巖溶地區(qū)兩個高層項目的基礎(chǔ)分析與思考

黃曉麗

【摘要】通過廣州巖溶地區(qū)的兩個高層建筑樁筏基礎(chǔ)設(shè)計介紹，闡述了在廣州巖溶地區(qū)設(shè)計基礎(chǔ)時，宜采用樁筏基礎(chǔ)型式，采用樁、筏共同作用的優(yōu)點(diǎn)，既安全可靠又明顯提高了經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】巖溶地質(zhì);樁筏基礎(chǔ);有限元分析;共同作用

廣州以北地區(qū)屬于巖溶場地，巖溶地質(zhì)復(fù)雜，巖面起伏大。場地和地基的工程處理一般需要根據(jù)具體場地巖溶發(fā)育狀況和地基條件、上部結(jié)構(gòu)的要求，選取合理的基礎(chǔ)型式。現(xiàn)以廣州市兩個實際工程為例，對在巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行分析。

1、工程地質(zhì)概述

新城小區(qū)、雅苑小區(qū)均是18層剪力墻結(jié)構(gòu)。兩工程所在巖溶場區(qū)的共同點(diǎn)：覆土層厚度較厚，平均20～29米，土洞不發(fā)育，溶洞發(fā)育。

新城工程場地基底地基承載力特征值為45KPa，強(qiáng)度和變形都不具備作為十八層建筑的天然基礎(chǔ)持力層。

2、基礎(chǔ)設(shè)計方案的對比

新城小區(qū)地基持力層為淤泥質(zhì)土，如采用天然基礎(chǔ)，地基承載力不能滿足設(shè)計強(qiáng)度和變形要求。需要采用樁基或?qū)浫跬翆舆M(jìn)行地基處理加固后采用筏板基礎(chǔ)。在18層結(jié)構(gòu)荷載較大、基底的承載能力過低、有軟弱下臥層的情況下，如采用復(fù)合地基，為使復(fù)合地基的承載力特征值達(dá)到設(shè)計要求必須提高置換率。而且在滿足承載力要求的前提下必須滿足沉降量要求，可能工程造價會較高，故考慮采用樁基。

該工程采用夯擴(kuò)樁，雖單樁承載力設(shè)計值已比預(yù)應(yīng)力管樁高，但以Ra=1000kN估算十八層豎向荷載的樁數(shù)，只能滿堂紅布樁、聯(lián)合樁承臺。以單棟結(jié)構(gòu)總重量加上基礎(chǔ)自重估算，需272根樁/棟。以樁距3.5d布樁。

雅苑小區(qū)場地的地質(zhì)特點(diǎn)是：飽和粘性土覆蓋層厚度平均為29米，溶洞埋藏較深，溶蝕嚴(yán)重，溶洞頂板很薄?；A(chǔ)選型分析時，首先考慮可否采用天然基礎(chǔ)型式。建筑物不設(shè)地下室，基礎(chǔ)如置于硬塑粉質(zhì)粘土，強(qiáng)度和變形必能滿足18層的荷載要求。但該層平均埋深10米，在建筑不設(shè)地下室的情況下大開挖和回填會造成工程造價的浪費(fèi)。如為淺 埋的天然基礎(chǔ)，基底處的地基土變形能力顯不足。在基底土層分布不均、溶洞發(fā)育的情況下控制基礎(chǔ)的傾斜度和沉降差異是設(shè)計的重點(diǎn)。設(shè)想采用疏樁筏板基礎(chǔ)型式，采用樁、筏共同作用的優(yōu)點(diǎn)：充分利用和發(fā)揮樁對控制基礎(chǔ)沉降的能力，即在設(shè)計時由基礎(chǔ)的沉降控制值來確定樁數(shù)，并使筏板基底土也充分發(fā)揮承載能力，降低工程造價。

3、基礎(chǔ)計算與分析

3.1 樁筏基礎(chǔ)計算模型的選用

根據(jù)彈性厚板的原理和有限元分析方法，利用有限元軟件建立樁筏基礎(chǔ)的三維有限元模型，考慮橫向剪切變形的影響。

3.2 樁筏計算模型對比

3.2.1“樁”模型的區(qū)別

雅苑工程以樁位建立節(jié)點(diǎn)，以四個節(jié)點(diǎn)建立四邊形殼單元。樁距是5d，劃分的四邊形單元網(wǎng)格2500mm。節(jié)點(diǎn)下設(shè)置彈簧，以彈簧限制節(jié)點(diǎn)在垂直方向的位移，來模擬樁的壓縮變形。該模型與樁的實際工作狀態(tài)是相符。

新城工程樁位處荷載施加為集中荷載，不用一維桿單元來模擬樁，而是以樁位建立節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)上施加集中荷載1000kN，方向豎直向上。

3.2.2“土”模型的區(qū)別

新城工程筏板下是軟土，不考慮土作用，板殼單元沒有施加面約束，僅在板單元上施加覆土荷載。而雅苑工程考慮筏板底承載力較好、具有壓縮性的可塑粘性土作用。在模型技術(shù)處理上與前者不同。筏板殼單元設(shè)置板彈簧（Area -Springs），來模擬土的壓縮變形，以此達(dá)到考慮土對筏板的平均沉降、不均勻沉降的影響。

3.3 兩工程樁筏基礎(chǔ)計算結(jié)果對比分析

兩個工程均是18層不設(shè)地下室的住宅，建筑平面很相似。其基礎(chǔ)的筏板厚度一致，僅樁數(shù)、樁距不同。所采用程序建立的各具特點(diǎn)的模型進(jìn)行有限元計算分析，模型的差異性造成結(jié)果的差別就極具比較性。兩個工程的樁筏模型的彎矩計算結(jié)果對比和配筋對比如表1、2：

從上表可知道雅苑工程的筏板彎矩明顯比新城工程小，說明模型的筏板約束變形條件不同，殼單元的應(yīng)力、應(yīng)變就不同。

無論樁數(shù)和筏板的含鋼量，雅苑工程都比新城工程要節(jié)省，關(guān)鍵是發(fā)揮了基底土的作用，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。

結(jié)論：

對比兩個同屬巖溶地質(zhì)、同是十八層結(jié)構(gòu)的樁筏基礎(chǔ)，其樁數(shù)、筏板的含鋼量的差異，得出以下結(jié)論：

（1）當(dāng)巖面上有一定覆蓋厚度而且土性良好的土層時，樁端盡量置于該層上，避免為了使樁端置于巖面而必須穿越埋置較深的溶洞，帶來對溶洞處理的復(fù)雜性。

（2）宜盡量在巖溶表層上部尋找合適的可滿足強(qiáng)度和變形要求的持力層，如基底土強(qiáng)度滿足要求，僅變形滿足不了設(shè)計要求，可采取加摩擦樁減少沉降量的方法，樁主要起減沉作用，拉大樁距，盡量發(fā)揮樁間土的作用，減少用樁量何筏板含鋼量，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益。