某復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域高層住宅樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

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 案例工程概況

該工程地處福建省龍巖市，地上部分由6棟33層高層住宅及一棟5層商業(yè)建筑組成，地上總建筑面積約為17.1萬(wàn)m2；地下部分為滿布整個(gè)小區(qū)的兩層地下室，地下總建筑面積約6.7萬(wàn)m2，其中高層住宅樓為剪力墻結(jié)構(gòu)體系。典型建筑單體剖面圖、標(biāo)準(zhǔn)層平面圖分如圖1～圖2所示。本文主要圍繞高層住宅樓部分的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

圖1 典型建筑單體剖面圖

2 基礎(chǔ)方案選型

(1)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件：受甲方委托，地質(zhì)勘查單位對(duì)建筑場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)勘察，高層建筑范圍主要地質(zhì)情況如下：

場(chǎng)地內(nèi)不存在滑坡、泥石流、危巖和崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)埋藏的河道、溝濱、防空洞等對(duì)地基安全影響較大的不利埋藏物。部分地段發(fā)育有土洞、溶洞，地基的穩(wěn)定性較差。對(duì)場(chǎng)地內(nèi)人工填土、溶洞和土洞進(jìn)行處理或采用樁基進(jìn)入穩(wěn)定地層后，不會(huì)發(fā)生地基失穩(wěn)的現(xiàn)象，地基的穩(wěn)定性可得到保證。采取措施對(duì)有關(guān)不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行處理后，擬建場(chǎng)地地基的穩(wěn)定性可得到保證。

圖2 典型建筑單體標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

場(chǎng)地較適宜擬建建筑物建設(shè)。不良地質(zhì)分布如圖3所示?；A(chǔ)主要受力范圍內(nèi)相關(guān)土層參數(shù)如表1所示。

基此建議：擬建高層住宅樓采用樁基礎(chǔ)或樁筏組合基礎(chǔ)型式，樁基型式可考慮采用沖鉆孔灌注樁或沉管灌注樁，以含碎石粉質(zhì)粘土⑥或含角礫粉質(zhì)粘土⑦底部地層作為樁端持力層。

圖3 不良地質(zhì)平面示意圖

表1 主要巖土層地基設(shè)計(jì)參數(shù)建議值表

(2)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案確定過(guò)程

①根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，針對(duì)該工程主樓采用了“靜壓振動(dòng)沉管灌注樁”基礎(chǔ)型式，單樁承載力特征值取2300kN，并通過(guò)審查機(jī)構(gòu)審查。

②關(guān)于樁基礎(chǔ)方案各方提出的幾點(diǎn)疑問(wèn)：

a)該工程所在場(chǎng)地若采用既定基礎(chǔ)方案，施工難度較大，施工工期較長(zhǎng)，影響建設(shè)方的整體建設(shè)規(guī)劃。

b)主樓筏板、承臺(tái)下的土層為“卵石層”，是否可以采用淺基方案。

c)若采用淺基方案，相關(guān)土層的承載力、變形等指標(biāo)是否能滿足要求。

d)若采用淺基方案，該工程個(gè)別主樓單體局部位置存在諸如土洞、溶洞及軟弱下臥層等不良地質(zhì)因素，該如何防范、解決。

③針對(duì)以上幾點(diǎn)疑問(wèn)，提出了相關(guān)解決方案如下：

a)根據(jù)地質(zhì)勘查單位提供的原始地勘報(bào)告及主樓基底的內(nèi)力情況，基礎(chǔ)下方的土層承載力特征值為200～300kPa,且壓縮模量較小，無(wú)法滿足主樓的承載力及變形指標(biāo)需求。各方討論后決定：現(xiàn)場(chǎng)選取一定量的點(diǎn)位并委托具有相關(guān)資質(zhì)的單位進(jìn)行“現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)”，以得到符合實(shí)際情況的參數(shù)指標(biāo)。

b)對(duì)于局部存在的土洞、溶洞，當(dāng)其在主樓基礎(chǔ)主要受力寬度、深度范圍內(nèi)時(shí)，采用壓力灌漿進(jìn)行處理。

c)對(duì)于局部存在的軟弱下臥層，采用復(fù)合地基處理方案解決。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

