厦门中澳城项目地下结构设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、前言

随着我国社会生产力的巨大发展，人口出现快速增长，城市化的进程也在不断加剧。由于城市人口密度的增加和城市的扩容，可利用的地面越来越趋于紧张，城市建设对土地需求的增长与城市土地资源日益紧张之间的矛盾日益突出。因此，人们开始探索开拓地下空间，这个迄今尚未被充分利用开发的自然资源。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、工程概况

厦门中澳城项目2013XP02地块包括B9、B10两个地块，由一栋21层的高层办公主楼、一栋29层的高层办公楼和三层整体地下室组成，用地面积约7881.534m2，建筑面积约115112.78 m2。拟建物的设计情况详见下表1.

表1 拟建物设计情况一览表

注：地下室底板厚度暂按0.5m计，从设计0.000标高算起，B9地块基坑深度暂按14.5m，基坑底面高程为4.45m；B2地块基坑深度暂按12.45m，基坑底面高程为4.45m。

各拟建物的变形控制要求为：

（1）高层主楼的基础的平均沉降量不超过200mm ，高层主楼地基变形由整体倾斜控制，B9地块高层主楼整体倾斜允许值为0.0025；B10地块高层主楼整体倾斜允许值为0.002。

（2）商业及纯地下室的地基变形由差异沉降控制，差异沉降允许值为0.002l（l为相邻柱基中心距）。

本设计只负责厦门中澳城地下结构设计（不包括纯地下室设计）。包括：

（1）基础设计计算

①桩基础的设计与计算

②筏板的计算与配筋

（2）地下结构计算

①地下室外墙计算

②地下室顶板计算

③地下室框架计算

（3）绘制相关图纸

二、场地位置、地层地貌和水文地质

拟建场地位于厦门市翔安区马池塘村西侧，新村中路的西面，原始地貌单元属于坡洪积台地。场地现为空地，总体地势呈北高南低的趋势。钻探时的地坪高程为15.44~19.25m（以孔口高程计，下同）。

拟建场地北、西、南侧为已建道路，隔路为建设用地；东侧为2013PX09地块，2013XP02地块与2013PX09地块之间为规划道路，现为空地。场地北面隔已建道路（规划六路）的场地正进行地下室基坑施工，其余地块尚未动工，均为空地。

根据钻探揭露，结合已有地质资料，本场地分布的岩土层按地层年代及成因可分为六个工程地质层，各层内再分别按成因、土质类别或风化差异程度划分若干亚层。具体分层情况如下：

（1）第四系全新统人工填土层：

①素填土

褐黄、灰黄色，松散~稍密，稍湿，新近回填，主要由粘性土组成，局部含碎石，车载填筑，未经专门压实处理。

（2）第四系全新统坡洪积层：

②粉质粘

土黄、黄红、砖红色，少部分地段为浅灰、灰黄、灰白色，可塑~硬塑状，湿，成分主要为粘、粉粒和石英质砂粒，干强度较高，韧性较高。

（3）第四系花岗岩残积土：

③残积砂质粘性土

灰黄、褐黄色、砖红色、暗红色等，可塑~硬塑，湿，母岩为花岗岩，长石已风化成粘土矿物，微具原岩残余结构，干强度中等，韧性一般。岩芯手捏易散，泡水易崩解、软化。

（4）燕山晚期岩浆岩风化层，按风化程度差异分为3个亚层，具体分层如下：

④全风化花岗岩

黄、褐黄色，硬塑，湿，主要矿物成分为石英、长石，长石已基本风化成粘土矿物，杆长修正后标贯击数N≥30击，若芯呈硬土状，浸水易崩解、软化，岩体基本质量等级为V级。

⑤-1散体状强风化花岗岩

黄、灰黄、褐黄、黄白色，硬塑~坚硬，湿，主要矿物成分为石英、长石，长石已大部分风化成粘土矿物，杆长修正后标贯试验击数N≥50击，岩芯手捏易散或可折断，岩芯呈砂砾状， RQD=0，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

⑤-2碎块状强风化花岗岩

黄、褐黄、灰黄色，主要矿物成分为石英、长石，长石部分风化成粘土矿物，标贯测试表现为反弹，岩石风化剧烈，极破碎，碎裂状结构，岩芯呈碎块状，RQD=0，岩体基本质量等级为V级。

