厦门财富中心地上43层，地下5层，大屋面结构高度186.5m。本工程采用全钢结构，地上主楼采用带有加强层的钢管混凝土柱框架－钢支撑结构体系，地下室采用钢管混凝土柱框架结构，采用全逆作法施工。本文对财富中心地下室及基础结构设计中的关键问题，如基础设计、基坑维护、全逆作法施工、地下室结构体系、大直径扩底灌注桩、无粘结预应力抗拔桩等进行了介绍和探讨。本工程已于2010.10完成全部结构施工，缩短施工周期9个月左右，综合经济效益明显。

 1. 工程概况

厦门财富中心位于厦门岛内鹭江道轮渡东侧，项目南侧为建行总部大厦，西北面为原鹭江道老城区建筑，与鼓浪屿隔海相望，自然景观资源丰富。厦门财富中心地上43层，地下5层，建筑总高度192.320m，大屋面结构高度186.500m，总建筑面积89126m2（不含避难区面积），其中地上建筑面积为66200m2， 占地面积1670m2。一层为大堂及商业，14、24层为设备层及避难层，层高4.800m，其它层均为办公，层高4.200m。该建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，结构抗震设防烈度为7度（0.15g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.35s，弹性计算结构阻尼比0.02。该建筑地面粗糙度类别为A类，结构强度计算基本风压0.95kN/m2（100年），结构位移计算基本风压0.80kN/m2（50年）；地下室基础埋深23.0m，地下水位对混凝土无腐蚀性。

2. 地下室结构体系及设计

基础设计

本地块原设计为地下二层、地上二十八层的框架－剪力墙结构，建筑总高度约100m，原设计桩基及基坑维护桩已于1996年完成施工。原设计工程桩采用直径1000mm的冲孔灌注桩，桩端持力层为强风化或中风化花岗岩，主楼范围灌注桩满堂均匀布置，桩间距为3000mm。由于业主对工期的迫切要求，本工程最终设计为全钢结构、采用全逆作法施工，以较大提高施工进度。

本工程主楼结构形式为钢管混凝土柱框架－钢支撑结构体系，地下室部分采用钢管混凝土柱框架结构体系，由于采用全逆作法施工，桩基础设计为“一柱一桩”。根据类似工程的经验，采用全逆作法、全钢结构施工时，地下室底板的浇注一般会晚于上部结构封顶的时间（本工程上部结构封顶时间为2010年7月，地下室底板浇注为2010年10月）。因此，本工程基础设计时应分别考虑施工阶段和正常使用阶段的不同受力。施工阶段结构荷载均由柱下大直径灌注桩承担，此阶段上部荷载组合为恒载、活载及10年一遇风荷载，其中恒载为结构自重及设备管线荷载，未考虑建筑面层荷载，活载为施工荷载1.5kN/m2。由于施工阶段采取了降水措施，此阶段大直径灌注桩设计时未考虑水浮力影响。由于本工程风荷载值较大，部分框架柱风荷载产生的柱底轴力值与恒载作用下轴力值相当，桩基设计时考虑风荷载的组合为最不利组合，这一点与大部分工程不同，设计时需注意。

本工程基础设计时考虑地下室底板与原有设计老桩连接，以利用原有老桩的部分承载力。正常使用阶段（风荷载为100年一遇）桩基设计需分析地下室底板下大直径灌注桩的二次受力及原有老桩的受力。本工程通过美国CSI公司的楼板有限元分析软件SAFE对地下室底板的受力进行分析，框架柱的上部荷载输入为正常使用阶段主楼框架柱桩底荷载与施工阶段的柱底荷载的差值，底板考虑水浮力的作用。桩基处模型中输入弹簧刚度，桩弹簧刚度采用分层总和法计算其等效弹簧刚度和压缩常数，桩端变形考虑为桩自身压缩变形和桩端10m强风化岩的压缩变形之和；正常使用阶段与施工阶段的上部荷载增量通过地下室底板的刚度调节在原设计老桩和大直径灌注桩之间分配。根据分析结果可知，框架柱附近的老桩大约能承担正常使用阶段荷载增量的10%左右。地下室底板配筋根据模型计算内力得到。

