南寧某幼兒園基礎選型設計

□ 孫 昌 黃培能

1 ??工程概況

某幼兒園位于南寧市五象新區龍崗大道中段，建筑層數為3層，各層層高均為5m，建筑總高度約15.30m，屋面局部為坡屋頂形式。建筑平面布局有3棟矩形平面加上部分連廊構成部分內凹的內部庭院空間，平面尺寸長約86m，寬為38.70m。在H軸與J軸之間設置抗震縫形成兩個獨立的抗震單元，建筑立面造型較復雜，項目建筑效果見圖1。

圖1 某幼兒園建筑效果圖

2 ??上部結構設計

南寧市抗震設防烈度為7°[1]，設計基本地震動加速度為0.10g，設計地震分組為第1組，場地土類別為Ⅱ類。幼兒園的抗震設防類別為乙類，風荷載按50年一遇取值即0.35kN/m2；主要樓面附加恒載考慮隔聲樓板的要求采用2.20kN/m2，活荷載按規范取值，其中屋面局部為種植屋面形式，活荷載按屋頂花園取值為3kN/m2。

幼兒園采用現澆鋼筋混凝土框架結構體系，框架抗震等級為二級，主要框架柱截面尺寸為600mm×600mm，框架梁截面尺寸為300mm×700mm。二層活動中心柱網尺寸較大，柱距11.60m，該區域采用單向密肋梁樓蓋體系，梁截面尺寸300mm×600mm。

3 ??地質情況

場地分布的地層自上而下依次為人工填土的雜填土①；第四系殘積成因紅黏土②、紅黏土②1；下伏基巖為泥盆系灰巖③和④，描述如下：

（1）雜填土①：黃褐色，稍濕，成分以黏性土為主，夾雜建筑垃圾、碎石和植物根系，孔隙大，松散狀態，土質不均，填土回填時間小于5y。重型動探試驗修正后錘擊數N=2擊/10cm～4擊/10cm，標準值N=2.50擊/10cm，現場揭露層厚為0.20m～6.10m。

（2）紅黏土②：棕紅色、褐黃色，稍濕，硬塑狀態，局部可塑，切面稍光滑，稍有光澤，干強度高，韌性中，無搖振反應，夾雜少量黑色鐵錳質結核，局部夾有孤石、硅質巖角礫，靠近巖面底部夾少許灰白色石灰巖角礫。標準貫入試驗修正后錘擊數N=10.40擊/30cm～14擊/30cm，標準值N=11.70擊/30cm。該層在場地大部分區域均有分布，層厚0.60m～13.30m，平均厚度6.40m。

（3）紅黏土②1：褐黃色、灰黃色，濕，以可塑狀為主，局部呈軟塑狀，干強度中等，韌性中等，無搖振反應，切面光滑，稍有光澤，局部夾有孤石，硅質巖角礫，靠近巖面底部夾雜少量灰白色石灰巖角礫。標準貫入試驗修正后錘擊數N=5擊/30cm～10擊/30cm，標準值N=6.10擊/30cm。該層在場地大部分區域均有分布，層厚0.60m～14.31m，平均厚度3.02m。

（4）較破碎石灰巖③：灰白色、灰色，隱晶質結構，塊狀構造，風化強烈，節理裂隙發育，有方解石脈發育，巖芯破碎，巖芯被溶蝕，一般呈碎塊狀，塊徑一般在20mm～80mm，采取率不高，局部夾雜有少量黏性土，巖石堅硬程度屬較硬巖，巖體完整程度屬破碎，巖體基本質量等級為Ⅳ級。該層在場地大部分區域均有分布，分布不均勻，局部厚度較大，層厚0.20m～9.80m，平均厚度2m。

