某教學綜合樓地基基礎對選分析

閻波，李智明，曹源，趙健 （中信建筑設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 工程概況

武漢某教學綜合樓為地下一層和地上六層框架結構，地上建筑總高度22.500m，平面為凹字形，尺寸為52.2m×55.3m，柱網尺寸為8.1m～9.0m，地下室層高為5.7m，一層層高為4.5m，二～六層層高均為3.6m，在標準組合工況下，最大柱底力約為6000kN，圖1為地上結構平面布置圖。

圖1 結構平面布置圖

根據地質勘察報告，擬建場地地質條件較為復雜，本文以該工程為例，充分利用地基承載力，針對各種基礎方案的優缺點，選取合適的基礎型式。

2 場地工程地質條件

根據本次地質勘察資料，本場地在勘探深度28.50m范圍內所分布的地層除表層分布有填土(Qml)外，上部土層為第四系全新統沖積成因一般黏性土（Q4al），中部土層為第四系上更新統沖洪積成因黏性土（Q3al+pl），下伏三疊系白云巖（T）。各巖土層工程地質特征分述如下。

第(1)層雜填土。結構松散，土質不均，物理力學性質差異性大。

第(2-1)層淤泥質黏土。呈流塑狀態，高壓縮性，強度低，普遍分布，層厚較厚，不能作為擬建建筑物基礎持力層。

第(2-2)層黏土。呈可塑狀態，該土層具中等壓縮性，強度一般，局部缺失，層厚較薄，不宜作為擬建建筑物地基基礎持力層。

第(3-1)層黏土。呈硬塑狀態，該土層具中等偏低壓縮性，強度較高，分布均勻，層厚較厚，可作為擬建建筑物天然地基基礎持力層及樁基持力層。

第(3-2)層含礫黏土。呈硬塑狀態，該土層具中等偏低壓縮性，強度較高，局部缺失，層厚相對較厚，可作為擬建建筑物天然地基基礎持力層及樁基持力層。

第(4)層中風化白云巖。強度高，可視為無壓縮變形巖層，分布均勻，厚度較大，是良好樁基礎持力層及下臥層。

同時，經鉆探揭露，場區巖溶見洞率約3.70%，屬巖溶微發育地段，規模較小，埋深較大，屬埋藏型巖溶，場區未發現土洞。若采用中風化白云巖做樁基持力層，樁基施工前需進行施工勘察。

場地各地基巖土層的承載力特征值fak及壓縮模量Es(1-2)值如下表1所示，典型工程地質剖面圖如圖2所示。

各地基巖土層的承載力 表1

圖2 工程地質剖面圖

3 地基基礎選型

3.1 天然地基

依據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）[4]規定，本項目地基承載力可進行寬度和深度修改，通過圖2可知，基礎底絕大部分處于第（2-2）層黏土層，根據初步推算，擬采用整筏基礎，基礎埋置深度自室外地面算起，筏板厚度暫取600mm。修正后地基承載力特征值如 下 ：fb=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)，其中 fak=120kPa，ηb=0，ηd=1.0，γm=18kN/m3，室外天然地面標高為21.53m，基礎底標高為16.6m，則d=21.53-16.6=4.93m，經計算，修正后地基承載力特征值fa=199.74kPa,低于標準組合時基礎底面邊緣最大壓應力值Pkmax=220kPa。

通過上述計算結果可知，經修正后的地基承載力低于標準組合時基礎底面邊緣最大壓應力值，采用天然地基方案不可行。

3.2 預應力管樁

依據地質勘察報告，根據場地工程地質條件，結合擬建建筑工程特性，推薦采用的樁基礎型式為鉆孔灌注樁及預應力管樁，成樁均是可行的。

本節先對預應力管樁方案進行論述，預應力管樁樁端持力層可選(3-2)層黏土，其樁基設計參數如表2所示。

預應力管樁樁基設計參數 表2

依據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）[7]，經過計算可知，當以第（3-2）層為持力層，單樁承載力特征值為770kN，樁長為9.8m～12.5m，共需布置525根工程樁，3根試樁，管樁樁基平面布置圖見圖3。

圖3 管樁平面布置圖

3.3 鉆孔灌注樁

依據場地工程地質條件和擬建建筑工程特性，地勘報告建議也可使用鉆孔灌注樁，本節對鉆孔灌注樁方案進行論述。

當選用鉆孔灌注樁時，樁端持力層為第(4)層中風化白云巖，但是地勘資料表明，經鉆探揭露，場區巖溶見洞率約3.70%，屬巖溶微發育地段，規模較小，埋深較大，屬埋藏型巖溶，樁端應穿過溶洞進入穩定基巖，樁基施工前需進行施工勘察，鉆孔灌注樁樁基設計參數如表3所示。

