倪有豪
江苏苏邑设计集团有限公司，南京
摘要：以江苏某小区住宅的地下室项目为例，进行设计过程中的柱网及基础选型优化分析。分别对梁板柱用钢量、混凝土用量、基础用钢量、基础砼用量以及桩长用量指标进行量化比较，从而确定合理的柱网方案以及相应的基础方案，为甲方合理节省工程造价提供方案比选。
关键词：地下室；优化分析；柱网；基础
1引言
随着城市化进程的不断发展和国家政策倡导资源有效配置，居住小区作为城市化载体，其方案的优化设计至关重要[1]。地下室及基础在整个居住小区中建造成本占比高，其柱网及基础选型优化能一定程度为开发商节约建造成本[2]。本文以江苏某小区住宅为例，探讨在设计过程中，如何进行柱网及基础选型，从而合理地节省工程造价。
2 工程概况
2.1 项目概况
本期为江苏某小区住宅项目，总建筑面积约19万m2，地下室面积4.1万m2。根据规划及建筑方案要求，地下室覆土厚度定为1.5m。本次比选为结合当地的常规做法，考虑方案的可行性和工程量大小，对地下室柱网和基础选型进行分析对比。
2.2 工程地质
拟建场地地貌类型单一，属冲积扇三角洲；拟建场地及外围基岩中无全新活动断裂，地质环境稳定。
（1）表土：黄褐色，黏性土为主，松散，含植物根系，局部含建筑垃圾，厚度：0.30-0.70m。
（2）淤泥质黏土：灰黄~灰黑色，流塑，韧性低，干强度低，高压缩性。场区局部缺失，厚度：0.30-1.70m。
（3）粉土夹粉质黏土：灰黄色，湿，稍密，摇震反应迅速，无光泽反应，韧性低，干强度低，中高压缩性，局部夹粉质黏土薄层，场区局部缺失，厚度：1.80-5.10m。
（4）粉土：黄色，湿，稍密~中密，摇震反应迅速，无光泽反应，韧性低，干强度低，中等压缩性。场区普遍分布。厚度：3.90-6.70m。
（5）淤泥质粉质黏土：灰黄~灰黑色，流塑，韧性低，干强度低，高压缩性。场区局部缺失。厚度:0.30-2.80m,
（6）粉质黏土：灰黄色,软塑-可塑,韧性低,干强度低,中等-高压缩性。场区普遍分布，厚度：0.70-2.50m。
（7）黏土：黄褐色，硬塑，局部可塑,有光泽，干强度中等，韧性中等，中等压缩性。场区普遍分布，厚度:5.00-8.70m。
（8）粉质黏土夹粉土：黄褐色，硬塑，局部可塑，有光泽，干强度中等，韧性中等,中等压缩性，含少量砂姜、铁锰结核，夹粉土、粉砂薄层。场区普遍分布。厚度:4.90-9.90m,。
（9）黏土：黄褐色，硬塑，局部可塑,有光泽，干强度中等，韧性中等,中等压缩性，含铁锰结核，少量砂姜。场区普遍分布，厚度:0.50-4.10m。
（10）粉质黏土夹粉土：黄褐色，硬塑，局部可塑，有光泽，干强度中等，韧性中等,中等压缩性，含少量砂姜、铁锰结核，夹粉土、粉砂薄层。场区普遍分布。厚度：2.80-4.90m。
（11）粉土夹粉质黏土：黄色,湿,密实，摇震反应迅速,无光泽反应,韧性低,干强度低,低压缩性，局部夹粉质黏土薄层。厚度:6.50-8.50m。
（12）黏土：黄褐色，硬塑,有光泽，干强度中等，韧性中等，中等压缩性。该层未穿透。
3 地下室柱网选型
地下室考虑停车位布置，一般采用7.8x8.1大柱网，7.8x5.6大小柱网，6.1x5.4小柱网。其中，小柱网方案因为柱子较密，会造成小区业主停车使用困难，有后期投诉追责的风险，不建议采用此方案。
大柱网方案可细分为单向次梁、十字梁、大板三种方案，大小柱网方案可细分为单向次梁、大板两种方案。从施工便利性、工期优化的角度考虑，大板方案明显优于有次梁的方案。因此比选范围缩小为大柱网大板和大小柱网大板两个方案。
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图1 顶板结构布置图
如图1所示，为顶板结构布置图。图1（a）为7.8x8.1大柱网大板方案，图1（b）为7.8x5.6大小柱网大板方案。地下室顶板梁板柱，采用PKPM建模计算的工程量数据如下，本文所有工程量均按每平米统计：
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表1为在覆土厚度为1.5m时，两个柱网方案的地下室顶板工程量比选。由表可见，在工程量方面，大小柱网方案明显小于大柱网方案，用钢量降低15.8%，混凝土用量降低11.3%；同时，大小柱网方案的最大梁高为800mm，小于大柱网方案最大梁高900mm，有利于提升地下室净高。综上所述，在柱网选型方面，大小柱网的大板方案较优。
4 基础方案比选
经调查，当地地下室抗拔通常采用预制方桩，因此本工程建议采用图集《苏G/T25-2013》的ZH-40-24F作为抗拔桩。按实际土层摩阻值和混凝土裂缝0.2mm控制的抗拔承载力特征值为650kN，实取450kN。按照地勘资料，抗浮水位取室外地坪标高以下0.5m。
