项目位于上海市,是近些年较为流行的中式别墅项目。别墅为地上两层建筑,设置一层地下室。本项目建设场地天然地面标高约4m(吴淞高程),建筑±0.000标高相当与吴淞高程6.100m。别墅投影范围外地下室基本跨度约8mX6m,底板结构标高-5.5m(以下均用相对标高表示),顶板结构标高-1.8m,覆土1.5m。
采用浅基础设计时,地基土承载力特征值fak是根据国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第5.2.3条,并结合工程经验确定,详见表1。
采用桩基础设计时,各土层的桩周土极限摩阻力标准值fs及桩端土极限端阻力标准值fp详见表2(表中仅列出预制桩的值)。
根据地勘报告,场地潜水水位埋深可按年平均高水位埋深0.50m,低水位按埋深1.50m采用,抗浮水位建议值:可按室外地面整平标高以下0.5m考虑。
根据地下室底板的埋置深度可知,地库底板位于②3砂质粉土层,该土层具有良好力学性能,其承载力特征值fak=110kPa,可以作为上部建筑的持力层。根据经验,框架结构单层荷载标准值约14~15kN/m2,上部两层荷载标准值约28~30kN/m2,地库1.5m的覆土荷载约为1.5x18=27kN/m2,两者荷载相近,而地库的柱网比较规则,为使结果更加直观,本文将以地库区域作为主要的分析对象。
图1.别墅地下室剖面图
在盈建科结构设计软件中建立纯地库模型,柱网跨度6mx6m,按照1.5m覆土设计,承压时覆土荷载按照28kN/m2取值,抗浮时,对土体容重折减,按照1.5x16=24kN/m2取值。基础计算时,按照复合基础计算,为了模拟仅用天然基础承压,桩基的承压刚度取0,抗拔刚度按实际取值,承压计算时考虑低水位的有利作用。按照1节12m长的PHC400管桩计算桩基抗浮承载力特征值Rt=140kN。
计算结果显示,在设计低水位工况下,地基承载力平均值为28kPa,远小于地基土的承载力特征值110kPa。但是如果该荷载由桩基来承压,单桩承载力需要达到约28x6x6=1008kN。根据地勘资料计算,如果采用单柱下一根PHC400的管桩,持力层需要达到⑦1层,才能满足要求,此时的桩基长度约为28m,远大于12m。
在抗浮工况下,中间抗拔桩起到抗拔作用,抗拔力达到132kN,小于承载力特征值140kN,如图2所示(因边界条件未考虑周边影响,计算结果以中部结果为准,下同)。结构的沉降如图3所示,最大沉降量在2mm左右。
可见,该基础形式能够很好的解决带地下室的多层结构的抗浮问题,且具有良好的经济性。但该基础形式也有其适用条件,首先基础底板位于较好的持力层,能够满足上部荷载承载力,其次需要保证桩的刚度较小,即桩端位于工程力学性质较差的土层,否则桩将承担的荷载将过大,天然基础的承压作用不能体现出来。