成都某高層住宅小區的基礎設計

張圣海，陳章平，唐匯川

(深圳市筑道建筑工程設計有限公司成都分公司，四川成都 610065)

1 工程概況

本項目位于成都市龍泉驛區，效果圖如圖1；結構安全等級二級，設計使用年限50年；抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度值0.1g，設計地震分組第三組；基本風壓0.3 kN/m2；基本雪壓0.1 kN/m2；抗震設防類別為標準設防(丙)類。

1#樓半地下室層及地上1F為商業，地上2～23F為辦公，為L形平面，地下室三層，地面以上設一條抗震縫，將結構分為兩個矩形平面，建筑高度80.6 m；2#樓地上1F、2F為商業，地上3～27F為辦公，為L形平面，地下室三層，半地下室層為設備用房及車庫，地面以上設一條抗震縫，將結構分為兩個矩形平面，建筑高度90.0 m。

圖1 項目效果

2 地質情況及基礎方案

2.1 地質情況

根據地勘提供的地質勘探孔柱狀圖和工程地質剖面圖，從上到下依次為：素(雜)填土、粉質黏土、含卵石粉質黏土、全風化泥巖、強風化泥巖、中風化泥巖，擬作為基礎持力層的強風化泥巖層的地基承載力特征值300 kPa，基床系數65 MN/m3。

并給出了人工挖孔樁、預應力管樁和鉆孔灌注樁的極限側阻力標準值和極限端阻力標準值；還給出了中風化泥巖層的天然單軸抗壓強度為5.5 MPa。

本工程+0.000標高約為525.6 m，地下室標高約為508.9 m(相對標高-16.7 m)，考慮塔樓筏板基礎厚度1.5 m，則筏板基礎底面標高為507.4 m(相對標高-18.2 m)。

根據地勘報告可以判斷，基礎底大部分置于強風化泥巖上，有少部分置于全風化泥巖和含卵石粉質黏土上；若強風化泥巖地基承載力能滿足要求，對局部軟弱部分采取換填方法進行處理，再以天然地基作為持力層也是可行的。

2.2 基礎方案

根據地勘報告，經過初步研討，因基坑深度較大，采用人工挖孔灌注樁存在安全隱患，故排除了人工挖孔灌注樁形式。對于本工程的塔樓，有以下四種基礎方案可供選擇：

方案1：大直徑剛性樁復合地基+筏板；

方案2：旋挖成孔嵌巖樁基礎+拉梁；

方案3：高強度預應力管樁基礎+筏板；

方案4：天然地基+筏板基礎。

根據地勘報告提供的參數，我們選取了其中一個單元進行四種基礎方案的設計。

(1)方案1：大直徑剛性樁采用C20素混凝土，樁直徑1.0 m，樁端持力層為強風化～中風化泥巖層，樁進入持力層不少于4.0 m，且樁長不小于5.0 m，按三角形布設，間距為3.0 m；處理后復合地基承載力特征值不小于600 kPa，壓縮模量不小于22 MPa；筏板厚1.5 m，C40混凝土，雙層雙向配φ22@160(圖2)。

圖2 大直徑剛性樁復合地基+筏板基礎平面(單位:mm)

圖3 旋挖成孔嵌巖樁基礎+拉梁平面

(2)方案2：旋挖樁以中風化泥巖為嵌巖樁端持力層，采用嵌巖樁計算方式，其天然單軸抗壓強度標準值為5.5 MPa；樁身混凝土強度等級為C30，樁直徑1.2～2.0 m，預計樁長20.0～24.4 m，單樁承載力特征值8 380～19 760 kN。樁與樁之間設地梁或基礎梁，并滿布400 mm厚抗水板，C30混凝土，雙層雙向配φ14@150(圖3)。

(3)方案3：高強度預應力管樁以中強風化泥巖層為樁端持力層，樁徑500 mm，樁端進入強風化泥巖層不小于11.0 m，樁長預計12.0 m，樁中心間距2.2 m×2.2 m；單樁豎向承載力特征值為2 000 kN；筏板厚1.1 m，C40混凝土，雙層雙向配φ20@190(圖4)。

圖4 高強度預應力管樁基礎+筏板平面(單位:mm)

(4)方案4：根據地勘報告，強風化泥巖層地基承載力特征值為300 kPa，按地基規范、經深度修正后(從室外地面修正)，地基承載力能滿足要求；筏板厚1.5 m，C40混凝土，雙層雙向配φ22@160(圖5)。

2.3 基礎方案比較

針對以上四種基礎方案，就造價、施工工期、檢測、施工勘察、施工難度、優缺點等各方面進行細致地比較(表1)；通過分析比較，并請造價部門計算出每個基礎方案的造價，就能清晰地找到方案的優選順序，我們最終給出基礎方案選擇順序為：優選方案4，其次選方案1，再次選方案2，最后選方案3。

3 地基承載力修正及應急措施

3.1 地基承載力修正

根據文獻[1]第5.2.3條規定，當基礎寬度大于3 m或埋置深度大于0.5 m時，從載荷試驗或其他原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應按下式修正：

a=ak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)

(1)