⑥中风化花岗岩

灰白、灰黄色，岩石成份主要为长石、石英及少量暗色矿物，岩体较破碎~较完整，钻探岩芯多呈短柱状、柱状，少部分为块状，并见有铁锰质渲染现象。岩芯RQD大多为50~80%左右，局部为30%左右，嵌镶碎裂或裂隙块状结构，属较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅲ~Ⅳ级。

拟建场地地下水主要赋存和运移于残积砂质粘性土③及各风化岩带的孔隙~网状裂隙中的潜水~弱承压水；其次为填土层①中的上层滞水，该场地地下水量较贫乏。

勘察期间为平水期，测得拟建场地内地下水稳定水位埋深约3.8~9.5m，高程9.36~12.52m。

根据厦门地区气候特征、场地地形地貌及周边排水条件，估计场地地下水位年变化幅度约3m左右。考虑到各方面因素，建议本工程地下室的防水和抗浮设计水位按设计室外地坪标高或周边道路路面标高（取二者的较低值）下0.5m考虑。

三、基础设计方案

由于拟建建筑物为高层建筑，上部结构结构类型为框架剪力墙，单柱荷载较大。考虑使用桩基础。此外，考虑到建筑对差异变形敏感，故选用桩-筏基础作为基础设计方案。这样可以借助高层建筑结构的巨大刚度来弥补基础刚度不足，调整地基的不均匀沉降，并且能够改善建筑物的抗震性能。

具体地基设计方案如下：

1. 桩顶作用效应

（1）竖向力

轴向竖向力

偏心竖向力

（2）水平力

式中 F-作用于桩基承台顶面的竖向力设计值

G-桩基承台和承台上土自重设计值

N-轴向力作用下任一复合基桩或基桩的竖向力设计值

-偏心力作用下第i复合基桩或基桩的竖向力设计值

、 、 - 作用与承台地面通过群桩形心的x轴、y轴弯矩设计值

、 -第i复合桩基或桩基至x轴、y轴的距离

H-作用基桩承台底面的水平力设计值

-作用于单桩基础或任一基桩（或复合基桩）的水平力设计值

2. 单桩承载力校核

按《建筑地基基础设计规范》方法

中心荷载

或 （n3）

偏心荷载

3. 单桩竖向承载力的确定

单桩承载力校核采用规范经验参数法

（1）用经验参数法计算单桩极限承载力标准值 的表达式

（2）对于大直径桩（直径≥800mm）

（3）对于嵌岩桩

4. 桩的布置

（1）桩数确定

①对于中心受荷的桩基

②对于偏心受荷的桩基

（2）桩的中心距

本基础拟采用钻孔灌注桩，为避免桩基施工可能引起的松弛效应和挤土效应对相邻桩基的不利影响，以及群桩效应对桩基承载力的不利影响，本工程桩的中心距最小为3d。

（3）桩的布置要点

①布桩时，尽量时群桩合力点与长期荷载重心重合；

②使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面模量；

③同一结构单元尽量避免采用不同类型的桩基；

④对于箱形承台基础，宜将桩布置在梁或肋下；

⑤对于带梁或肋的管板基础，宜将桩布置在柱下。

（4）桩进入持力层的深度

①砂与碎石土临界深度为（3~10）d，且随密度提高而增大-对于砂土，桩进入持力层不宜小于1.5d；对于碎石类土，不宜小于1d

②粉土、黏性土的临界深度为（2~6）d，随土的孔隙比和液限指数的减少而增大-对于黏性土，粉土不宜小于2d；

③当在桩端持力层以下存在软弱下卧层时，桩端距下卧层距离不宜小于4d。

5. 群桩效应考虑

根据《建筑地基基础设计规范》，对于端承桩基、桩数少于9根的摩擦桩、条基下不超过二排的摩擦桩基，桩基竖向承载力为各单桩之和，不需要再做验算。对于桩距小于6d的摩擦桩，桩数大于9根的桩基础，按实体深基础验算。

