大坦沙島沉積巖力學特征及高層建筑樁基礎選型探討

李亞軍 顏秋實

（1.廣東省佛山地質局，廣東 佛山 528000；2.江門市正峰地質礦業有限公司，廣東 江門 529000）

1 工程實例

1.1 工程概況

本文以大坦沙島更新改造項目AL0201024地塊為工程實例，擬建工程項目位于廣州市荔灣區大坦沙島河沙工業區，擬建工程項目包括7棟高層住宅樓及1座3層幼兒園和附屬設施等，最大建筑高度為100 m，設有3層地下室。

1.2 工程地質簡況

在鉆探深度范圍內本場地地基巖土層按成因可劃分為人工填土、第四系沖淤積層、第四系風化殘積層及白堊紀早白堊世大塱山組風化基巖共4個成因層。場地地基土主要由人工填土、粉土、粉質黏土、淤泥質土、粉砂、粗砂、礫砂組成；地基巖石巖性主要由泥質粉砂巖、含鈣質泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、鈣質砂巖、鈣質泥巖、灰質礫巖、泥灰巖等組成，據基巖風化程度強弱，將其分成強風化巖帶、中風化巖及微風化巖共3個風化巖帶。

2 中、微風化巖巖石力學特征分析

2.1 中風化巖帶

中風化巖巖石單軸抗壓強度統計如表1所示。

表1 中風化巖巖石單軸抗壓強度統計 單位：MPa

本項目揭示中風化巖層厚0.60～16.00 m，平均揭示厚度大于4.19 m，頂板埋深15.80～41.70 m，平均埋深24.40 m，頂板高程-34.79～-8.60 m，平均-17.36 m，巖面深淺起伏變化大。巖石由灰色、青灰及淺灰褐色鈣質砂巖、灰質礫巖及灰紅～紅棕色鈣質泥質粉砂巖、泥質粉砂巖組成，厚層狀，礫質、砂質或泥質粉砂結構。中風化泥質砂巖、泥巖、砂質泥巖的巖石堅硬程度屬極軟～軟巖類，巖體完整程度屬破碎，巖體基本質量等級屬Ⅴ類；中風化鈣質砂巖、灰質礫巖的巖石堅硬程度屬軟巖類，巖體完整程度屬破碎，巖體基本質量等級屬Ⅴ類。

2.2 微風化巖帶

微風化巖巖石單軸抗壓強度統計如表2所示。

表2 微風化巖巖石單軸抗壓強度統計 單位：MPa

本項目揭示微風化巖厚度2.40～18.00 m，平均揭示厚度大于7.57 m，頂板埋深15.20～43.50 m，平均埋深25.73 m，頂板高程-36.59～-8.03 m，平均-18.68 m，巖面起伏大。巖性由青灰色、灰紅、紅棕色的鈣質泥質粉砂巖、泥質粉砂巖及灰色、灰紅及灰白色的鈣質砂巖、鈣質泥巖、灰質礫巖、泥灰巖等組成。微風化鈣質泥質粉砂巖、泥質粉砂巖的巖石堅硬程度屬軟巖～較軟巖類，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ類；微風化鈣質砂巖、鈣質泥巖、泥灰巖、灰質礫巖的巖石堅硬程度總體屬較軟巖類，巖體完整程度屬較完整，巖體基本質量等級總體屬Ⅲ類。

3 高層建筑物樁基礎方案建議

高層建筑重心高，容易受到大而集中的豎向荷載以及能使建筑產生巨大傾覆力矩的水平荷載（風荷載、地震水平荷載）的作用，威脅到建筑物安全，因此高層建筑基礎的選擇尤為重要，尤其是對地基基礎承載力、穩定性和沉降量的分析至關重要[1]。

3.1 預應力管樁

采用樁徑Ф500～600 mm，以強風化巖下部或中、微風化巖頂面作樁端持力層，具體樁長根據設計的最終貫入度或最終靜壓荷載要求確定，可參照附近鉆孔資料。根據廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》（DBJ 15-31—2016）的相關規定，巖溶地區的樁基不宜采用直接支承于巖面的預制樁，只能采用預制樁時，宜采用靜壓樁。對于溶溝、溶槽發育的地段，預制樁宜適當降低承載力。

