賀國(guó)華

（山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030020）

0 引言

近些年，隨著建設(shè)行業(yè)的步伐加快，適宜或不適宜建造高層建筑的位置均建造了大量的高層建筑。受場(chǎng)地條件限制，城市市區(qū)內(nèi)，許多位置不適宜建造高層建筑，為將利益最大化，如場(chǎng)地土質(zhì)較差，會(huì)使用人工地基，增加承載力，從而滿(mǎn)足設(shè)計(jì)高層建筑的需求。基礎(chǔ)作為地基和上部結(jié)構(gòu)的中間部位，承受著承上啟下的作用。若天然地基較差，使用樁基+筏基的方式可承受較大的豎向荷載，實(shí)現(xiàn)高層建筑的建設(shè)；若天然地基較好，也可單獨(dú)使用筏板基礎(chǔ)承受豎向荷載。因此在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)因地制宜的使用基礎(chǔ)型式。而當(dāng)前設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，但凡是高層建筑，往往均使用樁筏基，造成一定的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。因此在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告進(jìn)行驗(yàn)算，選擇合適的基礎(chǔ)型式。本文即根據(jù)某工程實(shí)例的基礎(chǔ)選型展開(kāi)分析，最終選擇較為理想的基礎(chǔ)型式[1-7]。

1 工程概況

某高層住宅樓，建筑總高約為90m，為地下三層、地上三十層的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑設(shè)計(jì)使用年限為50 年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)。該地區(qū)基本設(shè)計(jì)風(fēng)壓0.3kN/m2，雪壓0.1kN/m2；設(shè)防烈度為Ⅶ度，地震加速度值0.1g；第三組設(shè)防類(lèi)別為（丙）類(lèi)，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。

2 地質(zhì)情況及基礎(chǔ)方案

2.1 地質(zhì)情況

巖土工程勘察后得出預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁和人工挖孔樁三類(lèi)不同樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)該工程的地質(zhì)剖面圖和勘探孔柱狀圖，巖土層從下到上依次為：中風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、全風(fēng)化泥巖、含卵石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、素（雜）填土，擬將地基承載力特征值為300kPa 的強(qiáng)風(fēng)化泥巖層作為基礎(chǔ)持力層，中風(fēng)化泥巖層的天然單軸抗壓強(qiáng)度為5.5MPa，基床系數(shù)65MN/m3。本工程地下室相對(duì)標(biāo)高-16.7m，+0.000 標(biāo)高525.6m，預(yù)計(jì)筏板基礎(chǔ)厚度1.5m，筏板基礎(chǔ)底面相對(duì)標(biāo)高-18.2m。巖土工程勘察報(bào)告顯示，基礎(chǔ)大部分位于強(qiáng)風(fēng)化泥巖層，少部分可以深入到全風(fēng)化巖土層和含卵石粉質(zhì)黏土層；若基礎(chǔ)重心所在的強(qiáng)風(fēng)化泥巖層的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)值，部分黏土層經(jīng)過(guò)換填方式處理后，則該工程地基的承載力可以符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

經(jīng)對(duì)本工程的地勘報(bào)告進(jìn)行研究分析，認(rèn)為基坑較深，若地基基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁的形式則會(huì)帶來(lái)較大的安全問(wèn)題，因此該方式被排除，并提出四種基礎(chǔ)方案建設(shè)本工程主體結(jié)構(gòu)。

方案1：筏板基礎(chǔ)與大直徑剛性樁復(fù)合地基結(jié)合。

方案2：筏板基礎(chǔ)與高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁地基結(jié)合。

方案3：筏板基礎(chǔ)與天然地基結(jié)合。

參照該工程地質(zhì)勘探報(bào)告，根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告數(shù)據(jù)，分別采用上述四種方案對(duì)其中一個(gè)建筑單元進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）方案1：地基采用大直徑剛性樁是以強(qiáng)風(fēng)化—中風(fēng)化泥巖層為持力層，按照間距為3.0m 的三角形方式排列。剛性樁澆筑采用C20 素混凝土，樁直徑1.0m 樁長(zhǎng)至少5.0m，進(jìn)入持力層至少4.0m。經(jīng)過(guò)處理后地基承載力至少為600kPa，壓縮模量至少為22MPa；筏板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，厚度為1.5m，雙層雙向配φ22@160。

