Bentley岩土工程解决方案助力最高摩天大厦地基设计

Bentley岩土工程解决方案助力最高摩天大厦地基设计

项目团队借助Bentley应用程序，无需使用多个软件平台，节省了工时

复杂的地层与结构为地基施工带来挑战

Arup  Singapore  Pte.  Ltd.是总部位于伦敦的Arup  Group  Ltd.的分公司，该公司在全球范围内提供工程、建筑、设计、规划、项目管理和咨询服务，在143个国家/地区都有项目开展经验。GuocoLand (Singapore) Pte.  Ltd.与Arup  Singapore签订合同，为新加坡最高的摩天大厦提供土木工程和结构服务。

总投资32亿新加坡元的国浩大厦前身为丹戎巴葛综合发展大厦，包括一座64层、290米高的商住两用楼、一座中层酒店、一座六层商业裙楼和一个三层地下室，可直接通往已建成的大众捷运（MRT）车站。该项目规模庞大、结构复杂，且位于新加坡繁华的中央商务区的中心地带。

项目初始阶段，开发人员意识到面临着岩土方面的巨大挑战。该地区地层包括白云岩、石灰岩、泥岩、砂岩和页岩，具有很高的渗透性，并且构成成分有很大差异。地下室和地基开挖的大量土方会带来周围区域土体变形的风险。

由于在已经非常拥挤的空间中进行更多的地下空间开发，新加坡地方当局要求地铁结构的位移在任何方向上最大不得超过15mm，而地铁结构需要在整个施工过程中持续正常运行。此外，距施工场地仅20米的一排商户的最大移位不得超过25mm。“这些商店已有百年历史，被视为新加坡的文化特色。”Arup  Singapore高级岩土工程师Ei  Sandar  Aung  Win表示。

借助gINT进行深度开挖

Arup  Singapore确定该项目将需要使用可靠的岩土工程解决方案对地下地层条件进行详细分析，帮助团队建造坚实的地基，以解决开挖对老旧结构的影响。但是，团队完成该项目的时间很紧迫。为了克服这一挑战，Arup  Singapore部署了Bentley的gINT岩土工程和地质环境软件来管理整个工程中的数据。借助gINT，项目团队考察了复杂的沉积岩层，使岩土工程师更详细地了解开发中任何给定区域的土壤特性。此功能还帮助工程师确定每个区段所需的特殊测试，帮助团队负责人轻松将发现结果传达给项目相关人员。在完成地面调查工作后的短短一周内，该团队就能够编制一份完整的岩土工程勘察报告，对所有土体特性和地面风险进行评估。

gINT研究表明，地面状况良好。但是分析还表明，这座290米高的摩天大厦需要深挖地基，以避免影响附近地铁车站的筏板地基。理想情况下，地基会将对地面的影响降到最低，且具有足够的弹性，能让摩天大厦的施工正常进行。Arup  Singapore选择了筏板与大量地桩结合使用的设计。“结合使用筏板可以进一步优化桩，保证大厦的沉降保持在可接受范围内。” 工程师表示。

在施工阶段，承包商提出了有序开挖的流程，将开挖区域分为几个子区域：地铁车站两个子区域，大厦和酒店各一个子区域，这样可适当控制围护墙的挠度和施工速度。但是，这将对土体位移和初始设计预测产生重大影响。

准确预测土壤特性以简化设计

Arup  Singapore将来自gINT和实际现场勘察记录的数据直接导入到PLAXIS中，以创建地层模拟并完善初始设计，这有助于项目团队使用通过PLAXIS  2D  SoilTest输入的数据，更准确地预测土体应力和地表变形。借助PLAXIS  3D，项目团队可以更有效地考虑拟定的桩-筏地基、分阶段开挖和现有结构之间的复杂相互作用。Arup  Singapore使用独立三维模型作为整体地基模型的补充，通过现场荷载测试数据进行校准并模拟各个桩的性能。此外，借助PLAXIS  3D的迭代功能，Arup  Singapore可以更准确地计算土壤值，并提供符合实际情况的筏板作用，从而预测大厦随时间的沉降。

Arup  Singapore利用PLAXIS一体化的土壤和结构响应解决方案，节省了人工时，并且避免了使用多个软件平台。该组织还使用该软件证明，开挖影响和受影响范围将小于常规分析预测的程度。这些结果加速了交付过程，并且免除了评估影响和加固工程的需要。

设计工作开始后，由于场地限制，承包商要求Arup  Singapore省略原本的土堤和某些斜角撑。为了满足此要求，项目团队分析了现场数据并将其与PLAXIS中的模型进行比较，确定在没有这些功能部件的情况下设计仍然可行，而不需要其他加固措施。

内置传感器使土体位移远低于规定的限制

Arup  Singapore在施工中和施工后持续使用特殊仪器（例如，在筏板下安装扁平腔体、压力计和应变仪）来衡量地基性能。这些仪器显示，借助PLAXIS的三维建模，即使开挖位置距离车站墙壁只有6米，Arup  Singapore仍可以将地铁结构的移位保持在10mm以内。此外，周围区域的地面沉降保持在20mm，也远低于地方管理部门要求的标准。在PLAXIS  3D中整体评估桩-筏模型，有助于优化桩的贯入深度，并将钻孔桩上的荷载减少30％至35％。此外，考虑到地上和地下结构的不均匀性，该模型还使Arup  Singapore优化每个荷载区筏板的厚度。

国浩大厦综合建筑群于2016年完工，该大厦已成为新加坡的地标性建筑之一。该项目展示了岩土工程应用程序和其他先进技术可以推动工程创新，Arup  Singapore的分析和设计经验为未来的类似项目提供了有益参考。