【从“工程匠”到“工程师”】应对上海设计审查（３）

白纬

　　白纬从事工业与民用建筑设计四十多年，感觉自己的工作像是“工程匠”，并不需要多少创意，只要套用教科书与规范上的规定就可以了。

　　直到白纬在复合桩基设计与计算方面有所感悟后，才开始感觉自己这个工程师可以说是名副其实的了。

 

　　土建设计人员都有应对设计审查的经历与经验。就软土地区而言，外地设计单位设计上海地区工程后的设计审查，相对最难应对。其实这不是上海人排外，工程师只以数据讲话，很少地域歧视。而是因为上海地区的地基规范独树一帜，并且在软土地基设计方面领先于全国。何况上海设计审查人员还会以上海设计单位的标准，衡量外来设计人员的设计。

　　上海还存在不少设计顾问公司，在为业主咨询工程设计项目的同时，按优化金额获取一定比例的奖励。因此当年外地设计人员在设计上海工程时，就必须适应这种竞争的氛围。

　　白纬工作的单位进入上海设计市场后，就多次遇到这个问题，而且主要问题就集中在地基基础设计方面。同事们很不适应设计审查人员与设计顾问公司“刁难”，凡是没有让白纬参加设计的工程，没有不“栽跟斗”的。

 

       　　 　一、荒唐的初步设计

　　1996年1月，设计院接来上海浦东开发区某物流公司高架仓库工程，老板是新加坡人。

　　高架仓库的库区为单层，面积5600平方米，上部结构为钢结构，要求室内地坪高出室外1.3米；三层办公楼面积1300平方米，为钢筋混凝土结构。

　　高架仓库的货架区设固定货架（货架平面尺寸为1.2米×1.1米），每个货架自重0.6吨，载货60吨。每条排30个货架，长66.8米。由此可得货架区的活载为每平方米2.7 吨。

　　高架仓库的装载区每30吨堆货的平面尺寸为1.2 米×1.1米，由此可得装载区的活载为每平方米2.27 吨。

　　由于固定货架高14.4米，装卸所用的叉车需要举高10余米，因此对地面挠度和倾斜的要求较高。

 

　　院里安排于工做某物流公司高架仓库的初步设计，

　　于工的初步设计是将高架仓库的地板设计成无梁楼盖。每根1.2米长的方柱承台下布置一根边长0.35米、30米长的预制桩，共一千多根，承台之间不设基础连梁；柱间距4×4米，方柱上搁置8厘米厚的预制平板当做模板，上浇筑30厘米厚的钢筋混凝土。

 

　　院里组织的初步设计会审，白纬也受邀参加。

　　白纬发言说：“我觉得这是一个造价较高而且风险又很大的设计方案，看下来主要的大问题有四个：

　　“一个柱子下放一根预制桩，这千把根预制桩中，必然出现桩偏位十多厘米的情况，那如何解决？

　　“四米见方的预制平板仅仅采取点支承，风险太大，因此预制板必须与短柱焊接，而最后放下去的那块平板的焊接难度不小；

　　“整个工地短柱林立，吊车开不到里面去，每块4米见方、8厘米厚的预制平板重3.2吨，只能完全靠人力搬运上去，难度太大了；

　　“还有，对照地质勘察报告，桩端持力层有一定起伏，现在选择的30米桩长（单桩承载力85吨）有不少没有达到指定的持力层，因此按初步设计的桩顶标高与桩长，单桩承载力只有70吨，达不到设计要求的85吨。”

　　于工说，改用钻孔灌注桩应该能够解决桩偏位的问题。

　　白纬说：“上海钻孔灌注桩的最小直径是0.55米，一根直径0.55米、30米长的钻孔灌注桩，代替一根边长0.35米、30米长的预制桩，造价将增加多少可以算出来的。业主会同意吗？”

　　大家听了后，都觉得于工的这个初步设计方案应该大改，但是因为业主要求的限期已到，已经来电话催过记此了，于是决定先发给业主。

　　后来听说，某物流公司老板（新加坡人）认为设计院的初步设计造价太高（5000万美元），要压到3000万美元，要求重做。因此这份初步设计只能作废，应收的另一半初步设计费只收到20%。

 

          　　 二、接手设计，要求推翻初步设计

　　某物流公司高架仓库进入施工图设计阶段，院里安排白纬接手。

　　项目负责人介绍说：“我们修改后的初步设计第二稿，是底层的架空板采用现浇梁板式结构，板厚12厘米，沿货架支座设主梁，货架的荷载通过主梁与柱子直接传至基础承台，每根柱子下布置一根32米长的预制方桩，单桩承载力90吨，共660根桩。

　　“业主看了后，认为这种结构布置方式不妥，因为梁板结构一旦成型，货架就无法重新布置。而仓库是出租给人家的，因此货架的布置不可能永久固定不变。

　　“于是，我们的初步设计第三稿再改成4米×4米的现浇梁板式结构，板厚为25厘米，按货架与货物对4米单向板的各种荷载组合，得到板面活载为每平方米4吨，因此每根柱子下布置一根32米长预制方桩，单桩承载力90吨，共660根桩。

　　“但是，施工单位看了图纸后提出，现浇梁板式结构的板底比室外地坪仅高出1米左右，梁板浇筑完成后模板的拆除十分困难。我们认为可以隔一段距离留出一个洞口，供拆除模板用。这个洞口下的模板就留下来不拆算了。

　　“业主还提出，要求我们设计的桩基础控制沉降在2.5厘米以内，以便保证货架不至于因为沉降差而发生倾斜。”

