工程位于陕西省延安市北部新城中央核心区,项目用地由东、西两个地块组成,对称布局,位于新城中轴线东西两侧。每个地块东西长约120m,南北长约200m,地下满布单层地下车库,地上每个地块被十字形的两条商业主街划分为A(E),B(F),C(G),D(H)(括号外为东区组团编号,括号内为西区组团编号)四个组团。每个组团均由两个内院来组织建筑单体。组团内各建筑单体在2层以连廊相连。地块内建筑以2层为主,局部3层。结构采用出挑的方式将连廊断开,形成相对规则的结构单元。本工程鸟瞰图如图1所示。

　　 延安新城地区原为丘壑地带,经削山填沟之后形成了相对平整的场地。该项目位于深厚的填方区,其中拟建东区场地回填土最大厚度为85m,平均回填厚度约为55m;拟建西区场地回填土最大厚度为70m,平均回填厚度约为45m。回填方式均采用机械分层碾压,要求压实系数不小于0.93。回填前对原地基土采用强夯方式进行了加固处理。回填土之下原状土为黄土。在勘探深度范围内均未见地下水。

　　 典型土层剖面如图2所示(因回填土较厚,勘察单位按30m控制孔深度并进行勘探取样,图中“/”前的数值为埋深值,“/”后的数值为绝对标高值)。场地内各层土的物理力学性质指标见表1。场地大面积回填施工结束时间为2013年10月,项目设计时间为2015年4月。

　　 在如此深厚的回填土之上建设项目,国内尚无可参考的先例。地勘报告中亦反复提示风险。依据《延安新天地商业街区岩土工程勘察报告》(简称勘察报告)所述,“由于场地位于大面积填方区,最大填方厚度85m,平均填方厚度约为55m,填筑完成距今仅18个月,建议对拟建场地地表沉降是否稳定进行专门评估,满足设计要求后再行建设”。“由于场地大部分属于填方场地,填方区目前尚未完全固结稳定,建议在填方变形稳定后再开始上部工程建设,本报告中有关地基基础方案等方面的分析都是在假定填方区地表变形已经稳定的前提下进行的。”

　　 虽然本工程单体层数仅有2～3层,但所有单体均分布在一个东西宽114m,南北长200m的地下车库之上。如何使较大体量的车库安全地坐落于如此深厚回填土上需要充分考虑以下几个问题:1)如何减小地基土的沉降;2)如何减小地基土沉降对建筑物的影响;3)如何减小不均匀沉降对建筑物的影响。

　　 截止设计开始时,东区地块共有6个地表沉降监测点(图3(a)中D1～D6),监测点下填土厚度介于26.0～80.5m,平均填土厚度为64.2m;累计监测天数介于500～506d;最后100d(由于项目启动,场地沉降观测停止于2015年6月)的沉降量介于2.9～22.9mm,平均沉降量为15.7mm;最后30d的沉降量介于0.4～9.9mm,平均沉降量为4.8mm。西区地块共有11个地表沉降监测点(图3(b)中X1～X11),监测点下填土厚度介于27.1～67.2m,平均填土厚度为52.7m;累计监测天数介于315～510d;最后100d的沉降量介于5.9～14.7mm,平均沉降量为11.4mm;最后30d的沉降量介于1.4～5.7mm,平均沉降量为3.3mm。监测点布置如图3所示,对排布为直线的监测点沉降数据进行对比,结果见图4。

　　 通过对比分析可知,东区最大变形点为D3,沉降值为42.9mm;东区相邻点变形差最大为36mm,出现在D3,D4之间;西区最大变形点为X10,沉降值为26.8mm,西区相邻点变形差小于10mm。东区沉降差较大,后文以东区为例进行分析。东区D3,D4两点间距离为50m,沉降差与距离之比为0.000 7,在地基规范 ^[1]允许范围以内,这也为后文中将车库划分为边长不超过60m的区块提供了依据。

　　 结合勘察报告提及的“对拟建场地地表沉降是否稳定进行专门评估”这一情况,在设计单位建议下,由建设方牵头组织专家组对场地地表沉降进行了评估,得出以下主要结论:

　　 (1)新天地商业步行街、社区服务中心及鲁艺文化商业步行街三处建筑将开创延安新区在黄土高填方区建设的先河,具有一定的试验研究性。

　　 (2)根据监测单位数据预测,从2015年5月15日(会议召开时间)起,场地剩余沉降量可按300mm考虑,回填土较浅处可按20mm考虑(此沉降范围为与会专家根据已有沉降观测数据趋势预估的最终沉降范围)。

　　 (3)地基处理方案:开挖后满布强夯,上敷1.5～2m厚灰土垫层,平面处理范围为现有建筑基础外扩4m。

　　 (4)建议基础形式为梁筏基础,加强结构整体刚度、适当设置沉降缝、控制建筑物长度、减小不均匀沉降对建筑的影响。

　　 专家组意见认为在当时的情况下本场地在采取相应措施的前提下可以建设该项目,且将项目定义为试验性研究。专家组意见在后续设计环节中得到落实。

　　 经过对比分析勘察报告中给出的灰土垫层方案、孔内深层强夯法(DDC工法)复合地基方案及灰土挤密桩法复合地基方案,最终决定采用强夯+灰土垫层方案。具体做法为:2遍点夯+2遍满夯,点夯夯击能为4 000kN·m,夯点均为正方形布置,夯点间距4.40m,第2遍夯点位于第1遍夯点中心;满夯夯击能为1 000kN·m。处理范围为基础底板边外扩不小于4m。经夯实后表层再敷设2m厚3∶7灰土,并按压实系数不小于0.97进行分步压实处理。另外,为防止雨水或市政管道漏水等对地基黄土的影响,肥槽均采用3∶7灰土回填。强夯示意图如图5所示,基础边灰土垫层做法示意图如图6所示。

