某軟土地基基礎選型分析

張鵬，王飛宇 （安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230002）

1 項目工程概況

1.1 工程概況

項目位于安徽省滁州市，該項目共有5個單體，其中2個主教學樓（北側4層，無地下室；南側4層，一層地下室），1個禮堂（2層），2個連廊（西側帶電梯樓梯共5層；東側2層），建筑面積5681.8m2，其中地上5284.1m2，地下設備用房397.7m2，建筑功能為教室、辦公等，一層建筑平面圖如圖1所示。

圖1 一層建筑平面布置圖

本工程結構設計使用年限為50年，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為二組，場地屬于襄河河漫灘地貌，場地屬于中軟場地土，場地類別為II類，建筑抗震屬于一般地段。擬建樓為標準設防類，設計基本地震加速度值為0.05g(第二組),設計特征周期值為0.40s[1]。

1.2 地質概況

根據本項目的相關巖土工程勘查報告，場地內及周邊地區未發現不良地質作用，場地穩定性較好，且場地地面較開闊，地形起伏小，適宜進行本工程的建設。場地土層分別為①層耕土、②層粉質黏土、③層淤泥質粉質黏土、④層粘土、⑤層中砂層。其中②層土層厚度較小，最少只有0.6m，而軟土層③層厚度約為8.9m-11.1m。土層相關參數如下表所示。

預制靜壓樁 水下鉆孔樁 水泥攪拌樁地層編號壓縮模量Es(MPa)1 雜填土 20 18 8 2 粉質粘土 130 7.08 40 38 22巖土名稱承載力特征值fak(kPa)Qsik Qpk Qsik Qpk Qsik Qpk(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)3淤泥質粉質粘土80 4.60 25 22 13 4 粘土 175 9.31 80 8 40 5 中砂 190 54 3800 53 1500 28 190

1.3 上部結構布置及特點

本工程采用框架結構體系，結構主要抗側力構件為框架柱。相鄰結構單體層數不同，報告廳中存在中空區域，且僅南側主樓下設有地下室，以上情況造成柱底荷載分布不均勻。通過以上特點可知沉降控制和承載力控制為該項目基礎設計的關鍵因素[2]。

2 天然基礎方案

一般來說，多層建筑宜優先選用天然基礎，本項目基礎持力層可位于②層粉質黏土，承載力及彈性模量較為合適，經復核持力層土層厚度及持力層以下土層承載力，發現②層粉質黏土較薄，最小僅有0.6m，且其下③層淤泥質粉質黏土層較厚且不均勻，而承載力特征值僅為80kPa,壓縮模量僅為4.6MPa,綜合復算軟弱下臥層承載力及基礎沉降[2]，該基礎選用天然基礎無法滿足承載力及沉降要求，故放棄天然基礎方案。

3 樁基方案

由于場地內③層淤泥質粉質黏土層較厚、且其承載力小，壓縮模量小，故可選用樁基礎方案。

對于鉆孔灌注樁，場地內⑤層中砂層易在施工時坍塌，施工質量不易保證，故本工程采用預應力混凝土管樁（PHC樁）的基礎方案。樁基選用PHC-600-AB-110，,樁端進入⑤層中砂層，對無地下室區域，基礎采用柱下樁基承臺，有效樁長18m,單樁承載力約為1100kN，柱下樁數為2根～4根；設地下室區域，基礎采用樁筏基礎，有效樁長18m,單樁承載力約為1100kN。具體布置如圖2所示。

圖2 PHC樁基平面布置圖

由于樁基穿過軟弱土層，直接進入⑤層中砂層，可有效減小基礎沉降和柱間相對沉降差，計算結果表明承載力和沉降均能滿足相關要求[3]。該方法承載力高，沉降小，傳力明確，施工周期較短，技術上較為適用于本工程。但經現場實勘，發現周邊有較多已建居民建筑，進出場地的道路狹窄，在無法選擇錘擊設備的情況下，靜力壓樁機及運送管樁的卡車無法進入場地，故放棄該方案。

4 水泥攪拌樁復合地基

在軟土地基，采用復合地基能夠較好地解決基礎承載力和沉降的問題，根據當地已有的工程經驗并結合地勘單位的意見，本項目選擇水泥土攪拌樁復合地基解決天然基礎承載力不足及沉降過大的問題[4]。

設計取水泥土攪拌樁樁徑500mm，樁長14m，樁端持力層為⑤層中砂層，樁間距為0.8m，樁身90天齡期立方土抗壓強度為1.5MPa，單樁承載力特征值為73.5kN，水泥土攪拌樁采用濕法工藝，其加強后復合地基承載力特征值為160kPa.基礎采用柱下獨立基礎，南側帶地下室主樓采用筏板基礎。通過復合地基加強后，基礎承載力可滿足要求，基礎沉降與相鄰柱基之間沉降差也能滿足要求[2]。樁基布置見圖3.

水泥土攪拌樁施工機械較PHC樁的壓樁機械較小，經現場實勘能夠進入場地進行施工作業，綜合以上特點，本工程基礎選用水泥土攪拌樁復合地基。

水泥土攪拌樁法是現代處理軟土地基的一種極為有效成熟的方法。水泥土攪拌樁復合地基是由水泥土攪拌樁、樁間土、褥墊層和基礎一起共同工作，形成整體受力變形協調的共同體，其控制沉降和提高承載力有著較多的應用[4]。但由于水泥土攪拌樁樁身強度低，對地基承載力提高有限，更適用于本工程這種軟土地區的多層框架結構。同時水泥土攪拌樁還具有施工方法簡單，機械化程度高，施工速度快，經濟效益顯著等特點。

圖3 水泥土攪拌樁平面布置圖

5 總結

本文對軟土地基多層框架建筑的實際工程案例進行分析，綜合考慮建筑物所處的地基特點、周邊環境及施工的難易程度進行基礎選型分析。經承載力復核及地基沉降復核，本工程選用PHC管樁基礎及水泥土攪拌樁復合地基基礎均能滿足規范對承載力及沉降的要求，且施工方案均為可行。但由于場地所處環境的限制，PHC管樁運輸及壓樁設備運輸不便，故本項目最終選擇水泥土攪拌樁復合地基的基礎形式。

在軟土地基區域，由于基礎下某層土承載力低，壓縮模量小，厚度較厚且分布不均勻，如采用天然基礎，經常面臨承載力不足及沉降不足等問題[2-5]，需采取其他的基礎形式。PHC樁與水泥土攪拌樁復合地基通過選擇合適的樁端持力層，均能較好地解決承載力與沉降的問題。但該兩種不同的基礎形式，對施工要求、場地要求各不相同，且各有各的適用范圍，故在設計時應根據具體情況合理的選擇基礎形式。