（5）較完整石灰巖④：灰白色、灰色，隱晶質結構，中風化狀態，中厚—厚層狀構造，節理裂隙有發育，有方解石脈發育，巖芯多呈短柱狀、長柱狀產出，一般長在50mm～300mm，巖石質量指標較好，巖芯采取率多在90%以上。巖石單軸飽和抗壓強度標準值54.89MPa，巖石堅硬程度屬較硬巖，巖體完整程度屬較完整，巖體基本質量等級為Ⅲ級，該層在場內全部區域均有分布，為場地穩定分布地層，勘察時未鉆穿該層，最大揭露厚度14.80m。

（6）場地巖溶發育情況。擬建場地處于巖溶發育地段，不良地質作用主要為巖溶，主要表現為巖溶洞隙，局部有巖溶溝槽發育。在224個鉆孔中有106個鉆孔揭示有巖溶洞隙，遇洞率47.32%，線溶率10.22%，屬巖溶強烈發育地段。勘察后可知巖溶洞隙大部分存在于強風化較破碎石灰巖層中，洞隙高度0.30m～3.60m，洞底標高50.74m～70.22m，發育強烈，由可塑狀紅黏土填充。場地巖溶尚在發育中，對工程建設有一定的影響。

各巖土層主要參數建議值見表1，樁基設計參數建議值見表2，典型工程地質剖面見圖2。

表1 各巖土層主要參數建議值

表2 樁基設計參數建議值

圖2 典型工程地質剖面圖

4 ??基礎選型

場地原狀地面標高在69.78m～73.60m，一層室內地面±0.000標高相當于絕對標高79.25m，可見場地的土方回填量較大。結構專業在建筑方案設計階段參與了項目的咨詢，由于場地尚未進行土方平整，因此考慮兩種基礎選型方案：一是場地先平整至設計室內地面標高，采用樁基礎，樁基持力層采用較完整石灰巖④層，樁基礎施工完成后再施工承臺及首層的梁、板；二是考慮到上部結構荷載不大，采用柱下獨立基礎，以紅黏土②層為基礎持力層，待基礎施工完畢后施工框架柱至一層地面，回填土方，再施工首層的梁、板[2]。

4.1 樁基礎方案

在場地清表后逐層回填土方，壓實。按照規范的要求對應每根柱下布置施工勘察鉆孔，鉆孔深度需滿足樁端持力層以下5m深度范圍內持力層完整，無溶洞、裂隙等不良地質條件。樁基方案擬選用800mm樁徑的旋挖鉆孔灌注樁，單樁抗壓承載力特征值為4700kN，大部分采用一柱一樁的布置形式，在抗震縫處采用兩柱一樁，承臺厚度為900mm。樁端進入持力層石灰巖④層不小于500mm。樁基礎方案（局部平面）布置如圖3所示。

圖3 樁基礎方案（局部平面）

根據地質剖面圖估算最長樁長約35m,平均樁長約31m，樁基總數量為79根。樁基完成后需進行樁基承載力及完整性檢測。樁承載力檢測數量不少于1%及3根，樁完整性檢測數量不少于30%。

4.2 柱下獨立基礎方案

根據柱距選用雙柱或單柱獨立基礎，在A軸交13軸附近，由于場地的限制，局部采用筏板基礎。柱下獨立基礎階數均為二階，基礎高度為500mm～1000mm。采用柱下獨立基礎時，在基礎面—首層地面標高段需增設框架柱，柱截面尺寸為600mm×600mm。柱下獨立基礎的混凝土標號采用C30，基底設置C20素混凝土墊層。基礎按設計尺寸開挖后至持力層，需進行施工勘察（釬探），保證基底持力層完整且無軟弱土層、土洞等不良地質。施工勘察孔的布置按規范要求布置，每個柱下獨立基礎下布置3個～5個孔點。柱下獨立基礎方案（局部平面）見圖4。

