青岛华润万象汇 (原名为青岛正阳特易购生活购物中心) 项目位于山东省青岛市城阳区靖城路与正阳中路交汇处, 原项目地下2层 (局部地下3层) , 地上4层 (局部5层) , 结构屋面高度为23.950m, 平面尺寸为174.5m×66.5m, 总建筑面积为93 271.62m²。主要功能:地上为商业建筑, 地下为设备用房、超市及停车库。原项目于2012年完成设计, 2015年主体施工完毕并通过了验收, 原项目现状照片如图1所示。2016年原项目由华润置地接手后更名为青岛城阳万象汇, 对原商业部分进行了加固改造, 且在原纯地库部分上加建了一栋新的商务酒店。新增建筑为地上10层, 首层层高为5.60m, 二层层高为5.20m三层及以上层高均为4.70m, 建筑总高度为48.40m;地下2层, 是利用原车库进行改造的, 地下一层层高为5.5m, 地下二层层高为4.7m, 新增建筑总建筑面积约为8 080.5m²。新增建筑效果图如图2所示。

　　 工程设计使用年限为50年, 建筑结构安全等级为二级, 地基基础设计等级为乙级, 建筑抗震设防等级为重点设防类^[1], 地面粗糙度类别为B类, 建筑场地类别为Ⅱ类。

　　 原项目结构设计在2012年完成。2016年进行加固设计时, 《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2001) 变更为《建筑抗震设计规范》 (GB 50010—2010) ^[2]、《建筑结构荷载规范》 (GB 50009—2001) (2006年版) 变更为《建筑结构荷载规范》 (GB 50009—2012) ^[3], 同时《中国地震动参数区划图》 (GB 18306—2001) 也变更为《中国地震动参数区划图》 (GB 18306—2015) ^[4]。受上述新旧规范的影响, 结构改造前后设计参数对比如表1所示。

　　 从表1可以看出, 上述各新规范对结构的指标及构件配筋等要求都有所提高。

　　 新增商务酒店是在既有地库加建的建筑, 其标准层结构平面布置如图3所示。

　　 原地库柱网为8 400×8 400的矩形柱网, 柱截面为800×800, 框架梁截面为600×700, 次梁为“艹”字形布置, 次梁截面为300×600, 柱混凝土强度等级为C60, 梁板混凝土强度等级为C40。新增建筑的大部分柱网为6 400×9 100, 新增建筑的柱网及梁格布置与原车库的柱网和梁格布置成45°交叉布置, 地库新增柱截面为700×1 000, 柱混凝土强度等级为C50;地上柱截面从下往上为600×900～600×800, 框架梁截面为300×700, 次梁截面为200×700, 混凝土强度等级:柱为C40～C30, 梁板为C30。新增建筑上部结构竖向及水平构件与原车库结构完全不重合, 给地库加固改造带来很大困难。

　　 根据本工程上述特点, 在选择上部结构形式时, 不仅要考虑到地上结构布置的合理性, 还要考虑到加建建筑的竖向构件与原有地库结构的关系, 尽量减少地下部分的拆改及加固改造量, 同时也要兼顾地下改造工程的可实施性。为此, 分别对框架结构 (三排柱框架、四排柱框架) 、框架-抗震墙结构及抗震墙结构三种结构方案进行了对比分析。经分析认为:采用抗震墙结构或框架-抗震墙结构时, 抗震墙在穿过原地库结构时, 截断了较多的水平构件, 现场施工改造量相对较大, 不建议选用;采用三排柱框架结构时, 中间柱的轴力较大, 对基础的改造影响较大, 承载力难以满足要求, 不建议选用, 最终确定选用四排柱框架结构形式。新增框架柱与原车库柱的位置关系示意如图4所示。

　　 根据岩土工程勘察报告, 基底标高以下各层地层岩性及其特点自上而下依次为: (11) 黏土:褐黄色, 可塑～硬塑, 含少量中粗砂, 该层土体干强度高, 具中等压缩性。 (12) 中粗砂:褐色、饱和, 中密～密实, 饱和, 砂砾以长石、石英为主要矿物成分, 以中粗砂为主。 (16) 强风化泥质粉砂岩:浅紫～棕红色, 风化较强烈, 岩体为极破碎的极软岩, 岩体基本质量等级Ⅴ级。 (17) 中风化泥质粉砂岩:棕红色, 泥质结构, 层状结构, 岩体为较完整的极软～软岩, 岩体基本质量等级Ⅳ～Ⅴ级。岩土层物理力学参数如表2所示。

