王 康

(廈門合立道工程設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 福建廈門 361009 )

1 工程概況

該工程地處河南省洛陽市新區(qū)，本文介紹的單體(下文簡稱為“西樓”)地上為35層商業(yè)及酒店，主體結(jié)構(gòu)高度(計(jì)算至主屋面)為165.95m(屋架高度180m)，地下室3層。地上面積約7.7萬m2，地下室面積約3.5萬m2。

建筑典型平面(圖1)，結(jié)構(gòu)布置典型平面(圖2)建筑效果圖(圖3)，剖面圖(圖4)。該棟建筑基礎(chǔ)底面以下地基土層依次為卵石層④、粉質(zhì)粘土層⑤、卵石層⑥、卵石層⑦，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告反映，地基土天然地基承載力特征值無法滿足上部主樓采用天然地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

本文主要介紹并分析西樓地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

圖1 建筑典型平面

圖2 結(jié)構(gòu)布置典型平面

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案確認(rèn)過程

根據(jù)建筑條件，可初步判定基礎(chǔ)開挖深度約為從現(xiàn)有地面往下17.0m(考慮3層地下室深度及基礎(chǔ)承臺、筏板厚度)，綜合考慮地下室荷載后，塔樓范圍每單位平方米的荷載標(biāo)準(zhǔn)值約800kN。

(1)現(xiàn)場工程地質(zhì)條件：受甲方委托，經(jīng)地質(zhì)勘查單位對建筑場地詳細(xì)勘察，塔樓主體范圍主要地質(zhì)情況如下：

①場地及其附近地段不存在全新活動斷裂、濕陷凹地、黃土溶洞、滑坡、崩塌、泥石流、采空區(qū)、地面沉降等影響工程穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害。20m深度范圍內(nèi)不存在地震液化條件，地基土不液化。依據(jù)洛陽市該地區(qū)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，基底以下土不具濕陷性，場地穩(wěn)定，適宜建筑。

圖3 效果圖 圖4 剖面圖

②場地各土層縱橫分布均較為均勻，如圖5所示；第一次提供的相關(guān)土質(zhì)參數(shù)如表1～表3所示。

圖5 典型地質(zhì)剖面

表1 天然地基土承載力特征值表

表2 天然地基土壓縮模量表

表3 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

(2)建議：擬建建筑主樓，可采用經(jīng)素混凝土樁處理后的復(fù)合地基筏板基礎(chǔ)，也可采用鋼樁或鉆孔灌注樁的樁筏基礎(chǔ)；裙樓和地下室，可采用天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)間設(shè)置沉降縫，盡可能保證主樓和裙樓間變形協(xié)調(diào)一致，避免主、裙樓間差異沉降過大。建議設(shè)計(jì)單位根據(jù)準(zhǔn)確的上部荷載進(jìn)行變形計(jì)算，確保建筑物強(qiáng)度和變形均滿足要求。

(3)塔樓主體各種建議方案及相應(yīng)的問題

①天然地基基礎(chǔ)方案，按照第一次提供的土層參數(shù)，卵石層④地基承載力修正后約為：

fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)

=500+3×10(6-3)+4.4×10(3.5-0.5)

=722kPa

與實(shí)際計(jì)算的基底反力極為接近。同時(shí)，考慮基底以下4m～6m深度分布有軟弱下臥層，該下臥層承載力及變形均無法滿足設(shè)計(jì)要求，故未經(jīng)處理時(shí)，不考慮該方案。

②樁基礎(chǔ)方案，采用地勘報(bào)告建議的樁基方案(鋼樁、鉆孔灌注樁)。鑒于該工程基礎(chǔ)承臺之下所揭示深度范圍內(nèi)，基本上全部為卵石層，根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)，成樁效率很低，樁基礎(chǔ)施工工期預(yù)估太長，無法滿足項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃，盡量避免采用該方案。

