超高层概念方案设计（远洋丽泽项目超高层建筑天然地基基础方案分析）
超高层概念方案设计（远洋丽泽项目超高层建筑天然地基基础方案分析）2. 1 工程地质条件 同时，丽泽E05，E06 地块东、北、西三侧紧邻丽泽商务区地下交通环廊，且E06 地块主塔楼留有交通环廊出口，见图2，因此必须分析交通环廊与建筑物的相互影响。远洋丽泽E05，E06 地块为超高层大底盘建筑群，整个建筑结构体系具有荷载不均匀、对沉降变形敏感、超高层建筑和周围纯地下室部分荷载相差悬殊的特征，纯地下室区域需考虑抗浮稳定性问题等。且本工程紧邻丽泽商务区地下交通环廊，并在东侧纯地下室和西侧主塔楼地下室设置了与交通环廊出入口进行对接的结构。因此，在满足地基承载力要求下，需采用上部结构-地基-基础相互作用的变刚度调平分析法来控制差异沉降。本文通过本项目场地区域内的岩土工程条件分析、建筑物与周边环廊相互影响分析、建筑物天然地基基础方案承载力及沉降变形数值计算分析，进而确定基础方案，且后期的沉降实测数据分析进一步佐证了本项目天然地基基础方案的合理性及计算分析方法的科学
转自建筑结构《远洋丽泽项目超高层建筑天然地基基础方案分析》作者：王媛， 阚敦莉， 徐斌， 孙宏伟， 李伟强
［摘要］ 远洋丽泽E05，E06 地块超高层建筑，地处北京丰台丽泽金融商务区，北侧紧邻丽泽路E01 地块，东、北、西三侧紧邻丽泽商务区地下交通环廊; E05 地块主塔楼建筑高度173. 7m，E06 地块主塔楼建筑高度191. 66m，两个主塔楼之间设置裙房及纯地下室，地下室4 层。本地块基础持力层为厚层密实第四纪卵砾石沉积岩，下卧层为“似岩非岩，似土非土”的第三纪软岩。丽泽商务区类似超高层建筑大多采用桩基础方案。基于地基承载力验证与计算、分层总和法及数值计算的沉降变形的综合分析以及类似超高层地基选型案例经验，远洋丽泽E05，E06 地块在地基基础变刚度调平的基础上采用天然地基基础方案。通过分析沉降变形实测数据，证明了远洋丽泽E05，E06 地块采用天然地基基础方案是合理可靠的，为丽泽商务区未来超高层建筑采用天然地基基础提供了有据可依的经验。
［关键词］ 天然地基基础方案; 超高层建筑; 第四纪卵砾石层; 地基承载力验算; 沉降变形分析
0 引言北京丽泽商务区位处北京市区西南部，此区域自然地面以下为40m 左右厚度的中密～ 密实的低压缩性卵石层，卵石层以下为新近沉积的软岩。丽泽商务区类似超高层建筑多采用桩基础方案［1-3］，但也有如鼎兴大厦，首创丽泽F02，F03 地块超高层建筑，在基于差异沉降计算分析的基础上采用变刚度调平设计的天然地基基础方案，且施工过程及投入使用后的沉降实测数据分析结果表明其总沉降及差异沉降均满足规范及设计要求［4-5］。
远洋丽泽E05，E06 地块为超高层大底盘建筑群，整个建筑结构体系具有荷载不均匀、对沉降变形敏感、超高层建筑和周围纯地下室部分荷载相差悬殊的特征，纯地下室区域需考虑抗浮稳定性问题等。且本工程紧邻丽泽商务区地下交通环廊，并在东侧纯地下室和西侧主塔楼地下室设置了与交通环廊出入口进行对接的结构。因此，在满足地基承载力要求下，需采用上部结构-地基-基础相互作用的变刚度调平分析法来控制差异沉降。
本文通过本项目场地区域内的岩土工程条件分析、建筑物与周边环廊相互影响分析、建筑物天然地基基础方案承载力及沉降变形数值计算分析，进而确定基础方案，且后期的沉降实测数据分析进一步佐证了本项目天然地基基础方案的合理性及计算分析方法的科学性。