(1)前期工作

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，針對(duì)性地選取一定數(shù)量的點(diǎn)位委托相關(guān)單位進(jìn)行“現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)”，并借鑒相鄰建筑工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，重新對(duì)原地質(zhì)勘查報(bào)告進(jìn)行補(bǔ)充完善，修正相關(guān)技術(shù)參數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)平板試驗(yàn)點(diǎn)位如圖4所示。

圖4 淺層平板試驗(yàn)點(diǎn)位分布示意圖

(2)針對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告的補(bǔ)充說(shuō)明

相關(guān)單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了“平板載荷試驗(yàn)”，得到主樓基礎(chǔ)下主要受力范圍土層的地基土豎向承載力特征值在500kPa～562.5kPa之間，地基土變形模量在27.3MPa～32.5MPa之間。

相關(guān)的試驗(yàn)曲線如圖5所示。地質(zhì)勘察單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的真實(shí)情況對(duì)該工程基礎(chǔ)方案選型進(jìn)行了補(bǔ)充說(shuō)明： 將基礎(chǔ)底部殘留的粉質(zhì)粘土⑤層清除或處理后，擬建場(chǎng)地天然地基條件較好，適宜采用天然地基基礎(chǔ)型式。

圖5 平板載荷試驗(yàn)曲線(典型曲線)

(3)基礎(chǔ)修改設(shè)計(jì)及不良地質(zhì)處理

①依據(jù)地質(zhì)勘查單位提供的相關(guān)地基土參數(shù)對(duì)主樓部分的基礎(chǔ)選型進(jìn)行了調(diào)整設(shè)計(jì)：采用1800mm厚筏板，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C35，利用筏板自身的剛度條件，將基礎(chǔ)相對(duì)于主樓外邊緣出挑3000mm以進(jìn)一步降低基底反力。根據(jù)計(jì)算分析，基底反力值在350kPa～450kPa之間，基礎(chǔ)沉降變形值在22mm～35mm之間，承載力和變形均符合國(guó)家規(guī)范[1-4]要求。調(diào)整后基礎(chǔ)平面如圖6所示。

圖6 典型建筑單體筏板基礎(chǔ)平面布置圖

②鑒于主樓臨近的純地下室采用了筏板基礎(chǔ)，反力及基礎(chǔ)沉降邊線均小于主樓部分，構(gòu)造上在主樓筏板與純地下室筏板交接處進(jìn)行配筋加腋處理，以解決該部位的應(yīng)力突變及沉降差異變化，并沿著主樓周邊設(shè)置沉降后澆帶。加腋構(gòu)造做法如圖7所示。

圖7 底板構(gòu)造加腋簡(jiǎn)圖

③鑒于個(gè)別高層單體局部位置基礎(chǔ)受力范圍內(nèi)存在軟弱下臥層“粉質(zhì)粘土⑤層”，該軟弱下臥層頂面埋深處于基礎(chǔ)底面以下2m～4m范圍，下臥層厚度在9m～12m之間，現(xiàn)場(chǎng)清除該層的難度較大，必須進(jìn)行地基處理后方可采用筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

a)原設(shè)計(jì)擬采用CFG樁進(jìn)行地基處理，現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)CFG樁身強(qiáng)度難以保證設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)可行性研究后，最終確定在此位置采用“錘擊式(PHC)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁PHC400-95-A”進(jìn)行地基處理，并在樁頂與筏板之間設(shè)置受力、變形協(xié)調(diào)所需的“褥墊層”。