③復(fù)合地基基礎(chǔ)方案，第一次提供的地勘報(bào)告反應(yīng)的地基以下各土層的承載力及壓縮模量指標(biāo)均較小，使得地基處理所需的剛性樁間距較密、數(shù)量較多。地勘資料依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2002 CFG)[1]復(fù)合地基算法預(yù)估：采用直徑800mm的素混凝土樁，間距2.4m正方形布置，總樁數(shù)約630根，一定程度上依然存在上述第②點(diǎn)樁基方案所帶來的困難，但可以作為主要思路進(jìn)行深入探討。

(4)方案確定前準(zhǔn)備

綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性及項(xiàng)目開發(fā)周期等各方面因素，經(jīng)建設(shè)單位協(xié)調(diào)，地勘單位對現(xiàn)場基礎(chǔ)受力寬度、深度范圍內(nèi)的地基土層進(jìn)行精確的土工試驗(yàn)分析，對地勘資料相關(guān)土質(zhì)的技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下調(diào)整(表4～表6)。

表4 天然地基土承載力特征值表

表5 天然地基土壓縮模量表

表6 第⑤層粉質(zhì)粘土的高壓固結(jié)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

(5)方案的基本確定

充分利用基底之下各土層的天然承載力，重點(diǎn)考慮對軟弱下臥層粉質(zhì)粘土層⑤進(jìn)行相應(yīng)處理，使其達(dá)到傳力至下部卵石層的目標(biāo)。

3 主樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

從變形協(xié)調(diào)所需剛度出發(fā)，兼顧基坑大面積開挖的便利性，塔樓主體范圍筏板厚度設(shè)置為3.5m，其下地基土層為卵石④(分布于基底以下4～6m范圍)，通過地基承載力修正后，該層承載力特征值為：

fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)

=650+3×10(6-3)+4.4×10(3.5-0.5)

=872kPa

即該層及軟弱下臥層之下的深度影響范圍之內(nèi)的地基土層，均能夠滿足主樓地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求。

距離基底4m～6m深度以下存在0.4m～1.6m厚的軟弱下臥層粉質(zhì)粘土層⑤，現(xiàn)主要針對該下臥層進(jìn)行處理。

(1)設(shè)計(jì)思路

①鑒于該工程場地軟弱層“粉質(zhì)粘土⑤”厚度較小(0.4m～1.6m)，且分布均勻，從現(xiàn)有地面往下埋深約為22m～24m，該土層形成年代為第四系更新世，距今約300萬年～1萬年，長期受到上部土體自重(約400ka～500kPa)作用，在附加荷載下的變形量較小、穩(wěn)定性較好，擬采用素混凝土樁將超出該土層承載力的上部荷載傳遞到下部堅(jiān)硬土層，在計(jì)算承載力時(shí)可不考慮該土層的不利影響，同時(shí)復(fù)核基礎(chǔ)沉降時(shí)考慮該土層影響。

地基處理采用“旋挖鉆孔灌注樁”，樁身直徑為800mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級C30，樁長約12m(進(jìn)入軟弱層之下土層深度不少于6m)，單樁承載力特征值2600kN；樁采用四角形布局方式，樁頂與筏板基礎(chǔ)底面之間設(shè)置300mm厚的褥墊層進(jìn)行傳力及變形協(xié)調(diào)。地基處理方案布樁平面如圖6所示；剖面與土層關(guān)系示意如圖7所示。

圖6 素混凝土樁地基處理布置平面

圖7 素混凝土樁地基處理剖面示意

②設(shè)計(jì)時(shí)，將基礎(chǔ)承臺邊線外擴(kuò)，以達(dá)到降低基底承載力的目的；同時(shí)，一定程度上減少邊緣部位的沉降變形，降低與裙房及地下室基礎(chǔ)的沉降差。根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，SATWE標(biāo)準(zhǔn)組合(1.00×恒+1.00×活工況下)，基底荷載總值為2 370 735.33kN，筏板面積約為3372.04m2，單位面積平均附加反力為：