1 工程概况远洋丽泽E05，E06 地块北侧紧邻丽泽商务区E01 地块，东至丽泽中路，南至凤凰嘴北路，西至金中都东路。E05 地块主塔楼地上38 层，建筑高度173. 7m; E06 地块主塔楼地上46 层，建筑高度191. 66m; 裙房地上3 层，建筑高度18. 4m; 地下室均为4 层。主塔楼采用平板式筏形基础，E05 地块基础底板厚度3. 0m，平均基底压力672kPa;E06 地块基础底板厚度3. 5m，平均基底压力765kPa; 主塔楼基础持力层为⑤卵石层( 修正后的地基承载力标准值为850kPa) 。±0. 00 为绝对标高44. 15m，主塔楼及裙房地下室均采用天然地基基础方案，裙房和纯地下室区域采用压重抗浮措施。结构三维立体模型见图1。
同时，丽泽E05，E06 地块东、北、西三侧紧邻丽泽商务区地下交通环廊，且E06 地块主塔楼留有交通环廊出口，见图2，因此必须分析交通环廊与建筑物的相互影响。
2 岩土工程条件2. 1 工程地质条件
根据勘察资料，本项目勘探深度71. 00m 范围内的地层自上而下可划分为人工堆积层、新近沉积层、一般第四纪沉积层及古近纪沉积岩层四大类，并按地层岩性及其物理力学参数，进一步划分为8 个大层及亚层，见图3。土层物理力学参数见表1。
2. 2 水文地质条件
根据勘察报告及相关抗浮水位咨询报告［6］: 1)抗浮设防水位应考虑大气降水量及降水强度、南水北调的实施、地表水体入渗、地下水开采、地下水位回升、官厅水库放水等多项自然与人为因素影响;2) 本项目抗浮设防水位按建议值35. 50m( 绝对标高) 取值。
3 地基方案分析3. 1 地基基础问题分析
( 1) 本工程为超高层建筑，整个建筑结构体系具有荷载不均匀、对沉降变形敏感、超高层建筑和周围纯地下室部分荷载相差悬殊的特征，且纯地下室区域应充分考虑抗浮稳定性问题。因此，本工程主塔楼对地基承载力、地基变形及地基的整体稳定性提出了严格的设计要求。
( 2) 本工程周边环境复杂，东侧、北侧、西侧紧邻丽泽商务区地下交通环廊，在东侧纯地下室和西侧主塔楼地下室设有通道与丽泽地下交通环廊出入口进行对接。因此，需充分考虑各结构体系间的变形协调和相互影响。
( 3) 本工程地基基础与上部结构共同作用条件十分复杂，且与周围紧邻交通环廊的相互影响问题突出，因此应按严格的差异沉降变形控制要求和地基变形协调控制的原则进行地基基础设计和验算。
3. 2 结构抗浮设计
勘察报告建议丽泽E05，E06 地块抗浮设防水位按39. 00m( 绝对标高) 取值。周边已建工程采用的抗浮设防水位为: 丽泽E13 地块鼎新大厦抗浮设防水位按36. 00m( 绝对标高) 取值; 首创丽泽F02，F03 地块抗浮设防水位按35. 50m( 绝对标高) 取值;丽泽D－ 10 地块抗浮设防水位按36. 00m( 绝对标高) 取值。本工程进行了抗浮设防水位专项咨询，即进行了抗浮水位咨询报告［6］以及丽泽E01，E05，E06 地块C2 商业金融用地项目岩土工程勘察抗浮设防水位专家论证会。专家论证意见为: 抗浮设防水位按35. 50m( 绝对标高) 取值。
抗浮设防水位从最初的39. 00m( 绝对标高) 优化到35. 50m( 绝对标高) 后，裙房及纯地下室区域取消了抗拔桩，改用压重抗浮措施，有利于差异沉降控制。图4 为压重抗浮措施示意图。
3. 3 建筑物与周边环廊相互影响分析
本工程东侧、北侧、西侧紧邻丽泽商务区地下交通环廊，需要考虑建筑基坑开挖对环廊稳定性及变形的影响。
根据设计资料，本项目E06 地块主塔楼与裙房/纯地下室部位基底标高分别为21. 15，23. 65m。西侧环廊与E05 地块裙房纯地下室的水平距离为4. 35m，高差为8. 669m; 东侧环廊与E06 地块主塔楼的水平距离为19. 54m，高差为10. 669m，如图5所示。采用岩土工程数值软件PLAXIS 2D 对本项目与周边环廊的施工最不利工况进行数值建模计算分析。周边环廊对本项目的沉降影响为5mm，如图6 所示。经过分析，本建筑与环廊的相互影响在可控范围内。
