范重大师：国内首个填海场地机场——厦门翔安机场T1航站楼基础与地下室设计

厦门翔安机场（图1）位于福建省厦门市厦门岛东北的大嶝岛海域，为区域性枢纽机场、国际货运口岸。场址三面环海，本期占地面积约14km ² ，机场利用周边海域吹填造地形成建设场地，填海总面积为8.23km ² ，是国内首个整体位于填海造地的大型机场。

航站区由T1航站楼、综合交通中心、停车楼、酒店、南北办公、能源中心等组成。T1航站楼由主楼、指廊和登机桥组成，总建筑面积约55万m ² 。T1航站楼总宽度约1300m，总进深约980m，其中主楼宽约468m，进深约354m，主楼地下室主要建筑功能为行李传输通道、设备管廊、出租车道和候车厅等，各个功能区基础底板标高不尽相同，基础底板标高关系复杂。

T1航站楼下穿轨道交通地铁3号线、4号线和城铁R1线，需要考虑轨道交通范围内主楼基础和下部轨道结构的相互影响，以及轨道下穿对T1航站楼振动的影响。

T1航站楼主楼地下一层，地上三层，局部带有夹层，见图2，主体结构采用钢筋混凝土框架结构体系，柱网尺寸为18m×18m。地下室部分因建筑功能的需求，底板标高在-2.300~-11.400m范围。

屋盖采用大跨度钢结构，根据不同区域建筑功能，支承屋盖柱的柱距为18～72m，屋盖中部船形天窗桁架由四个开花柱支承，屋盖最大跨度为72m，结构最大高度46.000m(不含悬挑屋脊部分），如图3所示。结构嵌固端位于首层地面，首层标高地面和楼面由无地下室区域结构底板和地下室顶板组成。

结构设计使用年限50年，结构耐久性年限为100年。地基基础设计等级为甲级，建筑抗浮设计等级为甲级，地下室防水等级为一级。在进行T1航站楼主楼基础和地下室设计时，要考虑复杂地质条件、结构超长和下穿轨道交通等多种因素的影响，复杂程度较高。

场地原始地貌属海岸阶地地貌单元，场地较为空旷。大小嶝岛造地工程采用吹填砂填海造地，形成面积约7.58km ² 陆域。T1航站楼与填海造地平面布置关系见图4。

吹填场地普遍存在松散泥砂层和原状海积淤泥层，在机场建设之前必须对场地进行地基处理。航站区采用堆载预压、插板排水和表层强夯地基处理方案，见图5。

为了减小工后沉降，在堆载预压的基础上，在T1航站楼区域进一步采用超载预压，超载高度为4~6m，见图6。从2016年开始进行T1航站楼区域地基处理施工，并于当年开始进行插入排水板施工、满载堆载和超载预压，至2019年开始陆续卸载，历时约3年时间。其中T1航站楼主楼堆载厚度为9.9~10.9m，堆载料为海砂，设计满载天数为180d，场地设计标准为30年工后沉降要求不大于15cm，地基承载力不小于120kPa。在进行场地地基处理时，强夯夯击能为4000kN·m。

根据地勘报告场地地基土在勘探深度范围主要为①填砂、②淤泥质土、③粉质黏土、④中砂、⑤残积砂质黏性土、⑥全风化花岗岩、⑦散体状强风化花岗岩、⑧碎裂状强风化花岗岩、⑨中-微风化花岗岩，场地岩土分布典型剖面见图7。其中，地表土层①填砂，土质较松软，本层在场地内均有分布，层厚3.70～21.00m；下覆土层②淤泥质土、③粉质黏土为高压缩性土层，力学强度低，厚度为0.60～5.10m。

场地位于抗震设防烈度7度区，经过地基处理后，①填砂层呈中密状态，密实度明显增大；②淤泥质土层的含水率、孔隙比均有 所减小，可视为固结状态；①填砂层和④中砂层由地基处理前的轻微液化变化为不液化土层。各层岩土物理力学参数见表1。⑦散体状强风化花岗力学强度较高，可作为沉管灌注桩的持力层；⑧碎裂状强风化花岗岩、⑨中-微风化花岗岩力学强度高，可作为冲/钻孔灌注桩的嵌岩持力层。抗浮设计的最高地下水位为室外设计地面标高以下0.50m。

