洛陽廣廈·中州國際地基基礎方案決策

徐 將，李澤澤，曹 煒

(1．天津市地質工程勘察院，天津300191;2．中國建筑西南勘察設計研究院，四川成都610081)

對巖土工程基礎處理，從巖土力學指標方面分析有多個方案可供選擇時，方案選擇要從地基土層及安全適用、經濟的角度等方面進行綜合考慮，為設計提供基礎資料及建議。本文針對一個典型的工程場地地基土層情況，對其進行地基處理、綜合設計與施工，較好地解決了實際問題[1］。

1 工程及工程地質概況

擬建洛陽廣廈中州國際位于洛陽市西工區，北臨中州中路，西鄰洛陽市地稅局，向北與王城公園隔路相望。該高層住宅樓及裙房均近東西走向，長117.68 m，寬19.74 m，地上31層，地下1層，剪力墻結構，筏形基礎基底壓力450 kPa，地下室地面埋深－5.60 m，基礎埋深－7.50 m。商業用房方向長119.48 m，兩端寬30.24 m，中部寬13.74 m，地上5層，局部4層，地下 1層，框架結構，單柱豎向最大荷載標準值3 600 kN。地下車庫室內地面埋深－5.60 m。

該場地位于洛陽盆地西端，所屬地貌單元為洛河二級階地。場地開闊，地形平坦，根據地質資料，不存在全新活動斷裂、滑坡、崩塌、泥石流、震陷等不良地質作用。場地地基土分布穩定，除濕陷性黃土及填土外無其它特殊性巖土，適宜建筑。

抗震設防烈度為7度，抗震分組屬第一組，設計基本地震加速度值為0.10g，場地特征周期值為0.35 s。場地土屬中軟土。建筑場地類別為Ⅱ類，為對建筑抗震不利地段。地基不存在地震液化土層。場地內地下水位位于第⑧層土下部，地下水類型屬潛水，地下水穩定水位埋深19.15～21.02 m，年變化幅度為3.0 m。該地下水、土對混凝土及對混凝土中的鋼筋不具腐蝕性。

采用室內土工試驗方法及超重型動力觸探試驗，根據地層時代成因、巖土物理力學性質，結合地區經驗，確定地基承載力和變形參數見表1。

表1 地基土的物理力學性質指標及設計參數

2 地基基礎方案比選

擬建高層住宅樓地上高31層，地下1層，剪力墻結構，筏形基礎基底壓力450 kPa，地下室地面埋深－5.60 m，基礎埋深－7.50 m;商業用房地上高5層，局部4層，地下1層，框架結構，單柱豎向最大荷載標準值3 600 kN。地下車庫室內地面埋深－5.60 m。地基持力層為第3層黃土狀粉質黏土。顯然該層土的承載力不滿足設計要求，需進行地基處理。針對場地地基土的巖土工程條件，并結合擬建建筑物的特征，可供選擇的方案有:(1)先用水泥粉煤灰碎石樁法(CFG樁)對地基進行處理，再采用復合地基上的筏板基礎進行設計;(2)人工挖孔灌注樁樁基礎;(3)樁筏聯合基礎。

2.1 CFG樁+筏板基礎

2.1.1 CFG樁方案設計

水泥粉煤灰碎石樁簡稱CFG樁，是在碎石樁的基礎上加進一些石屑，粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有一定粘結強度的樁[2］。初步設計時，基底持力層為第3層土，以第6層卵石層為樁端持力層。樁徑400 mm，樁距1 600 mm，褥墊層厚度取300 mm。樁基設計參數可按表1取值，按式(1)估算CFG樁復合地基承載力特征值。

式中:fspk為復合地基承載力特征值(kPa);m為面積置換率，為0.0567;Ra為單樁豎向承載力特征值(kN);Ap為樁的截面積(m2);β為樁間土承載力折減系數，按0.85計;fsk為處理后樁間土承載力特征值(kPa)，按天然地基承載力特征值計，取140 kPa。

其中:

式中:qpa、qsia為樁端端阻力、樁側阻力特征值(kPa);up為樁身周邊長度(m);li為第i層土的厚度(m)。

將所得的Ra值及有關參數代入式(1)得:地基處理后，復合地基地基承載力特征值為498.7kPa。根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79－2002)之規定，按下式對持力層進行承載力深度修正:

式中:fa為修正后的地基承載力特征值;fak為地基承載力特征值;ηd為基礎埋深的地基承載力修正系數，按1.0計;γ為土的重度，按19.1kN/m3計;d為基礎埋置深度，按1.9m計。

修正后的地基承載力特征值為525.4kPa，大于基底壓力450kPa，因此可采用水泥粉煤灰碎石樁法(CFG樁)處理后的復合地基上的筏板基礎進行設計。

2.1.2CFG樁方案的評價

該場地位于市中心，施工對噪音和泥漿污染要求嚴格，因此施工時，用長螺旋鉆鉆孔達到預定標高，然后提升鉆桿，同時用高壓泵將樁體混合料通過高壓管路及長螺旋鉆桿的內管灌注到孔內成樁。樁體施工應采用隔行隔樁工藝，以避免對相鄰新灌入樁體造成縮徑和斷樁等質量問題。樁頂標高以上應設置50～70cm長的保護樁長，上部再用土封頂。