 

　　白纬经过计算后，找到项目负责人，说：“我以前设计过冷库，而冷库就是典型的高架仓库。以前冷库的基础就是条形承台梁下布置轴线桩，承台梁上砌筑地垄墙，然后架设预制板。

　　“现在我就参照冷库基础的做法，按柱跨的一半4米间距设单向桩承台梁，桩承台梁下沿轴线布置边长0.35米、32米长预制钢筋混凝土方桩，单桩承载力90吨；承台梁上砌筑地垄墙，地垄墙上架设13厘米厚的单向预制板，预制板上浇筑10厘米厚的后浇层，形成叠合板。预制板可承受施工荷载每平方米2吨，能够满足施工要求。竣工后的23厘米厚叠合板可满足每平方米4吨活载的使用要求。      

　　“地垄墙上架设预制板可省去板底的模板，施工人员不必蹲着施工；预制板的重量可通过调整板宽来满足人工搬运的需求，又不影响架空板下地坪的施工。我认为这是个结构合理、施工方便的方案。而且比初步设计的基础造价降低约100万元。

　　“至于业主要求的沉降控制在2.5厘米以内，我按上海民用设计院提出的明德林应力公式法计算，采用32米长预制钢筋混凝土方桩，桩数381根，桩顶荷载约68吨，仓库中心的计算沉降值为3.6厘米，4米跨度间在各种荷载组合下的沉降差小于1厘米，能够满足使用要求。如果按业主的要求，沉降控制在2.5厘米，则桩长需要加到45米左右，桩数不变，桩造价将增加40%。我个人认为没有必要。”

　　总工看了白纬的桩位图后说：“你这个方案的桩用得太少了，只有初步设计660根桩的58%。这样的话我们无法向业主解释，于工初步设计的桩位图为什么要用这么多的桩。”

　　白纬解释说，“于工初步设计的单桩承载力为90吨，实际桩顶荷载约50多吨；我设计的单桩承载力为90吨，实际也只用到约70吨。因此这个工程实际上是被沉降要求控制的，再增加桩数，也没有意义。总不能人家‘拆烂污’，让我来擦屁股吧？”

　　总工听了也无可奈何。

　　业主看了白纬关于基础的报告后，发来传真说，他们认为沉降太大，希望控制在2.5厘米以内。

　　白纬回复说：“货架高度14.4米，叉车举高10 余米。因此对地面平整度的要求较严。但是，这实际上并非对仓库的平均沉降要求有多么高，而是对沉降差和地板挠度要求高。采用32米长预制钢筋混凝土方桩，虽然最大计算沉降为3.6厘米。但是上海地区高层建筑桩基达到沉降稳定的时间需要3～5年，而对于以活载为主的仓库，则达到沉降稳定的时间将更长些。在这几年的时间里，完全可以采用在货架底脚加设垫片的方式，调整货架的倾斜。当然，如果业主坚持要求沉降控制在2.5厘米，愿意多花钱，我们这儿当然应该满足要求，预计桩长需要增加到45米，也就是说，基础造价将再增加约40%。”

　　业主看了白纬的回复后，表示接受他的意见。

　　高架仓库竣工后，情况良好。后续运行情况，业主并未通报给设计院。

　　1996年上海尚未施行设计审查制度，不过从1992年或更早起，上海每年都会对设计单位的工程项目组织抽检。白纬在上海工作时就经历过几次。

　　1998年6月，上海设计质监站委托上海某设计院对白纬单位在上海设计的几个工程进行年检。

　　后来上海设计质监站工程年检的整改通知书来了：

　　白纬设计的上海浦东开发区某物流公司高架仓库工程基础部分，没有任何问题；但是仓库屋盖是由外国人按外国规范计算的，不符合规定，因此让设计单位与质监站联系。

 

　　　　　　　　三、经验与教训

　　1、某物流公司高架仓库工程的活荷载为每平方米4吨，远大于仓库的结构自重，且分布不均匀。因此计算沉降与沉降差时，应考虑各种荷载的组合，其中有可能出现的、对桩基础沉降最不利的荷载组合，是整个仓库一半满载，另一半空载。全国地基规范推荐的“实体深基础法”，无法用来计算这种荷载组合的沉降差。

　　上海市标准《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999的条文说明第6.4.2条指出，不能用“明德林应力公式法”计算建筑物的不均匀沉降。理由是这种算法不考虑上部结构的刚度，与实际的不均匀沉降存在很大差异。如计算点任意选取，可能得到互相矛盾的结果。

　　不过，对高架仓库工程而言，不考虑单层仓库上部结构的刚度是可行的。因此采用明德林应力公式法计算各种荷载组合下的沉降与沉降差，应该可作为参考。

　　2、实际上冷库就是一种典型的高架仓库，而且冷库的基础设计要求远高于一般高架仓库，冷库的架空板下还应考虑通风、防止地基土冻胀等问题。

　　某物流公司高架仓库工程建于20世纪90年代后期，设计人员一般很少接触到冷库的设计与施工，也很少接触冷库的架空板基础设计, 对叠合板的设计与施工也了解不多，因此将高架仓库的底层作为一层楼面来设计，也很正常。

　　白纬只是占了在八十年代就接触过冷库的设计与施工这个先手。

　　此外，上海关于软土地区桩基沉降的积累与研究，在全国是领先的，白纬在上海从事土建设计十一年，因此对软土桩基的设计方面就多了一些的经验与见识。