3.2 樁筏基礎

對于高層建筑，若采用預應力管樁基礎承載力不滿足要求時，建議采用預制樁樁+筏板基礎，樁基持力層選擇強風化巖下部或中、微風化巖頂面，單樁承載力應適當降低。筏板厚度由設計依據建筑荷載而定，根據基坑開挖深度，局部筏板底板坐落于上部填土或淤泥質土中，上述土層不能直接作為筏板基礎持力層，應進行復合地基處理。

3.3 沖孔或旋挖灌注樁

對于高層建筑，若采用樁筏基礎，施工難度較大，效費比可能較其他類型基礎高，且部分復合地基需進行承載力及變形模量檢測。為此，建議采用嵌巖樁基礎，以穩定的微風化巖作為樁基礎持力層，建議樁徑采用Ф800～1 500 mm，樁長一般結合超前鉆資料確定。按相關規范要求嵌巖，樁徑、樁長應足以滿足設計單樁豎向承載力的要求，建議充分利用強、中風化巖的樁側摩阻力，選用下部完整微風化巖作為樁端持力層，嵌巖深度按規范要求，確保工程質量[2]。

3.4 高強剛性樁復合地基

地基基礎由旋挖灌注樁+樁間攪拌樁+砂樁組成。旋挖灌注樁直徑建議采用Ф1 000 mm，復合地基承載力特征值建議≥450 kPa，以穩定的微風化巖作為持力層，樁最低點（全斷面）入巖深度≥0.5 m，單樁豎向承載力特征值由設計單位根據靜載試驗確定。

筏板底部樁間土采用Ф500 mm水泥攪拌砂樁進行處理（先施工砂樁后再在原位施工攪拌樁），以粉質黏土層或殘積土、強風化巖等硬土層為持力層，局部亦可采用單管旋噴樁+攪拌樁進行處理，但要求必須要穿過淤泥層及砂層進入硬土層。基礎筏板厚度和復合地基中褥墊層厚度由設計單位計算后確定。

4 單樁承載力估算及成樁不利因素分析

4.1 單樁承載力估算

預應力管樁單樁豎向承載力特征值可按省標《建筑地基基礎設計規范》（DBJ 15-31—2016）的公式進行估算：

嵌巖灌注樁單樁豎向承載力特征值可按省標《建筑地基基礎設計規范》（DBJ 15-31—2016）的公式進行估算：

巖石單軸抗壓強度Ra及C1、C2取值建議如表3所示。

表3 巖石單軸抗壓強度Ra及C1、C2取值建議

4.2 成樁不利因素分析

（1）預應力管樁需要考慮人工填土層中含碎磚、碎石塊的不利影響，必要時應以導引孔施工。此外還需要考慮淤泥質土的滑移、蠕變或軟土層負摩阻力對樁的影響，以免造成樁的傾斜或斷樁或樁基隆起的現象[3]。

（2）沖孔、旋挖灌注樁施工中應采取套管護壁，采用合適的泥漿濃度，確保填土層、砂層分布區、溶洞分布區樁孔壁不垮塌，確保淤泥質土分布區樁孔壁不縮徑，以免導致成樁困難。

（3）水泥攪拌樁需要考慮人工填土層局部地段含碎磚、碎石塊的不利影響，注意控制攪拌速度、下鉆速度及提鉆速度、水泥摻量的變化、有機質含量高低的影響。

5 結語

（1）大坦沙島場地下伏基巖主要由白堊紀早白堊世大塱山組的泥質粉砂巖、鈣質砂巖、鈣質泥巖、泥灰巖、灰質礫巖等組成，鈣質巖類中鈣質成分的可溶性物質較多，灰質礫巖中的礫石成分以灰巖為主。通過分析，大坦沙島的復雜地質環境特征是沉積巖巖石強度及軟化系數等力學特性異常的主要原因。

（2）結合大坦沙島的地質情況，考慮高層建筑“重心高、豎向荷載集中、水平荷載作用大”等特點，大坦沙島高層建筑樁基礎選型一般采用預應力管樁基礎、樁筏基礎、沖孔或旋挖灌注樁基礎、高強剛性樁復合地基基礎等施工方案。