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1、天津星耀五洲冲浪游泳馆地基方案第二次论证报告,2009年07月,（一）工程概况,天津星耀五洲冲浪游泳馆位于天津市津南区津南水库，建筑平面为椭圆形，长轴为220m，短轴为110m。上部采用钢结构穹顶，穹顶高度为30m，下部为钢筋混凝土框架结构。内圈框架柱断面为1200mmx1200mm，外圈框架柱断面为800mmx800mm。建筑平面、立面和剖面见附图。,本场地地貌单元为第四纪冲积海积平原，经过漫长的水动力作用，沉积了巨厚的第四纪沉积物。场地原为津南水库库区，近两年经人工将库中积水排走，填垫素土至现状。场地地形起伏较大，地面大沽标高约在5.001.50米范围内，呈西高东低态势。,（二）工程地质条
2、件,本工程最大勘察深度为110米，揭露地层分属第四系全新统、上更新统及中更新统，按地层时代、成因类型及工程地质特征划分为11个工程地质层，进而按岩性组合划分为26个工程地质亚层。埋深15米以内浅土层以受变形控制承载力的软弱土层为主，天然地基条件相对较差。各土层天然地基承载力特征值fak及水平抗力系数m见下页表：,1 地层岩性特征及分布规律,（三）问题的提出,本工程顶为大空间钢结构穹顶，穹顶高度为约30m，长轴220m，短轴110m，具有自重轻、受风面大的特点，整体计算表明X向、Y向风载产生的水平力分别达到8272KN和15187KN，而竖向荷载总重为194442KN，折合单位面积竖向重量为7.
3、2KN/m2,远小于一般框架结构，风载与总重量之比分别为4.2%和7.8%，远大于一般多、高层建筑风载与总重之比。 特别地， 3-13-11轴、3-63、-64轴仅有单排框架柱，风载作用下，柱底剪力与柱轴力之比最高可达49%，平均达34%，详见表1.,表1 单排框架柱剪力与轴力比,由此可见，本工程基础设计，不仅要考虑竖向荷载的影响，更为关键的是要考虑水平力的影响，根据地勘报告，本工程的地质条件较差，天然地基不能满足承载力及变形要求，为此我们比较了PHC桩复合地基方案和桩基，详见第四部分。,（四）基础方案设计,方案1：PHC桩复合地基方案：,（1）设计思路,桩是细长杆件，在地基中令其传递垂直荷载
4、是用其长，传递水平荷载是用其短。预应力空心管桩也是一样，与承台连接做成桩基，桩抵抗水平荷载的能力也较弱。当在管桩顶部做一桩帽、用褥垫层与基础相连系做成复合地基时（如下示意图），在复合地基中，由于设置了褥垫层，管桩的主要功能是,传递竖向荷载，桩承担的水平荷载很少，避免了管桩水平承载能力弱的缺点。通过褥垫形成的刚性桩复合地基具有典型的地基性状，水平荷载由复合土层承担。其水平抗力（基底摩阻力）等于正压力乘以基础和褥垫层之间的摩擦系数。,预应力管桩复合地基示意图,对于拟建基础下人工素填土层，可采用深层搅拌桩加固。即形成预应力管桩加深层搅拌水泥土桩的双桩型复合地基。,预应力管桩深层搅拌水泥土桩双桩型复合
5、地基，其中： 预应力管桩：桩径500mm，平均桩长2628m，桩端进入2粉砂层。单桩竖向极限承载力标准值为3000kN。 褥垫层厚度200mm，材料为级配砂石。深层搅拌水泥土桩：桩径500mm；平均桩长6.5m, 桩端进入1粉土层不少于1.5m.。 对基础J1，布置预应力管桩4根，深层搅拌水泥土桩9根； 对基础J2，布置预应力管桩5根，深层搅拌水泥土桩8根； 对条形基础，布置预应力管桩141根，深层搅拌水泥土桩180根； 处理后独立柱基础J1、J2地基承载力特征值不小于220KPa,条形基础地基承载力特征值不小于180KPa。.抹茶=,（2）、设计方案：,（3）、承载力验算,1.水平承载力验算
6、：摩擦系数取0.25，安全系数取k=1.3 独立柱基础： J1: 最不利基底压力（含覆土重）：N1=2624KN,基底剪力：V1=599KN R1=N1/K0.252624/1.3=505kNV2，满足2.竖向承载力验算：复合地基承载力特征值按下式计算： 对J1,fspk=324.5kPa220kPa; 对J2，fspk=230.8kPa220kPa； 对条基，fspk=270.1kPa180kPa; 满足设计要求。 暂不考虑人工素填土及深层搅拌桩的承载力。,单排桩由于水平力与竖向力之比较大，远超过正常值，设计时必须依靠基桩承担所有的水平力和竖向力，而双排柱（3-43轴3-62轴及3-123-
7、28轴）由于剪力与轴力之比较小，不考虑基础覆土大约在13%左右，因此拟按常规桩基设计，及基桩仅承担竖向荷载。为避免承台底下填土与基底脱离，本工程即使采用桩基，承台底部及承载侧面1/2承台宽度范围内也需采用深层搅拌水泥土桩处理。,方案2：桩基方案：,设计思路：,根据地勘报告第1层回填土的桩侧水平抗力系数的比例系数m值仅为4MN/m4,折减后仅为2.4MN/m4，如按此比值计算，750钻孔灌注桩单桩水平承载力仅为25KN，如按此特征值计算，柱下基桩数量最多可达26根，将极不合理。为此，在设计时拟对回填土通过深层搅拌水泥土桩处理，使其m值达到与2层粉粘土层相同，即m=10MN/m4,折减后为4MN/
8、m4。最终设计条件为：桩径750，桩长28m，桩端持力层为层粉砂。单桩竖向承载力标准值为3120KN，水平承载力特征值为44KN（已计入群桩效应综合系数1.26）,2.设计方案：,3.承载力验算,单排（3-13-11轴、3-63、-64轴）先由柱下最不利水平推力确定桩数，再输入JCCAD中进行竖向承载力及承台验算，其余柱均直接由JCCAD进行竖向承载力及承台验算，不进行抗水平承载验算。单排桩水平承载力验算见表2.,表2 3-633-11轴柱下抗水平力桩计算表,（五）经济性比较,方案1：表3 PHC桩复合地基方案基础工程造价表,合计：391.92万元,表4 PHC桩复合地基方案地基处理工程造价表（独立基础部分）,合计：158.24万元。表5 PHC桩复合地基方案地基处理工程造价表（条形基础部分）,合计：63.08万元。方案一地基基础总计造价：391.92万元。,方案2：,表4 桩基方案工程造价表,方案二地基基础总计造价：601.21万元,（六）结论,采用钻孔灌注桩的造价远高于PHC桩复合地基，应该指出的是即使采用钻孔灌注桩也需要通过深层搅拌水泥土桩处理回填土，如计入此部分费用，则钻孔灌注桩的造价将更高。,北京维拓时代建筑设计有限公司,2009年07月12日,
