某復雜地質區域高層住宅樓基礎設計分析

王 康

(廈門合立道工程設計集團股份有限公司 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層商業建筑組成，地上總建筑面積約為17.1萬m2；地下部分為滿布整個小區的兩層地下室，地下總建筑面積約6.7萬m2，其中高層住宅樓為剪力墻結構體系。典型建筑單體剖面圖、標準層平面圖分如圖1～圖2所示。本文主要圍繞高層住宅樓部分的基礎設計進行闡述。

圖1 典型建筑單體剖面圖

2 基礎方案選型

(1)現場工程地質條件：受甲方委托，地質勘查單位對建筑場地進行詳細勘察，高層建筑范圍主要地質情況如下：

場地內不存在滑坡、泥石流、危巖和崩塌等地質災害，場地內未發現埋藏的河道、溝濱、防空洞等對地基安全影響較大的不利埋藏物。部分地段發育有土洞、溶洞，地基的穩定性較差。對場地內人工填土、溶洞和土洞進行處理或采用樁基進入穩定地層后，不會發生地基失穩的現象，地基的穩定性可得到保證。采取措施對有關不良地質作用和地質災害進行處理后，擬建場地地基的穩定性可得到保證。

圖2 典型建筑單體標準層平面圖

場地較適宜擬建建筑物建設。不良地質分布如圖3所示。基礎主要受力范圍內相關土層參數如表1所示。

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

圖3 不良地質平面示意圖

表1 主要巖土層地基設計參數建議值表

(2)基礎設計方案確定過程

①根據地質勘查報告，針對該工程主樓采用了“靜壓振動沉管灌注樁”基礎型式，單樁承載力特征值取2300kN，并通過審查機構審查。

②關于樁基礎方案各方提出的幾點疑問：

a)該工程所在場地若采用既定基礎方案，施工難度較大，施工工期較長，影響建設方的整體建設規劃。

b)主樓筏板、承臺下的土層為“卵石層”，是否可以采用淺基方案。

c)若采用淺基方案，相關土層的承載力、變形等指標是否能滿足要求。

d)若采用淺基方案，該工程個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因素，該如何防范、解決。

③針對以上幾點疑問，提出了相關解決方案如下：

a)根據地質勘查單位提供的原始地勘報告及主樓基底的內力情況，基礎下方的土層承載力特征值為200～300kPa,且壓縮模量較小，無法滿足主樓的承載力及變形指標需求。各方討論后決定：現場選取一定量的點位并委托具有相關資質的單位進行“現場平板載荷試驗”，以得到符合實際情況的參數指標。

b)對于局部存在的土洞、溶洞，當其在主樓基礎主要受力寬度、深度范圍內時，采用壓力灌漿進行處理。

c)對于局部存在的軟弱下臥層，采用復合地基處理方案解決。

3 基礎設計

(1)前期工作

根據現場地質情況，針對性地選取一定數量的點位委托相關單位進行“現場平板載荷試驗”，并借鑒相鄰建筑工程實際經驗，重新對原地質勘查報告進行補充完善，修正相關技術參數。現場平板試驗點位如圖4所示。

圖4 淺層平板試驗點位分布示意圖

(2)針對地質勘察報告的補充說明

相關單位對現場進行了“平板載荷試驗”，得到主樓基礎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。

相關的試驗曲線如圖5所示。地質勘察單位根據現場試驗的真實情況對該工程基礎方案選型進行了補充說明： 將基礎底部殘留的粉質粘土⑤層清除或處理后，擬建場地天然地基條件較好，適宜采用天然地基基礎型式。

圖5 平板載荷試驗曲線(典型曲線)

(3)基礎修改設計及不良地質處理

①依據地質勘查單位提供的相關地基土參數對主樓部分的基礎選型進行了調整設計：采用1800mm厚筏板，混凝土強度等級采用C35，利用筏板自身的剛度條件，將基礎相對于主樓外邊緣出挑3000mm以進一步降低基底反力。根據計算分析，基底反力值在350kPa～450kPa之間，基礎沉降變形值在22mm～35mm之間，承載力和變形均符合國家規范[1-4]要求。調整后基礎平面如圖6所示。

圖6 典型建筑單體筏板基礎平面布置圖

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

圖7 底板構造加腋簡圖

③鑒于個別高層單體局部位置基礎受力范圍內存在軟弱下臥層“粉質粘土⑤層”，該軟弱下臥層頂面埋深處于基礎底面以下2m～4m范圍，下臥層厚度在9m～12m之間，現場清除該層的難度較大，必須進行地基處理后方可采用筏板基礎設計方案。

a)原設計擬采用CFG樁進行地基處理，現場反應CFG樁身強度難以保證設計要求，經過可行性研究后，最終確定在此位置采用“錘擊式(PHC)預應力混凝土管樁PHC400-95-A”進行地基處理，并在樁頂與筏板之間設置受力、變形協調所需的“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，復合地基樁采用正方形布樁，樁距3.5倍樁徑，處理后復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合地基承載力特征值均需按相關檢測要求進行驗收。

地基處理平面布置如圖8所示。

④鑒于長期使用下建筑基礎的安全性、穩定性考慮，確定：對可能影響到主體基礎安全的局部位置存在的土洞、溶洞(圖9)，需進行嚴格處理。遵循國家規范、地方標準及當地類似工程已有的實際經驗，最終確定采用“壓力注漿”方案進行土洞、溶洞密實性填充。

圖8 局部復合地基平面布置圖

圖9 土、溶洞位置分布圖

在地勘報告反映的土洞、溶洞位置，采用間距2.5m梅花形布置方案進行注漿，若在注漿過程中發現有新的土洞、溶洞，則按照設計要求繼續處理，注漿深度需達到中(微)風化巖層或50m，注漿的相關設計、施工、驗收指標均需滿足國家規范、地方規程的要求。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 工程現狀

截稿時，該工程已經竣工驗收，業主入住率已超過85%。根據現場各階段觀測記錄，目前主樓基礎沉降變形總量均在15mm以內，且后期階段性測量基本無明顯可測沉降變形。經過各單位的通力協作，在對場地內的不良地質隱患進行有效處理后，高層建筑范圍亦采用了淺基方案，既保證了建筑結構的安全性、降低了建設單位的建設成本，又大大縮短了該工程的建設周期，取得了良好的社會效益。

5 結語

(1)當上部建筑樓層較多且荷載較大時，一般地質勘察單位及結構設計人員出于安全角度出發，基礎選型時比較傾向于采用各種類型的深基礎方案。通過對該工程設計過程的思考，筆者認為：

建筑物(尤其對于高層建筑)的基礎型式應根據其所處場地的特定地質條件并結合上部結構的受力特點進行合理的選擇及設計，設計時應統籌考慮基礎的安全性、經濟性、施工工期等元素。

(2)對于高層建筑，若采用地基處理或天然地基方案時，必須進行設計前的天然地基平板載荷試驗，以取得符合實際現狀的土層數據，可供設計進行精確計算分析；施工過程應嚴格按照設計意圖進行操作，并控制各環節的施工質量，保證設計假定的有效性；在施工完成后應進行所需的各項驗收試驗，以保證地基處理的可靠性、安全性。

(3)本文出于篇幅限制，未詳細敘述各種不同基礎方案及地基處理方案的適用范圍及經濟比較，未詳細敘述土洞、溶洞處理的各種方案的使用范圍。鑒于不同項目具有不同的自身特征，設計者在實際操作時需依據國家及地方的相關規范、規程，遵循安全、適用、經濟、可靠等原則進行設計。