某高層住宅小區的基礎設計

賀國華

（山西中方森特建筑工程設計研究院，山西太原 030020）

0 引言

近些年，隨著建設行業的步伐加快，適宜或不適宜建造高層建筑的位置均建造了大量的高層建筑。受場地條件限制，城市市區內，許多位置不適宜建造高層建筑，為將利益最大化，如場地土質較差，會使用人工地基，增加承載力，從而滿足設計高層建筑的需求。基礎作為地基和上部結構的中間部位，承受著承上啟下的作用。若天然地基較差，使用樁基+筏基的方式可承受較大的豎向荷載，實現高層建筑的建設；若天然地基較好，也可單獨使用筏板基礎承受豎向荷載。因此在進行基礎設計時，應因地制宜的使用基礎型式。而當前設計領域中，但凡是高層建筑，往往均使用樁筏基，造成一定的資源浪費和經濟損失。因此在高層建筑基礎設計時，結構設計人員應根據巖土工程勘察報告進行驗算，選擇合適的基礎型式。本文即根據某工程實例的基礎選型展開分析，最終選擇較為理想的基礎型式[1-7]。

1 工程概況

某高層住宅樓，建筑總高約為90m，為地下三層、地上三十層的鋼筋混凝土剪力墻結構，建筑設計使用年限為50 年，結構安全等級二級。該地區基本設計風壓0.3kN/m2，雪壓0.1kN/m2；設防烈度為Ⅶ度，地震加速度值0.1g；第三組設防類別為（丙）類，場地類別為Ⅱ類。

2 地質情況及基礎方案

2.1 地質情況

巖土工程勘察后得出預應力管樁、鉆孔灌注樁和人工挖孔樁三類不同樁的極限端阻力標準值和極限側阻力標準值。根據該工程的地質剖面圖和勘探孔柱狀圖，巖土層從下到上依次為：中風化泥巖、強風化泥巖、全風化泥巖、含卵石粉質黏土、粉質黏土、素（雜）填土，擬將地基承載力特征值為300kPa 的強風化泥巖層作為基礎持力層，中風化泥巖層的天然單軸抗壓強度為5.5MPa，基床系數65MN/m3。本工程地下室相對標高-16.7m，+0.000 標高525.6m，預計筏板基礎厚度1.5m，筏板基礎底面相對標高-18.2m。巖土工程勘察報告顯示，基礎大部分位于強風化泥巖層，少部分可以深入到全風化巖土層和含卵石粉質黏土層；若基礎重心所在的強風化泥巖層的承載力達到設計值，部分黏土層經過換填方式處理后，則該工程地基的承載力可以符合標準。

2.2 基礎設計方案

經對本工程的地勘報告進行研究分析，認為基坑較深，若地基基礎采用人工挖孔灌注樁的形式則會帶來較大的安全問題，因此該方式被排除，并提出四種基礎方案建設本工程主體結構。

方案1：筏板基礎與大直徑剛性樁復合地基結合。

方案2：筏板基礎與高強度預應力管樁地基結合。

方案3：筏板基礎與天然地基結合。

參照該工程地質勘探報告，根據巖土工程勘察報告數據，分別采用上述四種方案對其中一個建筑單元進行設計。

（1）方案1：地基采用大直徑剛性樁是以強風化—中風化泥巖層為持力層，按照間距為3.0m 的三角形方式排列。剛性樁澆筑采用C20 素混凝土，樁直徑1.0m 樁長至少5.0m，進入持力層至少4.0m。經過處理后地基承載力至少為600kPa，壓縮模量至少為22MPa；筏板混凝土設計強度等級為C40，厚度為1.5m，雙層雙向配φ22@160。

（2）方案2：高強度預應力管樁，直徑500mm，樁中心間距2.2m×2.2m，樁的長度約為12.0m，持力層位于中強風化泥巖層，樁端進入持力層至少為11.0m，單樁縱向承載力為2000kN；筏板采用C40 混凝土，厚度約1.1m，雙層雙向配φ20@190。

（3）方案3：本工程若采用天然地基，參考地勘報告并經計算，強風化泥巖層的地基承載力特征值可以達到300kPa，經過深度修正處理后地基承載力滿足規范要求。筏板混凝土設計強度等級為C40，厚度為1.5m，雙層雙向配φ22@160。

2.3 方案優選

從施工勘察、工程難度、工期、造價和優缺點等幾個方面對比以上三種基礎方案，專家對每個方案進行賦值打分，得出方案選擇順序，方案3 為最優方案，其次是方案1，最后是2。

