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[摘要]随着建筑行业的不断发展，建筑工程的优化设计已经成为投资方的重要关注对象。建筑结构设计不仅要做到安全可靠，还要做到经济效益的最大化。本文以温州地区某大型仓储建筑结构设计为例，讲述了本工程在设计过程中的基础设计优化过程。
[关键词]基础；设计；优化
1、工程概况
本工程为一幢5层高层仓储建筑，一层层高5.4m，二～五层5.1m。项目用地面积11939.5m2，仓储总建筑面积39997.33m2。工程位于温州某工业区内，属于二期用地项目建设。仓储建筑南临已建3#生产车间，北临大型皮革交易市场（多层），东临通行道路，西临园区内职工宿舍。建筑平面尺寸為110m×71m，上部结构主要柱网尺寸为9m×10m。建筑楼地面均布活荷载一层地面：15kN/m2；二层一五层：10kN/m2。建筑内一层标高0.000，室外地坪标高-0.900。
2、地质概况
根据勘探揭露，场地勘察深度范围内各土层主要为：2粘土层、2-1淤泥、2-2淤泥质粘土、2-3粘土、3圆砾、4粘土、5圆砾、6粘土、7含粉质粘土角砾、8粘土、g含角砾粉质粘土、10全风化凝灰岩。场地上部土层主要为第四纪全新统表层粘土、淤泥、含粉质粘土碎石层，均不具备单独做基础持力层条件；中部地层为黏性土、圆砾、含粘性土碎（角）砾石互层，可组合作为本工程拟建建筑物的桩基础持力层；下部基岩层埋深相对较深。
3、初步基础方案
基础采用C30机械钻孔灌注桩基础，桩径600mm，有效桩长59m，同时要求桩端进入持力层6-粘土层≥1.2m为控制条件，单桩竖向承载力特征值为1400kN，桩数858根。柱下独立承台，主要为9桩承台，承台高度1.7m，主要部分承台顶标高为-1.000。一层主框架梁（350x1300）兼基础联系梁联系。
4、基础梁、承台优化
初步设计为常规设计，考虑到本工程体量较大，整体性较好，除周边承台按原方案外，其余桩承台均可改为高承台，桩顶标高由-1.000改为-0.050（同一层地面标高）。调整后，由于考虑承台影响，一层主框梁的计算跨度大幅先减小，一层主框架梁均由350x1300改为350x900，节约了大量的混凝土和钢筋用量。此次土方开挖方面节约了近60万元费用。
5、桩基方案的调整
预制桩能充分发挥土层端承力和侧阻力，桩身质量易于控制，与钻孔灌注桩相比，具有运输吊装方便、施工速度快、对周边环境污染少、造价低等特点。本工程场地距北面皮革交易市场约15m、距西侧为宿舍楼约9m，距南侧为3#车间约10m、东侧为市政道路及地下管线，挤土效应和振动效应明显，易对周边建筑物和市政工程造成不良影响。
机械钻孔灌注桩在施工过程中基本无噪音、无振动，无浓烟排放，对环境的影响小。灌注桩没有桩接头，避免了处理桩接头的过程，对桩的整体受力也较好。钻孔灌注桩在桩长、桩径及持力层确定和选择上自由度较大，但造孔须采用泥浆护壁，对环境污染较大，地基土承载力发挥较差，基础造价较高且施工周期长，单桩承载力受施工影响较大等特点。
地勘上建议采用机械钻孔灌注桩，这也是常规上的选择。不过由于本工程规模较大，机械钻孔灌注桩和预制桩的费用会在工程造价上占据极具分量的地位。我们会同甲方、施工单位、监理等有关单位经过多次讨论，充分研究了本工程实施预制桩方案的可行性。为了尽可能减小对临近建筑的影响，我们选取的有效桩长56m长的预应力管桩，桩数为722根。节约造价的前提是必须保证工程的安全，为此我们编制了控制桩基施工对邻周建（构）筑物影响的防护方案。
防护方案主要有如下几个方面：
1）桩基施工由两台桩机同时进行，采用隔跳打法，每台桩机每天施工2-6根，每天总数量一般不超过8根，按划定区域施工。靠近临近建筑的区域严格控制打桩速度，如2鼻机的3区、4区、5区每天上午和下午各打1根桩，1#机-6区每天数量控制在4个以内。
2）在房屋四周根据具体情况设置1.5m宽1m-1.5m深和2m宽1.5m-2.0m深的防震沟。沟内布设孔径500mm，孔深30m，间距1.5m-2m的单排和双排释放孔。孔内设加强的30m长毛竹笼。毛竹笼分节放置，以防塌孔。