2.2 人工挖孔灌注樁基礎

2.1.2 人工挖孔灌注樁方案設計

根據場地土層的結構特征，以第7層卵層為樁端持力層，樁端入第7層深度不小于1倍樁徑。地下水位位于第6層土下部，降低地下水位2.0～3.0m，采用干作業人工挖孔灌注樁基礎，可實現干作業施工。建議采用大直徑擴底樁基礎，假定樁頂埋深6.6m(自然地面算起)，樁徑1000mm，擴底直徑2800m，樁入土23.5m(自然地面算起)，有效摩擦段長12.0m。人工挖孔灌注樁基礎樁周各層土的側阻力特征值qsia(kPa)及樁端土的端阻力特征值qpa(kPa)見表1。

單樁豎向承載力特征值按下式估算:

式中:ψp、ψsi為大直徑樁端阻、側阻尺寸效應系數;其余符號含義見2.1.1節CFG樁方案設計，則:

2.1.2 人工挖孔灌注樁方案評價

場地內土層分布穩定，土質均勻，硬塑狀，稍濕－濕，含姜石，粒徑2～5cm。利用機械洛陽鏟即可進行樁基孔的施工，噪音小、無污染。地下水位位于第7層下部，干作業施工，需降低地下水位2～3m。干作業施工，孔內明排降低地下水位時，會產生管涌(俗稱流砂)，導致井壁砂層坍塌。針對場地土層巖性特征及施工要求，可用管井降低地下水位。

第6層土中分布有透鏡體狀中砂、粗砂及細砂，最大厚度2.1m。對擴大頭段擴底斜面的施工，遇砂層易坍塌，還應對砂層和含砂量高的粉土層進行支護。

2.3 樁筏聯合基礎

該高層建筑采用天然地基不能滿足地基承載力設計要求時，可采用樁筏聯合基礎，即采用筏板和樁基礎共同承擔上部荷載的基礎形式。采用樁筏基礎可以有效減少筏板底部的壓力，且能夠減少地基的不均勻沉降。樁的存在，對減少筏基的沉降有明顯的效果，并使高層建筑的整體橫向傾斜減少。

2.3.1 地基承載力計算

設計樁筏聯合基礎的筏板以第2層土為持力層，地下室地面埋深5.6m，基礎埋深7.5m。根據《建筑地基基礎設計規范》，按下式對地基進行承載力深寬修正[3］:

式中:fa為修正后的地基承載力特征值;fak為地基承載力特征值，取140kPa;ηb、ηd為基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數，分別取0.2和1.25;γ為基礎底面下土的重度，按18.1kN/m3計;γm為礎底面以上土的重度，按18.5kN/m3計;b為基礎寬度(筏板寬度20.0m)，按6m計;d為基礎埋置深度，取1.9m計。則:

顯然不滿足地基承載力要求。可以考慮筏板基礎下面設置樁基礎。

2.3.2 樁基設計參數

樁基礎可采用長螺旋鉆孔灌注樁基礎，樁徑400mm，以第7層卵層為樁端持力層，樁端入第7層深度不小于1倍樁徑。長螺旋鉆孔灌注樁基礎樁側阻力特征值、樁端端阻力特征值建議采用如表1。

單樁豎向承載力特征值按2.1.1中式(2)進行估算，即:

式中各字母含義同前，則:

2.3.3 樁筏基礎方案評價

根據現場勘察時鉆孔鉆進情況以及洛陽地區樁基礎施工經驗，采用長螺旋鉆機成孔。該鉆機具有鉆進、沖擊、磨碎巖石等功能，鉆進速度快，能夠消除孤石等障礙物。最大優點在于能進入巖層，樁身剛度大、承載力高且樁身變形小。鉆進卵石層一倍樁徑，采用管內泵壓混合料灌注、后插筋工藝，該方法施工質量高，施工速度快，樁底沉渣較少。長螺旋鉆孔灌注樁施工應嚴格按照設計要求進行，保證樁身垂直，樁端進入持力層深度應滿足設計要求。第7層卵石層面埋深深淺不一，施工中應根據各樁所在位置的具體地層情況確定樁長。

3 結論及啟示

由于該工程位于市中心，周圍建筑密集，地下管線復雜，對沉降控制比較嚴格。CFG樁+筏板基礎雖然可以滿足地基及基礎承載力要求;但由于地下水位較淺，且水位年變化幅度較大，對于建筑物建成之后沉降控制有不利影響。人工挖孔灌注樁基礎持力層位于地下水位以下，應采用管井降低地下水位，另外人工挖孔灌注樁施工，必須采取可靠的護壁措施，否則會威脅施工人員人身安全。最后綜合考慮建議是該大廈宜采用樁筏聯合基礎。

通過該工程地基基礎方案的選擇可以看出，要想做好設計，一是要深刻了解場地的工程地質條件(即認真研究工程地質報告);二是需要進行多方案的比較，綜合施工以及其他因素，選擇一種合理的方案才能完成設計任務。

[1]齊迪，陳劍平．通遼電廠地基處理方案決策[J］．巖土力學，2003(10):86－88

[2]葉書麟，葉觀寶，地基處理與托換技術[M］．北京:中國建筑工業出版社，2006

[3]GB50007－2002建筑地基基礎設計規范[S］

[4]JGJ94－94建筑樁基技術規范[S］

[5]孫文懷．基礎工程設計與地基處理[M］．北京:中國建材工業出版社，1999