摘要：本文通過一個實際工程的結構方案論證過程，主要解決在表層為軟土的地段建設底層架空型高層建筑所遇見的問題，本文中采用大剛度底盤的概念，輔以一定的保證措施，用較為簡單及經濟的方法使結構的安全性得到保證。
　　關鍵字:軟土；架空；大剛度底盤
　　隨著人民生活品質的提高，現代人進入了親水審美意識的自覺期，隨著都市生活工作節奏的加快，生存空間變得有限。擁抱山水、回歸自然成為城市人的夢想，在這種思想的影響下，近年來對親水型建筑的需求增大，各地越來越多的高檔濱水或濱海型建筑問世，包括一些底層架空的高層濱水建筑。這類建筑的采用，給項目的結構設計帶來一定的挑戰。因河邊或海邊的地質情況普遍較差，這類建筑的地質表層大都有較厚的淤泥質軟土層，在建筑物底層架空且未設置地下室時，該土層的存在使建筑物抵抗水平地震剪力的能力較差，這種情況在7度及7度以上設防烈度的地區尤為突出。而許多地方在軟土地基上建設無地下室的高層建筑的結構設計方面均做出了一定限制，致使建筑物的結構成本有較大的增加。如何實現該類型建筑的安全、經濟設計是當前的一個課題。本文通過一個工程實例的結構方案論證過程，對于軟土地區建設無地下室的高層建筑上做一定探討，供相似類型的結構設計參考。
　　1工程基本概況
　　廈門某高腳樓地塊，位于廈門市集美區杏林灣休閑度假區東北部。原始地貌類型屬港灣灘涂或淺灘，地勢低洼、平坦。20世紀60年代在集杏海堤修建圍墾后，大多開發改造為海產養殖區，后因地塊開發建設需要，現場地已經初步回填處理。現狀地面標高-0.109～3.217m，高差約3.33m。
　　擬開發的地塊場地設計地面標高為0.50m。擬規劃為商住區，總建筑面積約70萬平方米。按地塊的地形分類可分為壩上部分、壩下部分及人工島，壩上部分主要為30層的高層組成，設置一層地下室。壩下部分落于杏林灣水淹區內，主要由11～24層的高層組成，考慮到該項目的濱水景觀效果及保證杏林灣的整體庫容，壩下部分不設置地下室，所有壩下部分建筑均做成底層架空的型式，架空層在20年一遇的水位時允許被部分淹沒，俗稱“高腳樓”。下圖為該地塊的局部典型平面及剖面圖。
　　
　　
　　2場地工程地質及水文地質情況
　　本場地地層結構較復雜，地層巖性、厚度和埋藏分布等在橫向、縱向上變化較大，各巖土體的分布及其厚度簡述如下：
　　①素填土：厚度0.70～6.30m；
　　②淤泥：厚度1.80～15.30m；
　　③粉質粘土：厚度為1.30～10.30m；
　　④中砂：厚度為0.50～6.60m；
　　⑤殘積礫質粘性土：厚度為2.25～19.40m；
　　⑥全風化花崗巖：厚度為1.50～6.70m；
　　⑦碎塊狀強風化花崗巖：厚度1.30～17.50m；
　　⑧中風化花崗巖：厚度為3.10～3.20m；
　　地下水對砼結構具弱腐蝕性，在長期浸水條件下對鋼筋砼結構中鋼筋具微腐蝕性，在地下水位干濕交替帶對鋼筋砼結構中鋼筋具中等腐蝕性，對鋼結構具中等腐蝕性。
　　3項目實施中結構重點存在困難
　　(1)壩下部分處于杏林灣水庫水淹區內，50年一遇的水位高出設計室外地坪1.4米左右，無法提高室外地坪標高。這樣底層柱及基礎、地下室等均應考慮水淹的影響。
　　(2)該場地表層存在較厚的淤泥土，底層架空且未設置地下室，對抵抗水平地震剪力不利，應對基礎及樁的選型提出要求。
　　(3)該場地地下水的腐蝕性較強，應要求建筑物能滿足抗腐蝕的相關要求。
　　其中最突出的問題為第二條，即在較厚的表層淤泥土上建設無地下室的底層架空高層建筑。
　　4上部結構概念方案
　　考慮到壩下部分底層位于水淹區，且未設置地下室，在這種情況下對樁的水平承載能力要求較高，若未在結構布置方案上采取有效措施，僅靠塔樓范圍內的樁來抵抗水平震剪力，則需大大增加建筑物下樁的數量，且應對建筑物周邊范圍內的土體進行置換，以加強土體對建筑物的約束作用，這樣會造成基礎造價的較大提高,是不經濟也不合理的一種行為。