3. 4 主塔楼天然地基方案分析
本工程主塔楼基础持力层为⑤卵石层，其具有以下特性: 杂色，密实，湿～ 饱和，剪切波速vs = 519 ～570m/s，重型动力触探击数N63. 5 = 100 ～ 250，属低压缩性土，级配较好。且本工程基底以下有20m 厚的密实卵石层，地基条件良好。
根据勘察报告及《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》( DBJ 11-501—2009 ) ( 2016 年版) ［7］7. 3. 7 条公式( 式( 1) ) :
主塔楼基础持力层⑤卵石层的修正后的地基承载力标准值取850kPa，满足承载力设计要求。纯地下室区域压重抗浮措施有利于主裙楼差异沉降控制，以及周边交通环廊与建筑物的相互影响经分析在影响可控范围以内。
与此同时，丽泽商务区首创丽泽F02，F03 地块超高层建筑物已建成且沉降稳定。其中F03 地块塔楼地上42 层，建筑高度200m，地下4 层，基础持力层也为⑤卵石层，基于上部结构-基础-地基的变刚度调平分析，该塔楼也采用天然地基基础方案。实测沉降数据与数值计算沉降数据吻合，总沉降及主裙楼差异沉降均控制在规范［8］及设计限制要求范围内。
综上所述，基于地基基础差异变形控制( 塔楼筏板整体挠曲值≤0. 5‰l( l 为主塔楼底板宽度)、主楼与相邻的裙房柱的差异沉降≤1‰l1( l1为柱距) ，本项目采用天然地基基础方案，基础平面图如图7所示。E05 地块主塔楼基础底板厚3. 0m，E06 地块主塔楼基础底板厚3. 5m，主塔楼厚板范围详见图7，裙房纯地下室基础底板厚1. 0m，采用钢渣混凝土压重抗浮措施。
本节采用岩土数值软件计算分析沉降变形，并结合实测沉降数据进一步验证天然地基基础方案的可行性。
4. 1 桩筏基础沉降变形数值分析
根据变刚度调平设计的桩基，采用国际地基基础与岩土工程专业数值分析有限元计算软件PLAXIS 3D 进行上部结构-基础-土共同工作的沉降变形计算分析。图8 为岩土数值计算模型，图9 为沉降计算结果。E06 地块主塔楼最大沉降量44. 24mm，主塔楼与裙房差异沉降最大值0. 09%l，主塔楼筏板挠度0. 04%l; E05 地块主塔楼最大沉降量36. 22mm，主裙楼差异沉降最大值0. 09%l，主塔楼筏板挠度0. 033%l; 均满足设计规范［8］要求。
依据《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》
( DBJ 11-501—2009) ( 2016 年版) ［7］第7．4．7 条公式( 式( 2) ) 及《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》( JGJ 6—2011) ［9］第5．4．2 条公式( 式( 3) ) ，考虑地基土回弹再压缩和正常固结压缩的实际加载变形过程，计算本项目主塔楼的总沉降量。
经计算得出: E06 地块主塔楼最大沉降量53. 84mm，E05 地块主塔楼最大沉降量45. 37mm。结果表明，数值法与规范法计算结果吻合。
4. 2 沉降实测数据分析