根据地勘报告的建议，对于T1航站楼主楼，浅部地层不能满足承载力和变形要求，不具备天然地基的条件，采用桩基础方案。

采用大直径冲/钻孔灌注桩和沉管灌注桩相结合的方案。其中沉管灌注桩具有施工速度快、造价低的优点，但存在挤土效应和遇孤石成桩困难的情况，在施工过程中需要采取相应处理措施。大直径冲/钻孔灌注桩主要用于支承屋盖柱和邻近地下轨道交通区域等重要部位，沉管灌注桩主要用于荷载相对较小区域。通过桩端后注浆工艺，消除桩底沉渣，提高单桩承载力。

在T1航站楼主楼有地下室区域，采用抗拔沉管灌注桩和抗拔冲/钻孔灌注桩作为主要抗浮措施。T1航站楼桩基平面布置如图8所示。T1航站楼内部分横向管廊因为未与主体结构相连，荷载较小，故采用天然地基方案，以①填砂层作为基础持力层。本工程±0.000相当于1985国家高程基准9.550m。

先后开展了3批桩基静载试验 ^[8] ，包括8根桩径700mm抗压沉管灌注桩，5根桩径700mm抗拔沉管灌注桩和4根桩径1000mm抗压冲/钻孔灌注桩，试验结果见表2。

根据地勘报告提供的桩基设计参数和土层分布情况可以估算单桩承载力值，并结合试桩结果，确定桩的单桩承载力和桩长，具体见表3。抗压冲/钻孔灌注桩采用后注浆工艺以提高桩承载力。由于①填砂层固结未完成，桩长较短，故此应考虑①填砂层引起的负摩阻效应，抗压沉管灌注桩单桩竖向极限承载力标准值由7000kN（未考虑负摩阻效应）减小至6600kN（考虑负摩阻效应）。

沉管灌注桩与冲/钻孔灌注桩的混凝土强度等级均为C40，其中冲孔灌注桩采用水下混凝土强度。沉管灌注桩采用静压或者锤击施工工艺，成桩控制标准为静压力（贯入度）、进入持力层深度和有效桩长相结合的控制原则；冲/钻孔灌注桩按持力层深度进行成桩控制。T1航站楼桩基施工现场情况见图9，工程桩承载力检测结果均满足设计要求。

采用YJK（V2021-3.1.0版）软件进行T1航站楼基础沉降计算分析，计算模型见图10。计算模型考虑上部结构-基础-土的共同作用，因为板底①填砂层固结尚未完成，不考虑土对板底的支承作用。

最终沉降分析结果见图11。相邻柱下桩基沉降差均满足规范限值0.002L要求，轨道区域基础与相邻主楼桩基沉降差则控制在0.0015L以内。

截至2024年5月，T1航站楼沉降监测数据表明，主楼最大沉降11.45mm，其中3号线、4号线、R1线轨道范围最大沉降分别为5.16、6.81、6.94mm，见图12。综上，轨道结构与航站楼主体实际监测沉降差最大为6.29mm，小于沉降差控制限值0.0015L(L=9m)，进一步验证了基础设计的可靠性。

T1航站楼主体结构采用钢筋混凝土框架结构体系，地上楼层柱网尺寸为18m×18m。为了减小梁与板的截面尺寸，增强结构抗浮能力，地下室区域柱网尺寸改为9m×9m，采用钢筋混凝土框架结构体系。

在T1航站楼带有地下室的区域，通过基础底板将各桩承台连为一体，不再设基础拉梁；无地下室区域在桩承台之间设置基础拉梁。填海地基虽然经过处理，但固结尚未最终完成，工后沉降量仍然较大，难以满足T1航站楼使用功能的要求，为了避免后期地基变形引起地面与高大墙体开裂，保证室内地面防水可靠性，在基础拉梁之间设置现浇混凝土结构板。

T1航站楼主楼平面尺寸为468m×354m，为超长混凝土结构，温度作用下引起的混凝土收缩问题较突出。在地面以上，通过防震缝将混凝土结构划分为6个结构单元尺寸，最大结构单元平面尺寸为182m×180m。由于行李系统等大量设备放置在地下，地下结构防水要求很高，故整个T1航站楼地下不设结构缝。

为了避免地下超长混凝土结构开裂，本项目采用了如下抗裂措施：1）通过温度应力分析布置楼板预应力筋；底板、承台等大体积混凝土按60d强度作为设计和验收依据；2）在底板、首层板、地下室外墙混凝土中掺入适量聚丙烯纤维，可有效控制混凝土塑性收缩，限制裂缝开展、减小裂缝宽度；3）改善混凝土配比，加强混凝土施工和养护措施；4）在地下室外墙设置诱导缝，诱导缝间距不大于18m；5）底板和外墙及上部各层混凝土结构采用跳仓法施工，划分的每个仓格尺寸控制在40m以内，相邻仓格之间混凝土浇筑时间间隔不小于7d。

