某高層建筑地基承載力的確定

郗寶華

地基承載力是指單位面積上地基所能承受的荷載。地基承受這一荷載時,在強度方面,相對于破壞狀態的極限荷載應有足夠大的安全儲備,而所產生的變形均在容許的范圍內。地基承載力是地基基礎設計的一個重要組成部分,它關系到建筑物或構筑物的安全、經濟和正常使用,它與地基的處理、基礎的選型與設計密切相關。由于地基基礎屬于隱蔽工程,一旦出現事故,處理不易,因而更應慎重。隨著高層建筑的興起,深基礎工程增多,這些都對地基承載力的確定提出了更高的要求。

1 工程概況

擬建西安市奎園大廈位于西安市南郊,奎園大廈主樓9層,地下1層,配樓6層,總建筑面積25 000 m2,建筑物總長度78 m,寬52.57 m;以寫字樓為主,整體建筑分為三個獨立單元,分區明確,又合為一個整體,是一幢現代化建筑群。結構體系擬采用框架結構,基礎有地下室部分擬采用筏板基礎,無地下室部分擬采用單向條形基礎。擬建奎園大廈為二類高層建筑,建筑抗震設計按抗震設防烈度7度,框架抗震為Ⅲ級。

建筑場地除場地中部有一待拆平房外,為空場地。場地中部和南部堆有大量建筑和生活垃圾,致使地勢稍有起伏。場地地貌單元為山前沖洪積地貌單元。

場地淺部為河流相沖洪積成因的新近沉積土層,以粉土和粉質黏土為主。3 m～4 m深度以下為山前沖洪積成因的硬塑～堅硬的Q3老黏土,富含Fe,Mn結核和鈣質結核(砂姜)。

2 場地巖土層結構與巖土類型

根據對場地進行的巖土工程詳細勘探揭露,場地內巖土層結構與巖土類型自上而下為:①層雜填土:以灰黃～灰～灰黑色的爐渣、碎磚塊、素混凝土等建筑垃圾和生活垃圾為主,局部存在有塊石,主要分布于場地中西部和南部,東部尚有少量耕土分布,勘探揭露厚度為0.30 m～2.70 m,平均0.85 m。本層成分復雜,結構松散,分布不均勻,厚度、性質變化大,工程性質差。②層粉土:灰黃色,稍濕,松散,局部稍密,輕微液化,分布不甚均勻,厚度薄,強度低,壓縮性中等,工程性質差。本層勘探揭露厚度較薄,一般為0.30 m～1.20 m,平均0.68 m。③層粉質黏土:黃～灰黃色,可塑,局部為粉土粉質黏土互層,分布尚均勻,層厚較薄,強度稍低,壓縮性高,工程性質稍差。勘探揭露層厚為0.20 m～1.70 m,平均0.95 m。④層黏土:灰黃～黃褐色,可塑～硬塑,含較多的鐵(Fe)、錳(Mn)結核,不含或偶含少量細小砂姜(鈣質結核),質尚純,分布穩定,性質均勻,強度中等,壓縮性中等,工程性質稍好。層厚一般為0.50 m～1.90 m,平均0.99 m。⑤層黏土混砂漿:黏土為黃褐色夾灰白色,硬塑～堅硬,含有較多的Fe,Mn結核和細小砂姜,局部砂漿呈層富集,本層分布穩定,強度高,壓縮性中等偏低,承載力高,工程性質好。層厚中等偏大,揭露層厚為1.70 m～4.50 m,平均為3.45 m。⑤-1層粉質黏土:黃褐～棕黃色,可塑,質純,不含或含少量Fe,Mn結核,本層僅在場地南部分布,在主樓下尖滅,強度中等,壓縮性中等,工程性質稍好。揭露層厚為0 m～2.90 m,平均1.77 m。⑥層黏土:米黃～黃褐色夾灰白色,硬塑～堅硬,含Fe,M n結核和細小砂漿。本層分布穩定,質較純,厚度較大,分布穩定,強度高,壓縮性中等偏低,承載力高,工程性質好。一般層厚為2.00 m～6.00 m,平均4.91 m。⑦層黏土:紅褐色～褐黃色夾灰白色,硬塑,含較多的Fe,Mn結核和少量細小砂漿,底部含有碎石,基巖面附近強度稍低。該層分布較穩定,強度高,壓縮性中等偏低,承載力高,工程性質好。勘探揭露厚度一般為2.30 m～5.80 m,平均4.12 m。⑧層基巖:鉆孔揭露巖性為中等～輕微風化的石灰巖,灰～青灰色,致密,堅硬。本層強度大,承載力高,分布穩定,基巖面起伏較小,工程性質好。

各土層物理力學指標見表1。

表1 各土層物理力學指標表

3 水文地質條件

勘探鉆孔中均未觀測到地下水。

據鄰近場地和區域地質資料得知,場地內砂漿黏土層中含有少量潛水和上層滯水,基巖中含有巖溶裂隙水,但水位很低(地面30 m以下)。由于勘探施工是在冬季進行,土層中地下水水位很低,故勘探期間鉆孔中未能觀測到地下水。據鄰近場地資料可知,地下水對混凝土無侵蝕性。

場地內地下水主要接受大氣降水和生活用水的垂直補給,水位水量隨季節變化會略有變化。

4 持力層選擇及地基承載力的確定

擬建“奎園大廈”主樓9層,地下 1層,配樓6層,結構體系擬采用框架結構,基礎有地下室部分擬采用筏板基礎,基礎底面埋深約5 m(即標高30.0 m～31.0 m),無地下室部分擬采用單向條形基礎。根據勘探揭露,場地5 m深度為⑤層黏土混砂漿,該層黏土硬塑,強度大,壓縮性中等偏低,其物理力學指標分別為:e=0.806,δ1=0.08,IL=0.16,δ2=0.51,三軸剪切試驗測試其強度統計指標為ck=54.0 kPa,φk=10.0°,該層靜力觸探指標為:qc=2.600 MPa,fs=154.0 kPa。

根據GBJ 7-89建筑地基基礎設計規范,查表 f0=250.32 kPa,ψ=0.921,fk=230.54 kPa;根據靜力觸探指標經驗計算 fk=264.0 kPa。

建議該層承載力標準值取 fk=240.0 kPa。

考慮深度和寬度修正,確定地基承載力特征值:

根據土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值(據GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范):

5 結語

綜上計算結果,⑤層黏土混砂漿的地基承載力特征值 fa可取為400 kPa,而9層主樓基底壓力預估為200 kPa左右,則 fa＞p=200 kPa,顯然以⑤層黏土混砂漿為9層主樓基礎的持力層,采用天然地基足夠滿足基礎設計要求。

[1] 李文英.土力學與地基基礎[M].北京:中國鐵道出版社,2005:121-136.

[2] 劉曉立.土力學與地基基礎[M].北京:科學出版社,2009:102-113.

[3] 陳希哲.土力學地基基礎[M].北京:清華大學出版社,1997:161-183.