4.1 筏板+抗拔桩方案与承台+防水板方案比选
同时，当地地下室基础常规做法是筏板+抗拔桩，筏板受压，桩基仅考虑抗拔。本次比选按该基础方案计算了大柱网和大小柱网两个模型方案。筏板基础持力层基本为6层粉土，局部位于5层淤泥质粉质黏土层，地基承载力特征值fak按60kPa计算，经深度修正后，地基承载力能满足要求。经模型计算，抗浮工况为一柱一桩，桩基工程量略少。
考虑到筏板+抗拔桩的基础持力层局部位于5层淤泥质粉质黏土，地基承载力特征值fak仅60kPa，本工程可考虑承台+防水板的基础方案，由承台桩完全受压和抗拔。本次比选按该基础方案计算了大柱网和大小柱网两个模型方案。桩基选用图集《苏G/T25-2013》的ZH-40-24E，桩端持力层为10层粉质黏土夹粉土，单桩受压承载力特征值为1300kN，抗拔承载力特征值为450kN。按此基础方案，大柱网模型一柱四桩，大小柱网模型一柱三桩。
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表2为两个基础方案结合两个柱网类型的工程量比选。由表可见，当筏板厚为400mm且采用筏板+抗拔桩时，在基础用钢量方面及基础砼用量方面，大柱网方案超过大小柱网，而大小柱网方案的桩长用量更多。当筏板厚为350mm且采用承台+防水板时，在基础用钢量方面及基础砼用量方面，大柱网方案超过大小柱网方案，而大小柱网方案的桩长用量略多。
4.2 筏板+12m抗拔桩方案与承台+筏板+15m抗拔桩方案比选
根据甲方要求，增加筏板+单节抗拔桩的基础方案比选。12m抗拔桩可选用《苏G/T25-2013》的ZH-40-12D，单桩抗拔承载力特征值按土层摩阻力控制，为300kN。15m抗拔桩可选用《苏G/T25-2013》的ZH-40-15E，单桩抗拔承载力特征值按土层摩阻力控制，为400kN。
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四个模型中，除了大柱网的筏板+12m抗拔桩模型外，其他三个模型均为一柱一桩。大柱网的筏板+12m抗拔桩模型因中柱抗浮略有不够，采用一柱两桩。
表3为筏板+单节抗拔桩基础方案结合两个柱网类型的工程量比选。由表可见，当采用筏板+15m抗拔桩时，在基础用钢量方面及基础砼用量方面，大柱网方案超过大小柱网，而大小柱网方案的桩长用量更多。当采用筏板+12m抗拔桩时，在基础用钢量方面及基础砼用量方面，大柱网方案超过大小柱网方案，同时大柱网方案的桩长用量更多。对比发现，大柱网方案下，12m抗拔桩方案的桩长用量大于15m抗拔桩的桩长用量；大小柱网方案下，12m抗拔桩方案的桩长用量小于15m抗拔桩的桩长用量。综上所述，大小柱网的筏板+12m抗拔桩方案在基础用钢量和砼用量方面最优，且桩长用量相对最优。
4.3 承台+防水板方案的不同桩长比选
增加大小柱网的单节桩承台+防水板基础方案比选。桩长可按16m，持力层为8层土，其土层性质与24m桩长比选方案的持力层11层土相仿。8层土较厚，适宜作为桩端持力层。
16m的桩基选用图集《苏G/T25-2013》的ZH-40-15D，桩端持力层为8层粉质黏土夹粉土，单桩受压承载力特征值为800kN，桩数又受压工况控制。24m的桩基选用图集《苏G/T25-2013》的ZH-40-24D，桩端持力层为11层粉质黏土夹粉土，单桩受压承载力特征值为1300kN。
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表4为大小柱网桩承台+防水板的不同桩长工程量比选。由表可见，在大小柱网方案中，16m桩长方案的基础用钢量略小于24m桩长方案；而在基础用砼量和桩长用量方面，16m桩长方案的大于24m桩长方案。综上所述，大小柱网的16m桩长方案在基础用钢量和砼用量方面最优，且桩长用量与24m桩长方案增加不多。
5结论
在本住宅项目地下室方案比选中，选择大小柱网的大板方案在梁板柱钢筋用量和混凝土用量方面最优，同时控制地下室梁高较小有利于建筑方案和其他设备专业的管线排布。当项目选择筏板+抗拔桩方案时，大小柱网的筏板+12m抗拔桩方案在基础用钢量和砼用量方面最优，且桩长用量相对最优。当项目选择承台+防水板方案时，大小柱网的筏板+16m抗拔桩在基础用钢量和砼用量方面最优，且桩长用量相对增加不多。
参考文献
[1]周佳伟, 邓汉荣. 鹤山名门项目地下室抗浮设计与分析[J]. 建筑结构, 2020, 50(11): 103-107, 102.
[2]周明荣, 周芬娟, 邹波雯. 地下室抗浮设计措施[J]. 建筑技术, 2015, 46(6): 565-567.