式中：d為基礎埋置深度(m)，宜自室外地面標高算起。在填方整平地區，可自填土地面標高算起，但填土在上部結構施工后完成時，應從天然地面標高算起。對于地下室，當采用箱形基礎或筏基時，基礎埋置深度自室外地面標高算起；當采用獨立基礎或條形基礎時，應從室內地面標高算起。

針對式(1)中的參數，埋置深度d的取值實際上存在不同算法，本工程塔樓外圍為地下室邊界，肥槽回填后，按文獻[1]理解，應考慮從室外地面標高計算埋置深度d；但塔樓靠內側為中庭純地下室，純地下室采用獨立基礎+抗水板，按文獻[1]理解，埋置深度d應從地下室室內地面標高算起。

圖5 天然地基+筏板基礎平面(單位:mm)

表1 基礎方案比較統計

參考文獻[2]第7.3.8條規定，在確定高層建筑筏形基礎埋深時，應考慮高層建筑外圍裙房或純地下室對高層建筑基礎側限的削弱影響，宜根據外圍裙房或純地下室基礎寬度與主樓基礎寬度之比，將裙房或純地下室的平均荷載折算為土層厚度作為基礎埋深。

根據以上規定，考慮到純地下室抗水板厚度有500 mm，亦可認為是整體式筏板基礎，故采用兩種計算方法進行地基承載力修正：

方法1：基礎埋深d從室外地面算起，按本場地內最不利情況進行計算，d=12.0 m；則地基承載力特征值fa=631.2 kPa；

方法2：基礎埋深d按文獻[2]進行加權平均計算，純地下室配重計算得到d1=3.0 m，塔樓外側d2=12.0 m，則d=(3.0+12.0)/2=7.5 m；則地基承載力特征值fa=501.6 kPa。

圖6 筏板基礎地基反力平面分布

根據以上計算結果，并查看筏板基礎地基反力(圖6)，可以看出，1號樓塔樓筏板基礎地基承載力能滿足要求，2號樓塔樓在按計算方法1基本能滿足要求，按計算方法2有部分不滿足要求。

3.2 應急措施

雖然 GB 50007-2011《建筑地基基礎設計規范》第5.2.4條對筏板基礎下地基承載力修正有明確規定，但考慮到實際情況，若采用本文3.1節中提到的方法2進行計算，2號樓塔樓下有部分地基承載力不能滿足要求，故提出待基坑開挖后，選取適當位置進行平板載荷試驗測定其地基承載力，以判斷規范對筏板基礎下承載力深度修正的適用性。

考慮到載荷試驗檢測出來的結果，不一定能達到原設計要求，為不耽誤工期，預先按基礎方案1：大直徑剛性樁復合地基+筏板進行預設計，作為應急措施。若檢測結果達不到設計要求或部分達不到要求，則按大直徑剛性樁復合地基處理方案進行全部處理或部分處理。并做如下特別說明：

(1)若平板載荷試驗得到的地基承載力在300 kPa以下，則(圖7)中非填充區域樁和填充區域樁位置均需要進行處理；

(2)若平板載荷試驗得到的地基承載力在400 kPa左右(如390～450 kPa)，則(圖7)中非填充區域樁位置不需要處理，而填充區域樁位置需進行處理；

圖7 大直徑剛性樁復合地基處理平面分布

(3)若平板載荷試驗得到的地基承載力在500 kPa左右，則均不需要進行處理。

4 淺層平板載荷試驗

4.1 試驗方法

基坑開挖至設計標高后，及時進行淺層平板載荷試驗，試驗布置在基礎底面標高處，承壓板面積不小于0.5 m2，采用平臺堆載法提供試驗反力，堆載裝置示意圖如圖8，加載采用液壓千斤頂分級加載，預估極限承載力為1 200 kPa，分10級加載，每級加載后，按間隔10 min、10 min、10 min、15 min、15 min,以后每隔30 min測讀一次沉降量，當在連續2 h內，每1 h的沉降量小于0.1 mm，則認為已趨穩定，可加下一級荷載。

現場試驗過程中出現下列情況之一時，即可終止加載：

(1)承壓板周圍的土明顯的側向擠出；

(2)沉降s急驟增大，荷載～沉降(P～s)曲線出現陡降段；

(3)在某一級荷載下，24 h內沉降速率不能達到穩定標準；

(4)沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。

4.2 試驗結果

根據淺層平板試驗結果，1#樓天然地基試驗標高處的地基承載力特征值為466 kPa，2#樓天然地基試驗標高處的地基承載力特征值為500 kPa。符合本文中3.2節要求，地基承載力深度修正按最不利方法(方法2)計算，均能滿足要求。

圖8 載荷試驗現場照片

5 結論

(1)各個場地地質情況千差萬別，結合工程實際情況，根據地勘報告，提出多種適合于本場地的基礎方案，進行詳細的設計、分析及對比，選擇最優基礎方案，供業主綜合考慮并決策；

(2)對于地基承載力深度修正等關鍵技術，規范中并沒有包含各種工程的實際情況，通過淺層平板載荷試驗進行驗證，以把控整個工程的可靠度設計；

(3)設計過程中預判各種不利情況的出現，提前制定應急措施或方案，方能確保工程順利實施。