2370375.33/3372.04=702.95kPa

鑒于卵石層④未處理時(shí)承載力已能滿足要求，此處僅對下臥層⑤承載力進(jìn)行復(fù)核處理。下臥層承載力特征值為300 kPa，筏板底面以上原長期存在的土層厚度約16.9m，其覆土壓力約304.2 kPa，故超出下臥層部分的單位面積反力為：

702.95-300-304=98.95 kPa

超出部分總荷載為：

98.95×3372.04=333697.08kN

所需樁數(shù)為333 697.08/2600=128根，綜合考慮地基土的壓縮回彈、考慮樁體布置間距與承臺剛度的匹配、以及其它不可控因素，預(yù)留1倍左右的安全系數(shù)，實(shí)際布樁采用矩形布置方案，控制素混凝土樁軸心間距不超過4m，素混凝土樁總根數(shù)為237根，計(jì)算結(jié)果能滿足傳力需求。根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ塘坑?jì)算規(guī)則，該素混凝土樁部分的綜合造價(jià)約為：

P=237×12×(3.14×0.4×0.4×350+250)/10 000=85.8萬元

即使考慮褥墊層等其它措施，其造價(jià)也可控制在100萬元左右，經(jīng)濟(jì)效果極為顯著。經(jīng)測算，樁基部分施工周期可壓縮約60%以上，施工難度大大降低。

③經(jīng)計(jì)算分析，該棟建筑基礎(chǔ)沉降計(jì)算預(yù)估值約25mm～45mm(尚未考慮下臥層地基處理后變形模量的提高)，能滿足主體基礎(chǔ)對于變形控制要求。

(2)保障措施及驗(yàn)證手段

鑒于該工程所用的地基處理方式不同于現(xiàn)行規(guī)范《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2002)的相關(guān)內(nèi)容，需在地基處理后，即刻進(jìn)行相關(guān)檢測試驗(yàn)，以取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐。

①單樁豎向抗壓承載力檢測：選取3根樁進(jìn)行試驗(yàn)，典型試驗(yàn)曲線(圖8)，均滿足要求。

②復(fù)合地基承載力特征值檢測(淺層平板法)：選取6組試驗(yàn)點(diǎn)，典型試驗(yàn)曲線如圖9所示，均滿足要求。

③樁身完整性檢測(低應(yīng)變法)：Ⅰ類樁占比98.36%，Ⅱ類樁占比1.64%，滿足要求。

圖8 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)曲線圖

圖9 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)曲線圖

④合理確定地基處理的基樁樁長，使其穿越軟弱土層，有效錨入堅(jiān)硬土層。

⑤在主樓與裙房、主樓與純地下室間設(shè)置沉降后澆帶，以調(diào)節(jié)二者的沉降差異；同時(shí)，在主樓筏板與地下室防水板交接部位進(jìn)行構(gòu)造加腋加強(qiáng)。

4 工程現(xiàn)狀

截稿時(shí)，該工程已經(jīng)裝修完畢，并通過竣工驗(yàn)收，根據(jù)沉降觀測報(bào)告，為期1689d共28次對該棟建筑31個沉降觀測點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測：該樓沉降量最小值為11.90mm，最大值為14.40mm，該樓目前沉降速率為0.01mm/d。依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8-2016)[2]及《洛陽市建設(shè)委員會關(guān)于加強(qiáng)建(構(gòu))筑物工程沉降管理工作的通知》洛建〔2006〕327號文件的規(guī)定，最后100d沉降速率小于0.01-0.04mm/d作為穩(wěn)定指標(biāo)，可認(rèn)為該樓已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段(運(yùn)營階段待測)。

5 結(jié)論

(1)通過現(xiàn)場檢測，復(fù)核地基單樁承載力特征值可達(dá)到2600kN，復(fù)合地基承載力特征值可達(dá)到820kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)通過為期近5年的連續(xù)觀測，建筑沉降量最小值為11.90mm，最大值為14.40mm，沉降量及整體斜率滿足規(guī)范要求，目前沉降速率為0.01mm/d，已進(jìn)入穩(wěn)定階段。