（2）方案2：高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁，直徑500mm，樁中心間距2.2m×2.2m，樁的長(zhǎng)度約為12.0m，持力層位于中強(qiáng)風(fēng)化泥巖層，樁端進(jìn)入持力層至少為11.0m，單樁縱向承載力為2000kN；筏板采用C40 混凝土，厚度約1.1m，雙層雙向配φ20@190。

（3）方案3：本工程若采用天然地基，參考地勘報(bào)告并經(jīng)計(jì)算，強(qiáng)風(fēng)化泥巖層的地基承載力特征值可以達(dá)到300kPa，經(jīng)過(guò)深度修正處理后地基承載力滿(mǎn)足規(guī)范要求。筏板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，厚度為1.5m，雙層雙向配φ22@160。

2.3 方案優(yōu)選

從施工勘察、工程難度、工期、造價(jià)和優(yōu)缺點(diǎn)等幾個(gè)方面對(duì)比以上三種基礎(chǔ)方案，專(zhuān)家對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行賦值打分，得出方案選擇順序，方案3 為最優(yōu)方案，其次是方案1，最后是2。

3 地基承載力修正和應(yīng)對(duì)方法

3.1 地基承載力修正

根據(jù)《建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50007—2011）》第5.2.3 條規(guī)定，當(dāng)基礎(chǔ)的寬度超過(guò)3m 或者埋深超過(guò)0.5m 時(shí)，且經(jīng)載荷試驗(yàn)或其他經(jīng)驗(yàn)值、原位測(cè)試得到的地基承載力特征值，應(yīng)按以下公式進(jìn)行修正：

式中：d-基礎(chǔ)埋置深度，m，原則上以室外地面標(biāo)高為基準(zhǔn)。實(shí)際取值有不同算法。若建筑地基位于填方整平區(qū)域，從整平地面標(biāo)高測(cè)算基礎(chǔ)埋深；應(yīng)先進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工再填土的區(qū)域，基礎(chǔ)埋深測(cè)算起點(diǎn)應(yīng)是天然地面標(biāo)高。采用筏基或箱形基礎(chǔ)的地下室，埋深測(cè)算應(yīng)以室外地面標(biāo)高為基準(zhǔn)；采用條形或獨(dú)立基礎(chǔ)的地下室，埋深測(cè)算應(yīng)以室內(nèi)地面標(biāo)高為基準(zhǔn)。根據(jù)上述規(guī)范，本工程的基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)從室外地面標(biāo)高算起；但是中庭純地下室位于主體結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，其地基為抗水板+獨(dú)立基礎(chǔ)，按《建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50007—2011）》理解，應(yīng)以地下室室內(nèi)地面標(biāo)高為基準(zhǔn)測(cè)算埋深。

《北京地區(qū)建筑基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范（DBJ11-501—2009）》第7.3.8 條規(guī)定，若高層建筑采用筏形基礎(chǔ)，確定其埋深時(shí)應(yīng)考慮到純地下室或外圍裙房會(huì)削弱建筑的基礎(chǔ)側(cè)限，應(yīng)根據(jù)純地下室或裙房與主樓基礎(chǔ)寬度之比，將純地下室或裙房的平均荷載折算為土層厚度作為基礎(chǔ)埋深。根據(jù)以上規(guī)定，本工程為純地下室，抗水板厚度為500mm，基礎(chǔ)屬于整體式筏板基礎(chǔ)，因此采用以下方法修正地基承載力：

方法1：以室外地面為基準(zhǔn)計(jì)算基礎(chǔ)埋深d，計(jì)算在最不利條件下，d=12.0m；得出地基承載力特征值fa=631.2kPa。

方法2：按上述規(guī)范進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算其埋深，純地下室配重計(jì)算得到d1=3.0m，塔樓外側(cè)d2=12.0m，則d=（3.0+12.0）/2=7.5m；則地基承載力特征值fa=501.6kPa。