　　 整体沉降对结构的影响相对较小,但需要防止沉降过多影响建筑的使用。本工程采取的措施为:增加室内外高差;管线穿过地下室外墙时预留较大的空隙;在管线连接处采用柔性连接。

　　 不均匀沉降对建筑的影响较大,容易造成建筑物倾斜、开裂等后果。本工程地下车库面积较大,基础下方回填土厚度较深且尚未固结完成,回填土自身发生不均匀沉降的可能性较大,这会导致基础下方的反力与计算结果不符,从而影响结构安全。考虑到地下水位较深,为了减小地基土不均匀沉降的影响,本工程通过特殊构造节点将地下车库划分为8个块区以减小结构单元长度,以达到在相对较小的块区内沉降相对均匀的目的。并采取措施增加每个块区的刚度,如基础采用梁筏基础形式、提高上部结构刚度。

　　 下面阐述特殊构造节点和车库划分区块的措施。

　　 所谓特殊构造节点是指在区块相连处,通过对节点特殊处理后,使该节点能够在一定范围内转动,形成铰接式连接。在这种构造节点下,各区块可以在一定范围内相对自由的上下错动,从而将整个车库划分为最大长度约60m,宽度约50m的8个小车库,每个小车库对应上部商业的一个内院,从而实现减小不均匀沉降对建筑物影响的目的。

　　 车库划分见图7;基础底板特殊构造节点图见图8;车库顶板特殊构造节点图见图9;外墙特殊构造节点图见图10。

　　 计算分析铰接板两侧出现沉降差与对应的防水层延伸率的关系,进而通过延伸率是否满足防水卷材规范 ^[2]的要求判断防水层是否损坏。

　　 当铰接板沉降差值为Δh时,利用几何关系及参考日本“小林清公式 ^[3]”(式(1)),可按如下方法计算出防水层的延伸率δ。

　　 $\epsilon =\text{Δ}l/l(1)$

　　 式中:ε为防水材料变形率;Δl为基层裂缝宽度;l为防水材料裂缝宽度。

　　 铰接板跨度为8 190mm,板厚为500mm,防水层延伸值ΔL和沉降差值Δh的关系为:

　　 $\text{Δ}L=\text{Δ}h\times \frac{500}{8190}=0.06\text{Δ}h$

　　 则防水层的延伸率δ与沉降差值Δh的关系为:

　　 $\delta =\frac{\text{Δ}L}{30}=0.002\text{Δ}h$

　　 当沉降差值不超过150mm时,防水层的延伸率δ不超过30%,满足防水卷材规范 ^[2]要求。

　　 以西区为例,利用PKPM系列软件中的JCCAD模块,将划分的8个小车库及其上部的内院输入到程序中,并结合地形、地质条件,进行沉降计算,基础沉降结果如图11所示。

　　 场地的沉降观测由于场地平整、地基处理及基础施工等原因,于2015年6月中断。 建筑物的沉降观测起始于2016年8月部分区段基础施工完毕,结束于2017年3月装修工作启动之时。西区沉降观测点局部布置如图12所示,并选取其中跨越铰接板的东西及南北方向两排观测点数据进行分析,观测结果如图13,14所示。

　　 通过对比分析上述计算结果和沉降观测结果可得以下结论:

　　 (1)计算分析和沉降观测结果均反映出每个区块的沉降较大值出现在区块的边缘,沉降计算结果的最大值约为12mm,观测结果的最大值约为16mm。分析其中原因为回填土的回填质量及自身固结程度存在差异,目前的计算手段尚不能准确模拟。

　　 (2)每个区块在一条直线上的沉降观测点的沉降值基本成线性比例,表明区块的整体刚度较好,结构方案基本合理。

　　 (3)图14中两个区块在铰接板位置(G64,G74)出现明显沉降差,两者最大沉降差为7mm,表明铰接板设计理念发挥作用,达到了调节沉降差异的目的。

　　 自2016年8月开始进行建筑物沉降观测,截止2017年3月因故停止沉降观测时,沉降最大值为24mm,大多数点的沉降变化速率不超过0.04mm/d,沉降速率满足测量规范 ^[4]限值,但仍有个别点沉降速率大于0.04mm/d,可判断为沉降趋于稳定。

　　 目前本工程已完成机电安装及装修工作,除在铰接部位的拼缝处墙面抹灰有明显裂缝外(图15),其他处仅有收缩裂缝,并无较宽裂缝,表明上述处理措施是恰当的。

　　 本工程为在黄土高填方区建设项目的先例,通过采用特殊构造节点形成铰接板的方式,将车库划分为若干个独立区块,并采取相应措施增强每个区块的刚度,使每个区块可以相对自由沉降,从而在一定程度上消除了高填方区尚未固结完全的地基土的不利影响。从目前的工程效果看,上述处理措施是恰当的,其他类似工程可以借鉴。但选用此种方案时,应注意场地中地下水的影响,且在铰接位置做好防水措施,选用具有一定变形能力的防水材料,做好对雨水及生产、生活用水的隔离措施。