由于T1航站楼地下结构长度超过400m，而且与指廊之间也难以完全脱开，桩基础对水平变形约束作用较大，故提出在底板和地下室外墙设置具有后期变形能力的U形变形缝，其构造如图13和图14所示。该U形变形缝通过混凝土延迟封闭，可以释放早期混凝土收缩变形；通过U形缝受力变形，释放后期温度变形。此外，在T1航站楼主楼与指廊之间，均通过U形变形缝避免温度变形的影响。

在首层梁板与地下室底板U形变形缝相应的部位设置延迟后浇带。延迟后浇带封闭时间严格控制在其两侧混凝土浇筑完成3个月后且日平均气温不高于15℃时。T1航站楼主楼地下室顶板延迟后浇带/底板Ｕ形缝平面布置如图15所示。

本工程陆域由新近吹砂填海施工形成，针对吹填造地水土腐蚀性较强、结构耐久性要求高的特点，在T1航站楼基础设计时采取如下措施：

（1）粗细骨料

选用的粗细骨料要求如下：细骨料含泥量小于1.5%的级配良好的中砂（河砂或人工砂），细度模数不宜小于2.6；粗骨料最大粒径≤40mm，控制含泥量小于0.7%，且应进行级配优化，堆积密度应大于1500kg/m ³ ；碱骨料含量不大于3kg/m ³ 。外加剂中的氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.02%。

（2）密实度

保证地下结构耐久性最重要的措施是提高混凝土的密实度，可通过掺入大量矿物掺和料、添加高效减水剂等措施提高混凝土的密实度，最大水胶比为0.4。本工程桩身抗渗等级为P10，独立基础、承台和基础梁抗渗等级为P8。

（3）附加性能参数

高耐久性混凝土84d龄期氯离子扩散系数DRCM小于3.0×10 ^-12 m ² /s，56d电通量指标应小于1200C。

（4）表面防护

加大基础保护层厚度至70mm，对位于干湿交替环境下的地下结构构件的迎土面涂刷环氧沥青。

T1航站楼基础底板下方穿越地铁线3号线、4号地和城铁R1线，各轨道交通线路均为独立的隧道结构，在T1航站楼范围采用明挖法施工，地铁3号线、4号线在北侧末段局部采用预留远期盾构隧道。因为隧道结构最大宽度72m，宽度较大，横跨航站楼多个柱距。

经过多方案比较，在隧道投影范围内，主楼采用柱下独立基础，独立基础位于轨道交通隧道结构顶板之上，柱底部的受力通过隧道结构顶板与侧壁传至隧道结构下部的桩基础，如图16~18所示。柱下独立基础与隧道结构顶板构造不连接，避免上部T1航站楼结构与下部隧道结构相互影响。

在轨道交通隧道投影范围内，采用柱下独立基础方案，可以有效解决在隧道结构顶部设置大跨度转换结构时高度不足、造价过高的难题，大大节约了建造成本，非常适用于隧道结构与T1航站楼同步施工的情况。

柱下独立基础设计与岩石地基刚性独立基础设计方法相似，截面尺寸主要是受抗剪和抗冲切承载力控制。在独立基础区域，地下室需要通过压重平衡抗浮措施。

地铁隧道的基础以嵌岩桩为主。为控制与轨道结构相邻部位的差异沉降，T1航站楼在邻近轨道交通范围框架柱下采用大直径嵌岩桩。由于隧道外侧20m范围内不能采用冲击、振动等施工工艺，故在该范围内钻孔灌注桩采用旋挖钻成孔工艺。

对本项目地铁和城铁下穿T1航站楼进行了振动控制专题研究，地下站台位于综合交通中心，地铁和城铁分别以初始时速45km/h和40km/h进入T1航站楼。经过振动加速度分析和二次结构噪声分析，得到减振前后噪声和振动结果见表5，对轨道采用了添加钢弹簧隔振器的减振措施。

由于振动分析结果超过振动与噪声限值及测量标准的要求范围面积仅为684m ² ，主要集中在三层（国际出发层）的局部区域，故通过调整振动超过振动与噪声限值及测量标准要求房间的使用功能，即可避免轨道交通运行振动敏感区域的影响，因此T1航站楼在轨道交通投影范围可不采取竖向弹簧支座等减振措施，可以有效降低施工难度与工程造价。

项目信息

业主： 福建兆翔机场建设公司

建设地点： 福建省厦门市

设计单位： 中国建筑设计研究院有限公司

总建筑面积： 约55万m ²

设计时间： 2015~2021年