图10 为实测沉降等值线图。E05 地块主塔楼已封顶12 个月，沉降趋于稳定; E06 地块主塔楼已封顶4 个月，沉降也趋于稳定。E05 地块主塔楼最大沉降量为40. 41mm，主裙楼差异沉降均小于0. 1%l，满足规范［8］及设计要求; E06 地块主塔楼最大沉降量为46. 91mm，主塔楼沉降呈碟形分布。沉降实测值与数值计算分析比较吻合，结合以往工程经验，说明数值沉降变形计算是可靠的。因施工时电梯井及部分集水坑局部加深位置低于施工现场地下水，因此采用注浆止水方案对地基进行处理，方案确定后经数值计算分析，坑底－23. 55m 位置的沉降较注浆止水处理前稍微偏大。图10 沉降实测数据表明，注浆止水方案可行，且涉及注浆止水区域的沉降实测值和数值预估结果一样，比周边未处理区域偏大。
虽然数值计算分析结果表明，可取消沉降后
浇带，但综合考虑天然地基基础方案、纯地下室钢渣回填方案以及丽泽商务区水位监测数据等因素，按图10 所示，设置了沉降后浇带; 通过沉降实测数据分析，综合现场施工情况，以及上部结构荷载完成进度，在主塔楼结构封顶时完成沉降后浇带的浇筑。根据沉降后浇带两侧沉降实测数据的统计分析以及施工过程组织的分析，在今后的设计过程中，可进一步优化沉降后浇带，进而使本工程更加经济。
5 结论及展望( 1) 丽泽商务区自然地面以下40m 厚度左右的中密～ 密实的低压缩性卵石层，是很好的基础持力层。建议今后该地区拟建项目，经计算分析后地基承载力满足设计要求，且周边相互影响经过分析后在设计可控范围内时，可基于差异沉降控制采用天然地基基础方案。
( 2) 目前国内发展的新兴商业区，地铁、环廊交通已经与商业区域内超高层建筑共同规划、设计及施工，因此在地基方案比选时，一定要考虑建筑物施工对周边交通设施的影响。
( 3) 本工程抗浮设防水位综合参考勘察报告、周边已建建筑物抗浮设防水位，并通过设防水位专项咨询及专家论证会后，最后确定本工程抗浮设防水位可从勘察报告建议的39. 00m( 绝对标高) 调整到35. 50m( 绝对标高) ，抗浮设防水位的调整确保了差异沉降控制理论的可行性。同时也说明，在确定抗浮设防水位时，进行周边工程调研及分析是重要的。
( 4) 目前E05 地块主塔楼已封顶12 个月，E06地块主塔楼已封顶4 个月，沉降基本趋于稳定，最大沉降量分别为40. 41mm 和46. 91mm，符合设计要求，且与前期数值计算结果吻合。进一步验证了本文数值预测性计算的可靠性。
后期仍应对沉降数据以及主塔楼基底反力进行分析，以指导该区域将来采用天然地基基础方案的超高层建筑物的设计。主裙楼之间的沉降后浇带在今后设计工作中可进一步优化。尽管采用注浆止水方案处理地基经过验证是合理可行的，但是其对主塔楼总沉降及主裙楼差异沉降仍然有一定的影响，在今后的设计中仍需要重点分析。
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［6］ E01、E05、E06 地块C2 商业金融用地项目抗浮设防水位咨询报告［Ｒ］．北京: 北京中地大工程勘察设计研究院有限公司， 2016．
［7］ 北京地区建筑地基基础勘察设计规范: DBJ 11-501—2009［S］．2016 年版．北京: 北京市规划委员会， 2016．
［8］ 建筑地基基础设计规范: GB 50007—2011［S］．中国建筑工业出版社， 2012
［9］ 高层建筑筏形与箱形基础技术规范: JGJ 6—2011［S］．北京: 中国建筑工业出版社， 2011．
注：本文转自建筑结构《远洋丽泽项目超高层建筑天然地基基础方案分析》作者：王媛， 阚敦莉， 徐斌， 孙宏伟， 李伟强，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！