鉆孔灌注樁樁基設計參數 表3

依據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）[7]，經過計算可知，當以第（3-2）層為持力層，單樁承載力特征值為4200kN，樁長為13.7m～15.9m，共需布置127根工程樁，3根試樁，鉆孔灌注樁樁基平面布置圖見圖4。

圖4 鉆孔灌注樁平面布置圖

3.4 CFG復合地基

通過本文第3.1節天然地基方案可知，天然地基承載力僅比標準組合時基礎最大壓應力值略小，對天然地基進行處理也是一種較好的選擇。工程地質勘察報告亦建議可使用CFG樁進行處理后再采用筏板基礎，處理深度至（3-1）層黏土，處理后的地基土應進行強度檢測。

根據地質勘察結果，結合本地區經驗，并參照現行有關規范規程綜合分析，CFG樁設計樁基設計參數如表4所示。

CFG樁樁基設計參數 表4

CFG樁選用直徑500mm的長螺旋灌注樁，依據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）[7]，經過計算可知，當以第（3-1）層為持力層，樁長為6m時，單樁承載力特征值為400kN。再依據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）[5]。

通過上述計算結果可知，經處理后的地基承載力高于標準組合時基礎底面邊緣最大壓應力值，采用CFG復合地基方案可行，共需布置899根工程樁，3根試樁，CFG復合地基平面布置圖見圖5。

圖5 CFG復合地基平面布置圖

4 地基基礎型式比選

本文通過多天然地基、預應力管樁、鉆孔灌注樁和CFG復合地基進行計算復核，其中預應力管樁、鉆孔灌注樁和CFG復合地基三種方案是可行的，通過對安全性、經濟性、施工工期和施工難度等方面進行對比，選擇一種最優方案。

4.1 安全性比較

預應力管樁持力層為（3-2）層含礫黏土層，CFG復合地基長螺旋鉆孔灌注樁持力層為（3-2）層黏土層，鉆孔灌注樁持力層為（4）層中風化白云巖層，因中風化白云巖層存在地巖溶發育特征，可能存在溶洞，安全性比預應力管樁CFG復合地基略低。

4.2 經濟性比較

根據上述三個方案的工程量和綜合單價，可得出各方案的總造價，通過表5可知，CFG復合地基造價最優，其次為預應力管樁，最后為鉆孔灌注樁。

經濟性對比 表5

4.3 施工工期比較

預應力管樁施工工藝采用預應力管樁機，CFG復合地基采用長螺旋灌注樁。鉆孔灌注樁旋挖鉆機，施工速度預應力管樁最快，同時不存在混凝土齡期影響，故施工工期最短。鉆孔灌注樁需要布置鋼筋籠和泥漿護壁，同時需進行施工勘察（一樁一孔），施工工期最長。長螺旋灌注樁因不存在布置鋼筋籠、泥漿護壁和施工勘察，但是需考慮混凝土齡期影響，施工工期優于鉆孔灌注樁，但是不如預應力管樁。

4.4 施工難度比較

預應力管樁、鉆孔灌注樁、長螺旋灌注樁，是目前工程建設中常用的基礎型式，施工工藝成熟，均需要大型設備進場，施工難度均不大，尋找相應的施工單位均不存在問題，各種方案均不存在施工難度大的問題。

4.5 綜合比較

為便于建設方綜合考慮，選擇最適合本工程的基礎方案，設計對預應力管樁、鉆孔灌注樁和CFG復合地基三個方案從“優”“良”“中”三個等級進行評價，各項指標結果評價等級詳表6。

綜合對比表 表6

5 結論

本教學綜合樓工程層數不高，但是地質條件較復雜，各種基礎型式都似乎都可以采用，但又無法確定哪一種是最優選擇，故通過對各種方案從不同方面進行對比，確定采用CFG復合地基是最優選擇。

本文通過各種準確數據對比，有利于選取合理的基礎型式，選取的基礎型式在安全性、經濟性、施工工期、施工難度上都具有較大的優勢，滿足了建設方的使用需求，取得滿意的效果，并獲得了建設方和其他參建單位的認可。目前該項目主體結構已經封頂，長期沉降觀測數據均滿足規范要求。