b)地基處理采用的管樁單樁豎向承載力特征值為690kN，復(fù)合地基樁采用正方形布樁，樁距3.5倍樁徑，處理后復(fù)合地基承載力特征值為500kPa。

c)地基處理后單樁豎向承載力特征值及復(fù)合地基承載力特征值均需按相關(guān)檢測(cè)要求進(jìn)行驗(yàn)收。

地基處理平面布置如圖8所示。

④鑒于長(zhǎng)期使用下建筑基礎(chǔ)的安全性、穩(wěn)定性考慮，確定：對(duì)可能影響到主體基礎(chǔ)安全的局部位置存在的土洞、溶洞(圖9)，需進(jìn)行嚴(yán)格處理。遵循國(guó)家規(guī)范、地方標(biāo)準(zhǔn)及當(dāng)?shù)仡愃乒こ桃延械膶?shí)際經(jīng)驗(yàn)，最終確定采用“壓力注漿”方案進(jìn)行土洞、溶洞密實(shí)性填充。

圖8 局部復(fù)合地基平面布置圖

圖9 土、溶洞位置分布圖

在地勘報(bào)告反映的土洞、溶洞位置，采用間距2.5m梅花形布置方案進(jìn)行注漿，若在注漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有新的土洞、溶洞，則按照設(shè)計(jì)要求繼續(xù)處理，注漿深度需達(dá)到中(微)風(fēng)化巖層或50m，注漿的相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收指標(biāo)均需滿足國(guó)家規(guī)范、地方規(guī)程的要求。典型孔壓力注漿處理土洞、溶洞布置方案如圖10所示。

圖10 土、溶洞灌漿引孔方案布置圖

4 工程現(xiàn)狀

截稿時(shí)，該工程已經(jīng)竣工驗(yàn)收，業(yè)主入住率已超過(guò)85%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各階段觀測(cè)記錄，目前主樓基礎(chǔ)沉降變形總量均在15mm以內(nèi)，且后期階段性測(cè)量基本無(wú)明顯可測(cè)沉降變形。經(jīng)過(guò)各單位的通力協(xié)作，在對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的不良地質(zhì)隱患進(jìn)行有效處理后，高層建筑范圍亦采用了淺基方案，既保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性、降低了建設(shè)單位的建設(shè)成本，又大大縮短了該工程的建設(shè)周期，取得了良好的社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)當(dāng)上部建筑樓層較多且荷載較大時(shí)，一般地質(zhì)勘察單位及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員出于安全角度出發(fā)，基礎(chǔ)選型時(shí)比較傾向于采用各種類型的深基礎(chǔ)方案。通過(guò)對(duì)該工程設(shè)計(jì)過(guò)程的思考，筆者認(rèn)為：

建筑物(尤其對(duì)于高層建筑)的基礎(chǔ)型式應(yīng)根據(jù)其所處場(chǎng)地的特定地質(zhì)條件并結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)進(jìn)行合理的選擇及設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮基礎(chǔ)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工工期等元素。

(2)對(duì)于高層建筑，若采用地基處理或天然地基方案時(shí)，必須進(jìn)行設(shè)計(jì)前的天然地基平板載荷試驗(yàn)，以取得符合實(shí)際現(xiàn)狀的土層數(shù)據(jù)，可供設(shè)計(jì)進(jìn)行精確計(jì)算分析；施工過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行操作，并控制各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，保證設(shè)計(jì)假定的有效性；在施工完成后應(yīng)進(jìn)行所需的各項(xiàng)驗(yàn)收試驗(yàn)，以保證地基處理的可靠性、安全性。

(3)本文出于篇幅限制，未詳細(xì)敘述各種不同基礎(chǔ)方案及地基處理方案的適用范圍及經(jīng)濟(jì)比較，未詳細(xì)敘述土洞、溶洞處理的各種方案的使用范圍。鑒于不同項(xiàng)目具有不同的自身特征，設(shè)計(jì)者在實(shí)際操作時(shí)需依據(jù)國(guó)家及地方的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程，遵循安全、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。