基坑维护

由于场地地处厦门老城区繁华路段，场地红线离周边民宅最近处仅有5m左右，基坑维护设计对周边环境保护要求较高。综合场地各方面因素，最终采用地下连续墙同时作为地下室外墙“两墙合一”的做法，本工程基坑维护设计由上海申元岩土工程有限公司完成。本工程地下连续墙厚1000mm，插入深度为31.4m，地下室基坑坑底深度22.4m，插入深度比为1.455，地下连续墙需同时满足施工阶段和正常使用状态的受力。同时，结合逆作法施工，利用地下室楼面结构作为基坑水平支撑，而不用单独设置基坑维护支撑。因此，本工程的基坑维护方式具有经济性好、有效缩短工期及对周边环境影响较小的优势。地下室楼板开洞处采用设置楼面支撑梁及加强洞边梁的方法进行加固。原设计支撑梁为型钢混凝土梁，由于施工难度较大，地下一层及以下层修改为钢支撑梁。由于基坑离周边民宅的很近，施工过程中需做好周边环境变形监测。

逆作法施工

根据业主对施工进度的要求，本工程采用全逆作法设计施工。首先施工灌注桩，地下室范围孔径为3200mm左右，主要考虑钢管柱牛腿尺寸及安装的操作空间。灌注桩施工完毕后，安装钢管柱定位器及钢管柱。地下室深度约为23.0m，因此地下室范围采用两段钢管柱拼接。为保持钢管柱的侧向稳定性，在地下室每层楼层处设置图3所示混凝土环梁。

钢管柱出地面后开始基坑开挖，施工±0.000m层结构楼板，同时钢管柱继续向上拼装，同时施工上部楼层结构，整个逆作法施工流程如下图。由图可知，采用逆作法施工时，地上及地下可以同时施工，大大缩短了施工周期。本工程2009年2月开始桩基施工，2010年7月结构封顶，整体工期较常规的施工方案节省周期至少半年以上。本工程逆作法的施工工序详见附图5，具体为：首先施工地下连续墙、灌注桩，首层土开挖至-2.950m标高，中间主楼区域采用盆式挖土，挖土至-7.050m，坡度1：2，四周留土护壁宽度不小于10m，施工一层及地下一层主楼区域结构梁、板、出土口、进料口及楼板开洞区域加固，施工挖土平台梁、板、布置挖土机械；然后同理依次施工地下室各层楼面结构，同时施工主楼地上结构；待开挖至基坑底面后应立即浇筑200厚素混凝土垫层，施工地下室底板，其中消防电梯、消防集水井开挖时应注意坑壁稳定。

由于上部钢结构施工速度较快，逆作法施工时，需考虑上部结构施工速度与地下室施工速度的协调。本工程结构设计时需考虑不同施工阶段工况的模拟，以确定地下室的施工进度。

地下室结构体系

考虑到与钢管混凝土柱的连接及施工的方便，地下室楼面结构体系为钢梁－组合楼板。本工程逆作法施工地下室时，地下室各层楼面结构同时作为周边地下连续墙的水平支撑。因此，地下室楼面结构设计时，除正常使用和施工阶段的楼面竖向荷载以外，尚应考虑周边地下连续墙附加的环向压力的影响。此荷载值由基础维护设计单位提供，需根据逆作法的施工工序提供各楼层的最不利荷载值。本工程采用ETABS计算程度对地下室的受力进行分析，楼板、外墙均采用壳单元，地下连续墙底部仅考虑Z向的约束。

本工程地下室楼板结构设计时，次梁及框架梁跨中截面按考虑楼板有利作用的组合梁设计，框架梁支座截面按纯钢梁设计。为节省造价及增大楼层建筑净高，框架梁受力较大的端部截面采用竖向加腋和水平加腋的变截面设计，此时应验算框架梁端部及变截面处承载力值。图8为地下室框架梁柱典型节点。

