土桩复合地基独立基础和大直径灌注嵌岩桩两种基础进行设计比较，并分别分析其对地铁隧道的影响。

2.两种基础形式的设计

2.1素混凝土桩复合地基独立基础

根据实际地质情况，本工程的岩层埋深较浅，地下室底板底面标高处的土层为强风化花岗岩，且其地基承载力为500kPa，考虑到希望能合理利用较稳定的强风化岩，但由于楼层柱底内力较大，需提高原地基土的承载能力，所以我们首先考虑采用复合地基独立基础。又考虑到复合地基基桩材料的易采购，所以采用了素混凝土桩对地基的承载力进行提高处理。
其中素混凝土桩基桩直径为500mm，混凝土等级为C35，基桩的单桩承载力为1500kN，桩长约11m，桩对地基土的置换率取8.7%。根据《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）》公式9.5.2：
f spk =m（R a/Ap）+β(1-m) f sk
计算得经过处理后的复合地基土承载力标准值为950kPa。利用PKPM设计软件对结构模型进行计算，并根据其计算出来的柱、墙底内力进行独立基础设置，其基础平面布置图如图

2.

1.所示：

图1 钻孔灌注桩基础
钻孔灌注桩是高层建筑中比较普遍采用的一种基础形式。其有承载力高、沉降量小和结构布置灵活等优点。且无论是设计还是施工工艺上，钻孔灌注桩已经是一种较为成熟的基础形式。
本工程中考虑到柱底内力较大，对钻孔灌注桩采用大直径嵌岩桩，桩直径及单桩承载力特征值详表2.2所示，桩端持力层为微风化花岗岩，桩长约12~18米。钻孔灌注桩基础布置图如图2.2所示。
表2.2

图2.2

3.经济性比较

3.1混凝土用量

3.

1.1 混凝土桩复合地基独立基础的桩身和基础混凝土用量

桩径500mm，桩长取10m，根据图

2.1所示，总桩数232根。

计算得到桩身总用混凝土用量为：50

1.1m3；

独立基础所用混凝土用量为：890.6m3
混凝土总用量为；50

1.1+890.6=1397m3

3.

1.2 钻孔灌注桩基础桩身和承台所用混凝土用量

取桩长12m计算，根据桩基础布置图所示，桩径1000mm的1根；桩径1400mm的25根；桩径1600mm的8根
计算得：
桩身的混凝土用量为：66

4.26m3；

承台的混凝土用量为：380.46m3；
混凝土总用量：64

4.26+380.46=10472m³；

另底板厚度取600mm，因独立基础改成承台后底板所增加的混凝土用量为：15

3.04m3。所以计算得两种基础形式混凝土用量比较：

139

1.7-1044.72-15

3.04=1994m³

2 施工工期比较 根据现有普通施工工艺，每天机器的施工情况：复合地基素混凝土桩采用干作业旋挖孔灌注法施工，平均每天约可以施工5根。而大直径钻孔灌注桩由于需要穿过比较厚的强风论文导读：所示，复合地基独立基础的混凝土用量比钻孔灌注桩的混凝土用量要多，但是复合地基独立基础的桩施工工期却远比钻孔灌注桩要多。由于现在工人工价普遍较高，工期长短就意味着需要支付的资金多少。况且现在的开发商为争取早日预售，工期越短对他们来说资金就越早得到回拢，正所谓时间就是金钱，所以采用复合地基独立基础比钻孔灌注桩
化岩进入微风化岩作为持力层，所以每根桩的施工时间约为4天。计算得
复合地基的素混凝土桩单台机器所用工期约为：232÷5=46.4天
钻孔灌注桩单台机器所用工期约为：（1+25+8）*3=136天
综上比较所示，复合地基独立基础的混凝土用量比钻孔灌注桩的混凝土用量要多，但是复合地基独立基础的桩施工工期却远比钻孔灌注桩要多。由于现在工人工价普遍较高，工期长短就意味着需要支付的资金多少。况且现在的开发商为争取早日预售，工期越短对他们来说资金就越早得到回拢，正所谓时间就是金钱，所以采用复合地基独立基础比钻孔灌注桩更加有优势，且也更容易得到开发商的认可。

4.对地铁隧道影响作用比较

根据《广州市地下铁道保护区工程建设审批办法》，本工程在地铁控制保护区内，所以本基础方案需报到地铁保护办公室审批。其对设计提出了几点要求：
（1）新建的建筑物对地铁隧道所产生的附加应力不能超过20kPa；
（2）若采用端承桩，桩端应力扩散面与隧道的距离不小于3m；
（3）采用灌注桩时，不能采用冲孔成孔，禁止采用爆破冲击较大的施工方案等。
根据地铁保护办公室的要求和提供的相关信息，我们对前面提到的两种基础形式对地铁隧道产生的影响进行比较：

4.1 复合地基基础对地铁隧道的附加应力

取靠近地铁的B1-A轴独立基础看作一个矩形的均布荷载，利用boussinesq法求解独立基础下地基土的附加应力：σz=αc0计算见图如图4.1所示
图4.1
如图所示，基础角点离地铁最近距离为15.4m，地铁隧道顶面标高为-2.54m。利用boussinesq查表法，查《建筑地基基础设计规范》（GB 5007-2011）附录K表求得独立基础通过复合地基对地铁隧道的总附加应力为σz=20.24kPa。

4.2钻孔灌注桩对地铁隧道的影响

当采用12m桩长的灌注桩，利用以上同样方法计算得离地铁隧道最近的承台对隧道的附加应力为σz=8.2Kpa.
分析表明，复合地基基础对隧道的附加应力比灌注桩的要大，且处于地铁保护办公室提出限值20kPa的临界点，所以复合地基独立基础的方案没有获得地铁保护办公室的审查通过，并提出建议采用端承灌注桩基础。
另对端承灌注提出桩长除了满足入岩深度要求外，还需加长到满足桩端应力扩散面与隧道的距离不小于3m的要求，并且不能采用冲孔成孔。
5.结论
通过对复合地基独立基础和钻孔灌注桩基础这两种基础形式的比较：
（1）经济性方面，虽然钻孔灌注桩所用的混凝土用量少，但由于其所需施工工期相对于复合地基独立基础较长，所以往往不容易被开发商作为首选的方案。
（2）对地铁隧道的影响来说，复合地基独立基础对地铁隧道的附加应力明显比钻孔灌注桩基础要大，考虑到应该保证地铁设施的安全性，所以最终采用了钻孔灌注桩的基础方案。
随着今年的地铁项目高速发展，有关于地铁的工程事故也时有发生，然而地铁作为城市的主要交通工具，关系到人民利益和人身安全。所以在实际工程设计中，当所设计的项目工程与公共设施发生冲突时，我们必须综合考虑，选取较合理的方案，以保护公共利益和人民的人身安全。
参考文献：
JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范[S] 北京：中国建筑工业出版社，2002.
GB 5007-2011 建筑地基基础设计规范[S] 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3]朱炳寅，建筑结构设计问答及分析，中国建筑工业出版社，2009.
[4]赵明华，土力学与基础工程，武汉理工大学出版社，2003.