　　 本工程原建筑基础形式为桩基承台+防水底板, 承台厚度1 000mm, 防水板厚为500mm, 承台与防水板底平, 原基础布置如图5所示。桩基采用直径500mm螺旋钻孔灌注桩, 桩长8.5～9.0m, 桩底持力层为 (17) 中风化泥质粉砂岩, 入 (17) 中风化泥质粉砂岩2.5～3.5m, 桩极限端阻力标准值5 600kPa, 单桩抗压承载力特征值1 000kN, 单桩抗拔承载力特征值400kN, 混凝土强度等级C30。防水板基底为 (11) 黏土, 地基承载力特征值f_ak=260kPa。

　　 根据工程特点, 选取以下四种基础形式进行对比分析, 分析内容如表3所示。

　　 经分析后确定, 在原基础下加桩的设计方案, 受现场条件限制较大, 施工难度大、安全性低、对原防水板破坏较大, 本工程未予采用, 最终确定基础形式选用筏板基础。

　　 基础加固设计时应最大限度地利用和保留原结构, 改造施工过程中继续利用桩承载力, 原承台和底板不予破坏;通过对新建建筑荷载与地基承载力的初步分析, 新建建筑的平均总荷载与 (11) 黏土的地基承载力相当。施工过程中、桩破坏前, 桩承载力不足部分由桩间土承担, 当荷载达到桩极限承载力时, 桩破坏, 但桩破坏后新增筏板基础下地基承载力仍能满足设计要求。

　　 新增筏板基础是直接在原防水板上浇筑而成的, 筏板板厚h=1 300mm。新增筏板基础与原有防水板之间采取凿毛、涂刷截面剂、增设短钢筋等措施加强新旧基础底板间的连接, 原承台与新增筏板基础钢筋采取植筋或焊接的方式进行连接, 确保与新增筏板基础协同受力。

　　 由于本工程基础埋深大, 宽度较大, 基础沉降机理复杂, 在上部荷载的作用下, 桩-筏板-地基土体形成相互作用的整体, 分析计算中应考虑地下室结构-桩筏基础-地基土的协同作用。本项目采用计算软件YJK1.8.2及PLAXIS分别进行建模计算, 建模时考虑地下室结构刚度的影响, 地下室部分外墙、楼板、柱均按实际尺寸建模, 所有桩基均按实际布置建模, 地基土层分布及上部结构均按实际情况建模。基础计算模型如图6所示。

　　 本工程在上部加载时, 桩的实际受力情况具有较多不确定因素, 难以准确判断桩身破坏时的承载力, 即使桩身破坏, 桩依然具有类似CFG桩的有利贡献。为确保筏板基础设计的安全, 分别按以下五种工况进行计算分析, 见表4。其中, 工况一和工况二为实际建筑受力情况, 工况三至五为假设的不利计算工况。

　　 按以上五种工况对桩和筏板沉降值、平均地基反力、筏板最大内力和桩对筏板的冲切分别进行了计算, 计算结果见图7和表5。其中工况五为假定的极限状态, 计算结果显示, 在此工况下, 桩的竖向承载力已超过了桩身强度, 桩发生破坏, 退出工作状态, 筏板基础作用于天然地基上, 基础沉降同工况四, 故没有给出此工况的基础沉降图。

　　 从以上分析可以得出以下结论:

　　 (1) 工况一的桩最大沉降为9mm, 工况二的基础最大沉降为15mm, 施工过程中最大沉降差为6mm, 远小于规范限值78.8mm, 故认为此沉降差对上部结构影响在可控范围内。

　　 (2) 工况一和工况二为实际建筑受力情况, 其计算结果可作为筏板配筋的依据, 工况三至五为假设的不利计算工况, 建议其计算结果作为筏板受力计算的设计参考值。基于偏安全设计, 将工况一至三对应的筏板内力包络值作为筏板配筋依据。

　　 (3) 冲切计算时, 同时考虑原有500mm厚防水板作用, 经计算各工况均可满足抗冲切要求。

　　 新增建筑较原两层地库荷载增加较多, 且基础形式变更为筏板基础, 经5.2节计算可知筏板最大沉降约15mm, 经查原设计地库基础沉降值约9mm, 新旧建筑交接处存在沉降差, 设计时对新增建筑外扩一跨范围内的原地库结构的梁截面及配筋进行加大处理, 以确保新旧建筑交接处传力及协调作用的延续性。