　　考慮到本工程的人流、車流均在架空層頂板處，出于建筑功能的需要，該標高處將存在一個面積較大且連接所有建筑的裙房。且該層中部分板塊需要考慮消防車荷載，部分板塊需考慮景觀荷載等。這樣決定了本層的荷載較大，由此可以估計梁、板等構件的尺寸也相對較大，整體剛度較好。在這種情況下，在建筑專業協商后，決定結合車流及人流通道，將每幢塔樓的四邊均帶著一至若干跨的裙房，用于增加了建筑物底部的面積，加強結構的整體穩定性，使建筑物的抗傾覆能力有很大的提高；同時也增加了每幢單體建筑物落地的柱及樁的數量。在地震工況作用下，可以利用裙房所設置的樁的水平承載力的余量來共同承擔塔樓傳下來的水平地震剪力。在平時工況下則可以利用塔樓剛度大的特點，共同抵抗車輛行駛的剎車力及震動荷載。
　　為保證二都能夠協同作用，需采取一定的措施使其剛度均勻，且有可靠的傳力構件，具體做法是在架空層另行加設一定數量的剪力墻，這樣一是加強了架空層的抗側移剛度，使其剛度能大于上部結構抗側移剛度的2倍，并可以調節其剛度中心，使其與質量中心盡量重合，使架空層剛度均勻分布，同時對5.100米標高處的樓板按嵌固端的構造要求進行設計，使架空層概念上形成一個剛度較大的大底盤，可以有效的將上部的水平力較為平均的分攤至該底盤下的所有樁上，不至于使單根樁所承受的水平力過大，而且為使用一些水平承載能力較弱的樁型的使用成為可能，如預制方樁或預應力管樁等，以減少基礎造價。
　　經試算，取一幢經典的18層的建筑進行計算，比較純塔樓及帶一至兩跨的兩種情況，用SATWE進行計算，得出其主要剛度比、抗傾覆及承載力比等指標，如下表
　　 未設置裙房時 設置裙房時  未設置裙房時 設置裙房時
　　塔樓與底盤層剛度比Ratx 1.1456 0.2241 X向地震作用下抗傾覆比值Mr/Mov 8.55 12.35
　　塔樓與底盤層剛度比Raty 0.7618 0.3572 Y向地震作用下抗傾覆比值Mr/Mov 3.96 12.91
　　底盤與上一層承載力比Ratio_Bu:X 0.97 1.92 X向地震作用下結構的樓層剪力Vx(KN) 2842.29 2912.00
　　底盤與上一層承載力比Ratio_Bu:Y 1.03
　　 1.91 X向地震作用下結構的樓層剪力Vy(KN) 2884.77 2947.38
　　X向剛重比EJd/GH**2 5.41 6.66   
　　Y向剛重比EJd/GH**2 4.95 6.37   
　　由上表可知,塔樓在架空層適當擴出一至兩跨，并適當增加部分剪力墻后，其與上層的剛度比容易實現大于2的目標，說明采用這種方法較易達到大剛度底盤的控制條件，同時結構的抗震承載力比亦較大；抗傾覆能力大大增強；地震作用下的底層樓層總剪力僅有微小增加，但因豎向構件增加較多，故單個構件所分配的地震剪力反而減小較多。
　　因架空層頂板的樓面本身荷重較大，樓板按嵌固端構造進行設計后對造價的增加并不敏感，在大剛度底盤設置后，結構的抗傾覆性能大大加強，同時有效的減小單樁承擔的地震剪力，可以以較小的結構代價達到較好的效果。下圖為豎向構件及樁布置示意。
　　
　　5樁基選型方案及抗腐蝕設計
　　本工程因項目較大，地質分布不均勻，壩下部分的高腳樓在采用大剛度底盤后，由于分擔水平地震剪力的絕對樁數增加，對單樁的水平承載力的要求相對降低，但在這種情況下亦不可能采用一種樁型解決所有問題，故應適當區分定性，考慮到影響基礎型式的主要決定因素為表層淤泥土的厚度及地下水的腐蝕性，故將分為以下三種情況進行考慮。
　　（1）表層淤泥厚度<4M時，此時的地質條件較好，表層沒有厚的表層淤泥土影響，可以采用預制方樁作為主要樁型，采用靜壓法施工。對于某些層數較高的高層，方樁可能不能滿足其承載力要求，可以采用沖（鉆）孔樁基礎；對于該地塊內的多層框架結構建筑，考慮到其單柱受力較小，可以采用靜壓式預應力管樁，采用13米的單節樁。
　　（2）表層淤泥厚度4~8M時，此時地質條件較差，有一定厚度的表層淤泥土，故在此處建設高層建筑宜采用沖（鉆）孔樁基礎，或采用靜壓式沉管灌注樁基礎；對于該地塊的高層建筑,應注意加強地面以下建筑的整體剛度。對于該地塊內的多層框架結構建筑，考慮到其單柱受力較小，可以考慮采用預制方樁，采用靜壓法施工。