3 地基承載力修正和應對方法

3.1 地基承載力修正

根據《建筑基礎設計規范（GB 50007—2011）》第5.2.3 條規定，當基礎的寬度超過3m 或者埋深超過0.5m 時，且經載荷試驗或其他經驗值、原位測試得到的地基承載力特征值，應按以下公式進行修正：

式中：d-基礎埋置深度，m，原則上以室外地面標高為基準。實際取值有不同算法。若建筑地基位于填方整平區域，從整平地面標高測算基礎埋深；應先進行上部結構施工再填土的區域，基礎埋深測算起點應是天然地面標高。采用筏基或箱形基礎的地下室，埋深測算應以室外地面標高為基準；采用條形或獨立基礎的地下室，埋深測算應以室內地面標高為基準。根據上述規范，本工程的基礎埋置深度應從室外地面標高算起；但是中庭純地下室位于主體結構內側，其地基為抗水板+獨立基礎，按《建筑基礎設計規范（GB 50007—2011）》理解，應以地下室室內地面標高為基準測算埋深。

《北京地區建筑基礎勘察設計規范（DBJ11-501—2009）》第7.3.8 條規定，若高層建筑采用筏形基礎，確定其埋深時應考慮到純地下室或外圍裙房會削弱建筑的基礎側限，應根據純地下室或裙房與主樓基礎寬度之比，將純地下室或裙房的平均荷載折算為土層厚度作為基礎埋深。根據以上規定，本工程為純地下室，抗水板厚度為500mm，基礎屬于整體式筏板基礎，因此采用以下方法修正地基承載力：

方法1：以室外地面為基準計算基礎埋深d，計算在最不利條件下，d=12.0m；得出地基承載力特征值fa=631.2kPa。

方法2：按上述規范進行加權平均計算其埋深，純地下室配重計算得到d1=3.0m，塔樓外側d2=12.0m，則d=（3.0+12.0）/2=7.5m；則地基承載力特征值fa=501.6kPa。

修正公式中fak=300kPa；ηd=1.6；γm=18kN/m3；寬度修正不予計算。根據上述兩種方法，按照方法1 計算該樓筏板基礎合格；而方法2 計算結果不合格。

3.2 應對方法

按照3.1 中公式（1）對筏板基礎地基承載力的修正計算結果符合國家相關規范，但根據本工程實際情況，運用兩種方法進行承載力修正計算，采用方法2 計算而得到的部分地基承載力不合格。因此為了檢驗筏板基礎承載力的深度修正是否適用設計規范，可以通過平板載荷試驗的方法測算地基承載力，該方法需要在基坑開挖后，再選擇適當位置進行試驗。為了不耽誤工期，可以預先按照基礎方案1 進行施工，采用筏板基礎與大直徑剛性樁復合地基結合進行預設計，作為主方案，一旦平板載荷試驗測算結果不滿足要求，則按相應的地基處理方案進行部分或全部處理，并根據平板載荷試驗測算承載力范圍采用下列方法進行處理：

（1）當小于300kPa，則不滿足要求的部位均需要進行處理；

（2）當結果在400kPa 左右（如390～450kPa），則部分區域需要進行處理；

（3）當結果在500kPa 左右，則無須處理。

4 平板載荷試驗

4.1 試驗方法

平板載荷試驗應及時在基坑開挖至設計標高后進行。在基礎底面標高處進行布置試驗，試驗反力由平臺堆載法提供，選擇面積大于0.5m2的平面，預估極限承載力為1200kPa，試驗使用液壓千斤頂，分10 級逐級加載。每級荷載加載后，間隔一段時間再讀取一次沉降量，間隔時間為10min、10min、10min、15min、15min，以后每級加載后間隔30min 測讀一次沉降量。當在連續2h 內，沉降量速率低于0.1mm/h，可以記錄結果并進行下一級荷載試驗。當出現以下任意情況時可終止試驗：

（1）試驗承壓板周圍巖土側向擠出；

（2）沉降s 急驟增大，荷載-沉降（P-s）曲線出現陡降段；

（3）試驗中出現沉降速率在24h 內一直變化無法達到穩定標準；

（4）沉降量與承壓板直徑或寬度之比不低于0.06。

4.2 試驗結果

根據淺層平板試驗結果，該樓天然地基試驗標高處的地基承載力特征值為466kPa，符合本文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。

5 結論

本文結合工程實例，對工程現場實際的地質勘探進行分析，得出四種基礎方案，并對四種方案從施工勘察、工程難度、工期、造價和優缺點方面進行分析論證確定優選方案。依據相關建筑規范，結合工程實際情況對地基承載力分析計算、修正處理，最終確定滿足工程需求的基礎施工方案。本文對于建筑基礎施工領域基礎承載力修正、方案制定等具有一定的指導意義。