圖4 柱下獨立基礎方案（局部平面）

4.3 兩種基礎方案比較

從基礎完成的時間來看，樁基礎施工完后需要進行養護，并進行樁基檢測，包括承載力檢測以及樁身完整性的檢測；而獨立基礎無須檢測，節省了工期。

從基礎持力層可靠性驗證角度來看，樁基礎需要進行超前鉆，需要驗證樁端以下3.0D（D為樁身直徑）以及5m范圍內不得有溶洞等不完整的灰巖；柱下獨立基礎需要驗證持力層1.5b（b為基礎寬度）及3m。由于樁基持力層是強度較高的灰巖，需要采用重型設備方可實施；而柱下獨立基礎的持力層是黏土層，采用輕型的觸探設備即可滿足要求，在檢測難度和時間上均大大少于樁基礎。

從施工質量控制的角度來看，樁基施工需要在深厚的填土層進行，而且填土時間較短，施工時為保證不塌孔，需要增加鋼套管或者采用泥漿護壁，額外增加了施工措施費用。

從成本控制角度比較來看，兩種基礎方案的基礎工程造價見表3。從表中可以看出，柱下獨立基礎更為經濟，直接費用節省40%左右。

表3 基礎工程造價比較

從結構安全性角度來看，由于場地巖溶發育，且持力層起伏較大，采用柱下獨立基礎時需進行巖溶穩定性分析，保證在設計基準期內不會由于巖溶的發育影響持力層的穩定性；而采用樁基礎可避免巖溶穩定性分析。

綜合以上最終采用柱下獨立基礎的方案。為驗證土方回填施工過程對框架柱是否造成損傷，對混凝土框架柱全數補充低應變檢測，結果顯示框架柱均完好。目前項目已經竣工使用1年，狀況良好。

4.4 巖溶穩定性分析

選用柱下獨立基礎時，需要考慮在設計使用年限內溶洞的穩定性對基礎的影響。由于影響巖溶穩定性的因素很多，目前的勘察手段一般也難以查明巖溶特征，對巖溶穩定性的評價仍然以定性和經驗為準。依據《廣西巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ 45/024—2016）[4]第5.2.3條巖溶地基穩定性評價的類比法和項目的地質勘查報告，對幼兒園的巖溶地基穩定性評價：一是場地的地質構造無斷裂、褶曲、裂縫強烈發育但均有填充。二是巖層產狀的走向與溶洞軸線垂直，巖性呈厚層塊狀，巖層強度高。三是溶洞埋藏較深，覆蓋層厚度不少于4m，溶洞尺寸與柱下獨立基礎尺寸相比，相對較小；個別的尺寸較大的溶洞位于建筑物的邊緣且離擬建建筑物5m的距離；溶洞呈豎井狀、裂隙狀，單一分布，沒有形成片狀分布；溶洞頂板的厚度與洞跨比值大，頂板呈平板狀；溶洞充填可塑狀的紅黏土，且無被水的可能性。四是擬建的幼兒園為3層建筑物，荷載較小。因此，綜合上述評價，幼兒園的巖溶地基屬于穩定的巖溶地基。

5 ??首層平面結構梁、板設計

由于填土較深，無論是采用樁基礎還是柱下獨立基礎方案首層梁、板結構作為地下工程的一部分均應滿足一定的剛度要求。項目的結構嵌固端設置在首層地面，首層框架梁截面為（300mm×700mm）～1000mm，結構板厚120mm～150mm。考慮到回填土的施工要求，現澆板與梁采用疊合后澆的形式。經計算，×向的結構剛度比2.32，Y向的結構剛度比2.41，均滿足嵌固剛度比不小于2的要求[3]。一層結構梁、板后疊合澆筑大樣見圖5。

圖5 一層結構梁、板后疊合澆筑大樣圖

6 ??結語

在項目前期設計階段，建筑場地的平整與基礎選型有很大的關系，合理的施工順序可以為項目節約工期及建造成本。本文對基礎選型進行了樁基礎與柱下獨立基礎的兩種方案比選，結合工期及造價來綜合考慮其方案的優劣性，選定柱下獨立基礎作為實施方案，有效地控制了結構的經濟性及合理性。