6. 桩基沉降计算

本设计中高层地基变形由整体倾斜控制，群桩的沉降与桩距、桩长、桩数、桩底土和桩间土的刚度比，承台刚度以及荷载水平等许多因素有关，实质上是桩、土、承台共同作用问题。

（1）半经验实体深基础法

将桩群连同桩间土与承台一起作为一个深基础，作用于桩端平面的荷载为均布荷载，土中附加应力按布辛奈斯克解计算，压缩层下限按附加应力等于自重应力的20%深度划界，用分层总和法计算，即

（2）建筑桩基技术规范的方法

桩基沉降计算公式

7. 桩基安全度

（1）《建筑地基基础设计规范》采用容许承载力设计方法，在设计公式中不出现安全系数，但其中隐含了相当的安全度控制值。当采用静荷载试验时，用 得出单桩容许承载力（标准值）

（2）《建筑桩基设计规范》则采用分项系数设计方法，以分项系数来考虑安全度。

8. 桩筏结构计算

本设计中桩筏结构计算不考虑上部结构-基础-地基共同作用。这一计算方法是沿框架底层柱脚切断，将上部结构视为柱底固端约束的独立结构，用结构力学方法求出外载荷作用下的结构内力和柱底反力；然后将求出的柱底固端力作用于基础，假定外荷载全部由桩承担，由外载荷和单桩承载力确定桩数，再按材料力学要求或构造要求确定承台基础的尺寸和配筋。

9. 底板局部受力计算

（1）抗剪切计算

对于桩筏基础底板，当桩顶弯矩M很大，底板相对又不是很厚时，由弯矩引起的底板剪应力可能很大。此项由弯矩引起的剪应力与桩顶竖向力N引起的剪应力叠加后，受剪截面的强度校核应予以特别注意。

桩顶竖向力N作用引起的剪力：

桩顶弯矩M引起的剪力：

最大值：

综上：

（2）抗冲切计算

平板式桩筏基础的底板抗冲切计算主要是板上结构和板下结构对底板的冲切计算。

墙和板下桩对底板的冲切计算应符合下列要求：冲切破坏椎体应采用自墙边至相应桩顶边缘连线所构成的截椎体，椎体斜面与底板底面的夹角不小于45

对于柱（墙）根部受弯距较大的情况，应考虑其根部弯矩在冲切截面上产生的附加剪力验算底板受柱（墙）的冲切承载力。

当柱荷载较大，等厚度底板的受冲切承载力不能满足要求时，可在底板上面增设柱墩或底板下局部增加厚度来提高底板的受冲切承载力。

（3）局部受压验算

对于柱（墙）下桩基，当板的混凝土强度等级低于柱（墙）的强度等级时，应按下式验算板的局部受压承载力：

四、地下结构设计计算方案

1. 荷载类型

（1）永久荷载：包括结构自重力、土压力、预应力。

（2）可变荷载：楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、设备荷载。

（3）偶然荷载：例如爆炸、冲击力等。

本设计考虑最不利情况的组合，静载 活载。永久荷载分项系数：1.2（由可变荷载效应控制）；1.35（由永久荷载效应控制）。可变荷载分项系数：一般情况下1.4.

2. 地下室外墙计算

（1）地下室外墙内力及配筋计算

说明：计算外墙根部裂缝时，采用上端简支和上端固支两种计算模型，根部弯矩取两种计算模型的平均值。

包括：上端简支几何数据及计算参数、内力及配筋。

（2）外墙配筋

由弯矩设计值 M 求配筋面积As

计算结果：

受压区高度：

最小配筋率：

（3）外墙裂缝

受拉区纵向钢筋的等效直径：

最大裂缝宽度验算

按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率 ，按下式计算：

（混凝土规范 8.1.2-4）

按荷载效应的标准组合计算的纵向受拉钢筋的等效应力 ，按下列公式计

算：

受弯： （混凝土规范 8.1.3-3）

裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ，按混凝土规范式8.1.2-2计算：

最大裂缝宽度按混凝土规范式8.1.2-1计算：

3. 地下室顶板计算

（1）按单向板考虑

（2）双向板设计

分别考虑x和y方向的跨中弯矩，并进行配筋；分别考虑x和y方向的支座弯矩，并配筋。

4. 地下室框架计算

某一榀框架可利用 PK计算。