修正公式中fak=300kPa；ηd=1.6；γm=18kN/m3；寬度修正不予計(jì)算。根據(jù)上述兩種方法，按照方法1 計(jì)算該樓筏板基礎(chǔ)合格；而方法2 計(jì)算結(jié)果不合格。

3.2 應(yīng)對(duì)方法

按照3.1 中公式（1）對(duì)筏板基礎(chǔ)地基承載力的修正計(jì)算結(jié)果符合國(guó)家相關(guān)規(guī)范，但根據(jù)本工程實(shí)際情況，運(yùn)用兩種方法進(jìn)行承載力修正計(jì)算，采用方法2 計(jì)算而得到的部分地基承載力不合格。因此為了檢驗(yàn)筏板基礎(chǔ)承載力的深度修正是否適用設(shè)計(jì)規(guī)范，可以通過(guò)平板載荷試驗(yàn)的方法測(cè)算地基承載力，該方法需要在基坑開(kāi)挖后，再選擇適當(dāng)位置進(jìn)行試驗(yàn)。為了不耽誤工期，可以預(yù)先按照基礎(chǔ)方案1 進(jìn)行施工，采用筏板基礎(chǔ)與大直徑剛性樁復(fù)合地基結(jié)合進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，作為主方案，一旦平板載荷試驗(yàn)測(cè)算結(jié)果不滿(mǎn)足要求，則按相應(yīng)的地基處理方案進(jìn)行部分或全部處理，并根據(jù)平板載荷試驗(yàn)測(cè)算承載力范圍采用下列方法進(jìn)行處理：

（1）當(dāng)小于300kPa，則不滿(mǎn)足要求的部位均需要進(jìn)行處理；

（2）當(dāng)結(jié)果在400kPa 左右（如390～450kPa），則部分區(qū)域需要進(jìn)行處理；

（3）當(dāng)結(jié)果在500kPa 左右，則無(wú)須處理。

4 平板載荷試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)方法

平板載荷試驗(yàn)應(yīng)及時(shí)在基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行。在基礎(chǔ)底面標(biāo)高處進(jìn)行布置試驗(yàn)，試驗(yàn)反力由平臺(tái)堆載法提供，選擇面積大于0.5m2的平面，預(yù)估極限承載力為1200kPa，試驗(yàn)使用液壓千斤頂，分10 級(jí)逐級(jí)加載。每級(jí)荷載加載后，間隔一段時(shí)間再讀取一次沉降量，間隔時(shí)間為10min、10min、10min、15min、15min，以后每級(jí)加載后間隔30min 測(cè)讀一次沉降量。當(dāng)在連續(xù)2h 內(nèi)，沉降量速率低于0.1mm/h，可以記錄結(jié)果并進(jìn)行下一級(jí)荷載試驗(yàn)。當(dāng)出現(xiàn)以下任意情況時(shí)可終止試驗(yàn)：

（1）試驗(yàn)承壓板周?chē)鷰r土側(cè)向擠出；

（2）沉降s 急驟增大，荷載-沉降（P-s）曲線出現(xiàn)陡降段；

（3）試驗(yàn)中出現(xiàn)沉降速率在24h 內(nèi)一直變化無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；

（4）沉降量與承壓板直徑或?qū)挾戎炔坏陀?.06。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)淺層平板試驗(yàn)結(jié)果，該樓天然地基試驗(yàn)標(biāo)高處的地基承載力特征值為466kPa，符合本文3.2 節(jié)要求，地基承載力深度修正按最不利方法（方法2）計(jì)算，均能滿(mǎn)足要求。

5 結(jié)論

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的地質(zhì)勘探進(jìn)行分析，得出四種基礎(chǔ)方案，并對(duì)四種方案從施工勘察、工程難度、工期、造價(jià)和優(yōu)缺點(diǎn)方面進(jìn)行分析論證確定優(yōu)選方案。依據(jù)相關(guān)建筑規(guī)范，結(jié)合工程實(shí)際情況對(duì)地基承載力分析計(jì)算、修正處理，最終確定滿(mǎn)足工程需求的基礎(chǔ)施工方案。本文對(duì)于建筑基礎(chǔ)施工領(lǐng)域基礎(chǔ)承載力修正、方案制定等具有一定的指導(dǎo)意義。