　　 本工程抗浮设计水位绝对标高11.50m (标高±0.00处绝对标高为14.100m) 。

　　 原地库基础采用桩基承台+防水底板的结构形式, 如图5所示, 承台与防水板底平, 防水板底相对标高-13.200m (相对于绝对标高0.9m) , 抗浮水头高度约10.6m, 该部分整体抗浮不满足要求, 原设计中采用了抗拔桩+配重的方式解决此问题, 抗拔桩的单桩抗拔承载力特征值R_a=400kN, 防水底板上配重覆土厚度为1m。

　　 改造后, 基础采用筏板形式, 且上部有10层的主体结构作为配重, 新增建筑范围内的整体抗浮可以满足要求。本工程的难点在于施工期间的降水处理及施工过程中施工顺序对抗浮的影响。

　　 依据本场地水文地质条件及基坑开挖深度, 本基坑降水采用大口径井点降水方案。降水井井径为600mm, 滤水管管径为400mm, 降水井间距取8～10m。基于本基坑形状呈“扇”形, 基坑北侧、东侧补给源大小不一。因此, 对于补给源较大的基坑外侧 (北侧) 降水井加密布置, 降水井间距为8m, 其余侧降水井间距均为10m;同时在施工中利用收集到的有关水文地质资料、抽水试验成果再作适当调整。降水井平面布置示意如图8所示。

　　 此次降水主要针对地下水及承压水和地表潜水。为了防止因上部开挖降荷导致地库的配重不足, 从而造成地库整体上浮, 在正式开挖前, 须将肥槽内的水位降至基地以下0.5m处, 方可开挖施工。

　　 根据工程特点, 制定合理的施工顺序, 施工顺序及施工过程中降水要求如下:1) 先施工基础部分, 施工过程中不应挖除原车库顶板覆土配重, 不应拆除原车库顶板及地下一层楼板。施工基础时需挖除原车库防水板上覆土, 此时应采用降水措施, 保证水位控制在绝对标高9.50m以下。2) 筏板基础施工完后, 方可拆除地下一层楼板, 进行车库顶板加固改造, 此时, 现场水位要控制在7.5m以下, 才能去除车库顶板覆土进行施工, 直至施工至地上五层后方可停止降水。

　　 考虑到新增建筑范围内原防水板在上部结构加固施工过程中, 可能会因施工和不均匀沉降等原因产生裂缝而导致原防水板底防水层破坏。因不剔除原防水板且板底防水层若破坏不好修复, 故在基础筏板加固设计时, 采取了疏水排水措施。利用原防水板顶1 000mm的覆土高度, 在新增筏板周边设置了PVC多孔管及排水板, 排水板外圈设连续排水沟, 将新增筏板及周边范围内可能出现的渗漏水引入排水沟, 汇入集水坑内;同时新增筏板采用防水混凝土。通过以上措施, 确保了地库的正常使用。防水做法如图9所示。

　　 为确保新增筏板基础与原防水板的共同作用, 对新增筏板与原防水板结合面进行凿毛、刷界面剂处理, 且间隔2 000×2 000加短钢筋连接, 如图10所示;新增筏板顶部钢筋应贯通设置, 钢筋遇原结构柱时做法如图11所示, 当筏板底筋遇原基础承台时, 筏板钢筋植入原基础承台内。

　　 原地库楼板均采用主次梁结构形式。因原结构轴网与新增建筑轴网呈45°交叉布置, 框架柱穿过地下两层楼板时, 大部分在板中间穿过, 连接较弱, 仅个别柱落在原框架梁处, 与结构梁连接 (且为单向) , 板柱节点处无法保证水平荷载及地震力的有效传递, 柱的侧向支撑刚度较弱。为确保原结构梁板与新增柱的可靠连接, 需对板柱节点进行加强设计;同时兼顾到轴网的交叉, 新增柱处加梁不易实现, 故在板柱交接处借鉴了柱帽的做法, 对柱穿过的楼板 (一个板格范围内的楼板) 加厚至600mm (图12) 。各种节点做法如图13～15所示。

　　 (1) 应合理选用加建建筑的基础形式, 基础设计应综合考虑桩土共同作用及各荷载工况的影响, 改造后筏板基础的分析表明, 地基变形和地基承载力均满足规范要求, 基础设计安全可靠。

　　 (2) 基础设计应考虑多方面的影响, 不仅要满足结构设计需要, 还应综合考虑基础方案的可实施性及经济性, 本文设计的筏板基础方案大大减少了地下部分拆除及加固改造量, 降低了成本, 提高了施工安全性和可操作性, 缩短了工期, 提高了经济效益。

　　 (3) 加固设计与施工顺序密切联系, 应结合合理的施工顺序, 制定合理的计算模型, 综合考虑施工各工况进行包络设计。