3）采取加强的监测措施：密切监测已建、在建建筑物动态，适时调整打桩顺序、数量、采取相应措施。防挤沟外侧3m每隔10-15m设置一个观察点，做好记录，施工单位应请建设单位和监理单位认可，及时观察水准变化。施工期间每天观测不于一次，并书面上报监理单位。监测内容为管桩施工时隆起和水平位移量，如有异常情况停止施工。并通报建设单位和监理单位共同采取措施。本工程采取自行监测和建设单位委托第三方监测相结合，根据第三方监测单位提供的监测数据，适时调整打桩顺序和打桩数量。初步监测位移报警值3mm/天就暂停施工，当累计到一定程度出现异常（建筑物裂缝、地面隆起、投诉等）时也要暂停，施工单位应及时和监测单位、设计、甲方、监理联系、分析和采取应急措施。
4）编制桩基施工应急预案：包括发生坍（倒）塌事故措施、应急预案和周边建筑物、道路、管线破坏措施、预案。
根据初步设计，采用C30、600径钻孔灌注桩，有效桩长59m，单桩承载力特征值1400kN，桩数858根，桩基费用约为1524万元。调整后，采用PC600-110A预应力管桩，有效桩长56m，单桩承载力特征值1600kN，桩数722根，桩基费用约为870万元。此项调整，节约了工程造价654万元，产生了非常巨大的经济效益。
6、单桩承载力的提高
本工程位于温州某工业区内，园区内地质情况变化较为均衡。为此，我们充分比较了同类地区以往的多个工程项目的地质报告取值情况和试桩结果。在结合设计的实践经验的基础上提出提高单桩承载力特征值的要求，建议单桩承载力特征值由1600kN提高至2200kN。经过设计前试桩，承载力均能满足要求。桩数再一次大大减少，不仅能有效控制对临近建筑的影响可能性，而且进一步降低了工程造价。本次调整仍采用PC600-110A预应力管桩，有效桩长改为55m，单桩承载力特征值改为2200kN，桩数573根，桩基费用约为678万元。
总结：
本工程基础部分设计经过多次的优化，仅已知部分的造价估算已节省了900万元以上，创优设计效果非常显著。这也启发我们为了更好的满足人们的要求，适应社会的发展，我们必须要对我们的结构设计进行不断优化。
通过不断加深结构理论的认识和总结工程的实践经验，茌合理设计方式的选择和各方共同努力下把我们的结构设计成果做到安全、合理并且尽可能发挥出最佳的经济效益。
[关键词]基础；设计；优化
1、工程概况
本工程为一幢5层高层仓储建筑，一层层高5.4m，二～五层5.1m。项目用地面积11939.5m2，仓储总建筑面积39997.33m2。工程位于温州某工业区内，属于二期用地项目建设。仓储建筑南临已建3#生产车间，北临大型皮革交易市场（多层），东临通行道路，西临园区内职工宿舍。建筑平面尺寸為110m×71m，上部结构主要柱网尺寸为9m×10m。建筑楼地面均布活荷载一层地面：15kN/m2；二层一五层：10kN/m2。建筑内一层标高0.000，室外地坪标高-0.900。
2、地质概况
根据勘探揭露，场地勘察深度范围内各土层主要为：2粘土层、2-1淤泥、2-2淤泥质粘土、2-3粘土、3圆砾、4粘土、5圆砾、6粘土、7含粉质粘土角砾、8粘土、g含角砾粉质粘土、10全风化凝灰岩。场地上部土层主要为第四纪全新统表层粘土、淤泥、含粉质粘土碎石层，均不具备单独做基础持力层条件；中部地层为黏性土、圆砾、含粘性土碎（角）砾石互层，可组合作为本工程拟建建筑物的桩基础持力层；下部基岩层埋深相对较深。
3、初步基础方案
基础采用C30机械钻孔灌注桩基础，桩径600mm，有效桩长59m，同时要求桩端进入持力层6-粘土层≥1.2m为控制条件，单桩竖向承载力特征值为1400kN，桩数858根。柱下独立承台，主要为9桩承台，承台高度1.7m，主要部分承台顶标高为-1.000。一层主框架梁（350x1300）兼基础联系梁联系。
4、基础梁、承台优化
初步设计为常规设计，考虑到本工程体量较大，整体性较好，除周边承台按原方案外，其余桩承台均可改为高承台，桩顶标高由-1.000改为-0.050（同一层地面标高）。调整后，由于考虑承台影响，一层主框梁的计算跨度大幅先减小，一层主框架梁均由350x1300改为350x900，节约了大量的混凝土和钢筋用量。此次土方开挖方面节约了近60万元费用。