大直径扩底灌注桩

本工程采用逆作法施工，灌注桩采用“一柱一桩”布置。由于单桩承载力要求较高及逆作法的施工工序需要，本工程灌注桩桩身直径较大，主楼范围灌注桩直径为2.7m~3.0m，桩端扩大头直径为4.2m~6.8m，纯地下室部分灌注桩直径为1400mm。大直径灌注桩设计时桩端和桩侧承载力计算应考虑尺寸折减系数，同时桩截面尺寸较大，灌注桩自重亦不能忽视。为提高桩承载力及减小沉降，本工程大直径灌注桩采用桩端及桩侧后注浆技术，后注浆的注浆量及承载力计算可根据文[4]得出。

大直径超长灌注桩的施工是保证其质量的重要环节，在施工过程应根据土层条件确定护壁的施工进度以保证安全。施工过程中应做好降水及设置通风设备以保证孔内空气质量。为保证桩的垂直度，每浇注完三截护壁后必须进行一次桩中心位置及垂直度的校核工作。后注浆施工时应合理布置注浆管，控制注浆流量和注浆压力，并随时观察周边土层的状态。

大直径灌注桩承载力较大，其试桩方法是一个需要解决的问题。本工程主楼灌注桩最大竖向承压承载力特征值为51000kN，若采用传统的静压堆载法试桩难以实现。本工程大直径灌注桩的试桩采用了文[5]预埋荷载箱的自平衡法和深层载荷板试验两种方法。桩身质量检测采用了取芯检测及声波透射法检测。

无粘结预应力抗拔桩

本工程为五层地下室，地下室底板底标高为-23.2m，抗浮设计水位标高为-0.95m，水浮力标准值为220KPa，抗浮设计在地下室设计中尤为重要。地下室外墙设计为地下连续墙“两墙合一”，施工时采用了墙侧后注浆，以消除泥浆护壁的不利影响。地下室抗浮设计时可考虑地下连续墙侧摩阻力对周边框架柱抗浮设计的有力影响。根据地质报告提供的数据，按保守计算，地下连续墙提供的侧摩阻力特征值为15kPa，可节省抗拔桩20根，节省造价约180万元。

地下室抗拔桩直径1400mm，抗拔承载力特征值为4200kN。按普通灌注桩设计时，满足承载力及裂缝宽度验算的桩身纵筋为5425，桩身纵筋配筋率高达1.72%。考虑到预应力对轴心受力构件裂缝控制的显著效果，本工程抗拔桩桩身采用无粘结预应力技术以节省造价，桩身纵筋为1825 及预应力筋6×5Us15.2。本工程采用无粘结预应力抗拔桩，共可节省钢筋约50%，节省造价约 250万元。无粘结预应力抗拔桩的设计节点大样如图4。

结论

1. 本工程采用全纲结构、全逆作法施工，缩短施工周期9个月左右，综合经济效益明显。结合逆作法施工，利用地下室结构楼板作为基坑水平支撑，而不用单独设置基坑维护支撑。本工程的基坑维护方式具有经济性好、有效缩短工期及对周边环境影响较小的优势。

2. 采用全逆作法施工，结构设计需分析施工阶段及正常使用阶段等不同工况的结构受力情况，合理进行基础设计及地上结构设计。同时，由于地上结构施工进度较快，设计时需考虑不同施工阶段工况的模拟，以确定地下室的施工进度。

3. 地下室结构设计时，次梁及框架梁跨中按考虑楼板有利作用的组合梁设计，框架梁支座处按纯钢梁设计，其端部采用竖向加腋和水平加腋的变截面设计。本工程按此进行设计，钢梁部分节省造价约 ，同时地下室净高可增大。

4. 主楼桩基为一柱一桩的大直径扩底灌注桩，桩身直径3m左右，桩端扩底直径最大6m左右，在民用建筑中较为少见，设计和施工时需充分考虑。本工程5层地下室，水浮力大，采用无粘结预应力抗拔灌注桩可大大减小桩身配筋，节省造价，可作为类似工程的参考。