　　（3）表層淤泥厚度>8M時，此時地質條件最差，表層淤泥厚度大，對抵抗建筑物的水平力影響較大，故在此處宜采用沖（鉆）孔樁基礎；或采用靜壓式沉管灌注樁基礎；對于高層建筑，應采用兩層地梁間加斜撐或將承臺聯合的辦法加強地面以下建筑的整體剛度，使更多的樁能聯合起來抵抗建筑的水平力。對于多層結構可以采用單柱單樁，并加大地梁的剛度。
　　根據地勘報告揭露的地下水腐蝕情況除不能設置多節的預應力管樁外，對其它樁型影響不大，本場地絕對高程較低，（-0.500M），正常情況下樁頂均位于該區域的歷史最低水位以下，可以避開干濕交替帶的中等腐蝕性作用。對樁及地基基礎部分的防腐蝕按照《工業建筑防腐蝕設計規范》進行施工。
　　
　　6建筑物埋深的確定
　　本工程壩下部分的水淹區主要是11～24層建筑物組成，以18層的建筑物為例，考慮到基礎埋深與建筑物高度的關聯關系（基礎埋深=1/18建筑高度），60米左右的二類高層基礎埋深為-3.3米左右（室外地坪至承臺底面），考慮承臺高度約1.5米，則承臺頂面標高在-1.8左右，因場地淺層為淤泥，若無地下室的約束作用，則存在地面及基礎對上部結構的約束不足，使建筑物于基礎頂面的嵌固假定難以成立，則基礎埋深還得相應加深。針對這個問題也可以通過大剛度底盤進行解決。過大剛度底盤的設置，塔樓的的嵌固端概念上可以認為在大底盤的頂端，這樣對基礎埋深的要求相應降低，在抗傾覆能力達到一定數值后，建筑埋深可以適當放寬，而無需完全滿足入土1/18層高的要求。
　　7大剛度底盤的構造保證措施
　　（1）在水淹區這一層增加剪力墻，增大該層的剛度，對5.100米層的樓板按嵌固端進行考慮，以保證底盤的剛度，以水平力平均分攤到各個樁上。
　　（2）設置雙層地梁（承臺面一道，-1.00米標高處一道），并在兩道地梁間設置一定數量的斜支撐，加大地下部分的剛度，使樁所受的水平荷載更趨均勻。
　　（3）在每幢單體的外邊設置鋼筋砼擋土側墻，一是保證建筑物下（特別是高層塔樓下）的土體不至于被水淹后沖刷流失，二是可以聯接各個樁及豎向構件，加大入土部分的建筑物側向剛度，保證在水平地震作用下樁可以共同作用，用于抵抗水平推力。
　　（4）提高基坑回填土的密實度，同時可結合施工便道及施工場地的建設情況，結周邊場地土做適當固化處理。以增加土對建筑物的側限作用。
　　（5）采用抵抗水平力較強的沖（鉆）孔樁或靜壓沉管灌注樁。
　　8結語
　　對于濱水或濱海型建筑未設置地下室時，其建筑物抵抗水平地震的能力僅通過簡單增加樁數的方法來解決是不經濟也不科學的，應通過多種手段加以保證，本工程通過結合其建筑功能的需求，將架空層做成大剛度的底盤，并輔以一系列的構造措施，用較經濟且簡單的手法解決該問題，該做法主要有以下幾個優點：
　　(1)將塔樓及裙樓連成一體，可以增加建筑物底部面積，提高建筑物的抗傾覆能力。
　　(2)大剛度底盤在平時工況作用下，利用塔樓的剛度用于抵抗車輛震動及剎車荷載，減少車輛行駛時的建筑物的晃動感；而在地震工況作用下時，利用裙房下的樁的抵抗水平承載力的富余量用于承擔塔樓的部分水平地震剪力，這樣可以在不增加樁的情況下提高建筑物抵抗水平剪力的安全儲備，或在相同的安全儲備下減少塔樓下樁的布置數量。
　　(3)利用大剛度底盤的嵌固作用，基礎埋深可適當放寬，減小基坑開挖深度，同時減少基坑支護的工作量，對于基坑安全及經濟性方面有較明顯效果。
　　參考文獻：
　　[1]GB50011－2001.建筑抗震設計規范[S]，中國建筑工業出版社，2008年版.
　　[2]GB50011－2001.建筑地基基礎設計規范[S].中國建筑工業出版社，2008年版.
　　[3]福建省建筑結構設計暫行規定（閩建科函[2008]106號）
　　
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