5、桩基方案的调整
预制桩能充分发挥土层端承力和侧阻力，桩身质量易于控制，与钻孔灌注桩相比，具有运输吊装方便、施工速度快、对周边环境污染少、造价低等特点。本工程场地距北面皮革交易市场约15m、距西侧为宿舍楼约9m，距南侧为3#车间约10m、东侧为市政道路及地下管线，挤土效应和振动效应明显，易对周边建筑物和市政工程造成不良影响。
机械钻孔灌注桩在施工过程中基本无噪音、无振动，无浓烟排放，对环境的影响小。灌注桩没有桩接头，避免了处理桩接头的过程，对桩的整体受力也较好。钻孔灌注桩在桩长、桩径及持力层确定和选择上自由度较大，但造孔须采用泥浆护壁，对环境污染较大，地基土承载力发挥较差，基础造价较高且施工周期长，单桩承载力受施工影响较大等特点。
地勘上建议采用机械钻孔灌注桩，这也是常规上的选择。不过由于本工程规模较大，机械钻孔灌注桩和预制桩的费用会在工程造价上占据极具分量的地位。我们会同甲方、施工单位、监理等有关单位经过多次讨论，充分研究了本工程实施预制桩方案的可行性。为了尽可能减小对临近建筑的影响，我们选取的有效桩长56m长的预应力管桩，桩数为722根。节约造价的前提是必须保证工程的安全，为此我们编制了控制桩基施工对邻周建（构）筑物影响的防护方案。
防护方案主要有如下几个方面：
1）桩基施工由两台桩机同时进行，采用隔跳打法，每台桩机每天施工2-6根，每天总数量一般不超过8根，按划定区域施工。靠近临近建筑的区域严格控制打桩速度，如2鼻机的3区、4区、5区每天上午和下午各打1根桩，1#机-6区每天数量控制在4个以内。
2）在房屋四周根据具体情况设置1.5m宽1m-1.5m深和2m宽1.5m-2.0m深的防震沟。沟内布设孔径500mm，孔深30m，间距1.5m-2m的单排和双排释放孔。孔内设加强的30m长毛竹笼。毛竹笼分节放置，以防塌孔。
3）采取加强的监测措施：密切监测已建、在建建筑物动态，适时调整打桩顺序、数量、采取相应措施。防挤沟外侧3m每隔10-15m设置一个观察点，做好记录，施工单位应请建设单位和监理单位认可，及时观察水准变化。施工期间每天观测不于一次，并书面上报监理单位。监测内容为管桩施工时隆起和水平位移量，如有异常情况停止施工。并通报建设单位和监理单位共同采取措施。本工程采取自行监测和建设单位委托第三方监测相结合，根据第三方监测单位提供的监测数据，适时调整打桩顺序和打桩数量。初步监测位移报警值3mm/天就暂停施工，当累计到一定程度出现异常（建筑物裂缝、地面隆起、投诉等）时也要暂停，施工单位应及时和监测单位、设计、甲方、监理联系、分析和采取应急措施。
4）编制桩基施工应急预案：包括发生坍（倒）塌事故措施、应急预案和周边建筑物、道路、管线破坏措施、预案。
根据初步设计，采用C30、600径钻孔灌注桩，有效桩长59m，单桩承载力特征值1400kN，桩数858根，桩基费用约为1524万元。调整后，采用PC600-110A预应力管桩，有效桩长56m，单桩承载力特征值1600kN，桩数722根，桩基费用约为870万元。此项调整，节约了工程造价654万元，产生了非常巨大的经济效益。
6、单桩承载力的提高
本工程位于温州某工业区内，园区内地质情况变化较为均衡。为此，我们充分比较了同类地区以往的多个工程项目的地质报告取值情况和试桩结果。在结合设计的实践经验的基础上提出提高单桩承载力特征值的要求，建议单桩承载力特征值由1600kN提高至2200kN。经过设计前试桩，承载力均能满足要求。桩数再一次大大减少，不仅能有效控制对临近建筑的影响可能性，而且进一步降低了工程造价。本次调整仍采用PC600-110A预应力管桩，有效桩长改为55m，单桩承载力特征值改为2200kN，桩数573根，桩基费用约为678万元。
总结：
本工程基础部分设计经过多次的优化，仅已知部分的造价估算已节省了900万元以上，创优设计效果非常显著。这也启发我们为了更好的满足人们的要求，适应社会的发展，我们必须要对我们的结构设计进行不断优化。
通过不断加深结构理论的认识和总结工程的实践经验，茌合理设计方式的选择和各方共同努力下把我们的结构设计成果做到安全、合理并且尽可能发挥出最佳的经济效益。