安康住宅小區超高層建筑的樁基設計

原朵仙

（山西省第二建筑設計研究院，山西 長治 046001）

1 工程概況

長治市安康住宅小區位于長治市城東路東部，萬博裝飾廣場東側、總規劃面積44萬余平方米。場地分東西兩兩個小區，其中東區規劃用地面積7萬余平方米，地上建筑面積19萬m2，地下車庫，建筑面積約3.7萬m2，西區規劃用地面積11萬余平方米，地上建筑面積25萬m2，其北部沿附后東街排列布置8號、9號、10號三棟32層超高層建筑。本文僅敘述此三棟超高層建筑的基礎選型及基礎設計。

三棟超高層建筑均為地下2層，地上32層，建筑高度97.45米。地下一、二層高3.5m，地面以上均為住宅，其層高3m，結構形式為鋼筋混凝土剪力墻結構，剪力墻抗震等級2級，抗震設防烈度7度，設計地震分組第2組，設計基本地震加速度0.10g，工程建筑安全等級二級，，抗震設防類別丙類，地基基礎設計等級為甲級，基本風壓按50年一遇（承載力設計時按基本風壓的1.1倍采用）0.5KN/㎡。

2 地質條件

建筑場地所屬地貌單元為長治盆地東緣山前沖洪積傾斜平原。場地地形平坦，環境類別Ⅱ類，無液化土層，不考慮震陷，第一、二層為I級非自重濕陷性黃土，本工程已全部挖除，不考慮濕陷土層的影響，場地地下水主要接受上游徑流及大氣降水滲流補給，賦存于第四系沖洪積層空隙中，主要以地下徑流方式向下游排泄。本次勘察范圍內揭露地下水為孔隙型潛水，初見水位埋深為9.2~14.4米，穩定水位埋深為8.7~13.8米，穩定水位標高為92.17-94.16之間，勘察期間為豐水期。場地勘察等級甲級。

根據本次勘探結果及區域地質資料，場地及場地附近無全新活動斷裂，亦不存在影響本工程安全的其它不良地質作用，該場地可視為穩定場地，適宜本工程建設。根據巖土工程勘察報告中剪切波速測試報告知，20m范圍內土層等效剪切波速值各孔數值介于237-248m/s之間，均介于140-250m/s之間，場地覆蓋層厚度大于50米，確定建筑場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.55s。在勘探深度范圍內場地地層巖性自上而下主要土層的物理力學性能見下表1：

表1 土層主要物理力學指標

根據地質資料推薦，第5層粉質粘土層可作為CFG樁持力層（用于12F、17F、18F），第7層粉質粘土層可作為鋼筋混凝土旋挖灌注樁持力層（有效樁長33米）。

3 基礎選型

根據地質資料可選用CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁復合地基）；PHC樁（預應力高強混凝土管樁）；鋼筋混凝土灌注樁（后注漿）等多種形式。CFG樁樁體材料中加入工業廢料粉煤灰，可以減少環境污染又達到廢物料的利用，樁體不配筋，充分發揮了樁間土的承載力，具有顯著的經濟效益和社會效益，近幾年來CFG樁復合地基技術在我國的基本建設中起了非常重要的作用，從建筑到道路、煤礦已在大量的高層建均得到普遍應用。按照《高層建筑巖土工程勘察技術規程》JGJ72-2004第8.4.1條的規定，復合地基主要適用于本規范第3.0.1條所規定的勘察等級為乙級的高層建筑，對勘察等級為甲級的高層建筑采用復合地基方案時應進行專門研究并經充分論證，由于工程緊，因此排除CFG樁復合地基。

PHC樁具有供應充足，施工速度快，經濟性好等優點，近年來在工業與民用建筑工程中廣泛應用。該樁適用于承受豎向荷載的樁基，當有水平荷載作用時應驗算后使用。就本工程而言，PKPM的豎向導荷樁頂豎向荷載標準值為5000KN~6500KN，廠家可提供管徑400~600的樁型，取管徑600，其單樁豎向承載力最大特征值僅3550KN，其單樁承載力遠不能滿足設計要求。故排除PHC樁基礎。

鋼筋混凝土灌注樁適用性廣泛，但在施工中形成孔底沉渣不易清除而影響樁端助力發揮，側壁因泥漿護壁形成泥皮而影響樁周助力發揮。在樁內預埋注漿管，在灌注樁混凝土終凝到一定強度后通過預埋的注漿管，用高壓注漿泵以一定的壓力將預定水灰比的水泥漿壓人樁底，對樁底沉渣、樁端持力層及樁周泥皮起到滲透，劈裂充填，壓實和固結作用，以此來提高樁的承載力，減少變形。后注漿灌注樁單樁極限承載力計算模式與普通灌注樁相同，區別在于側阻力和端阻力乘以增強系數βsi和βp。βsi和βp對于不同的土層而不同。總的變化規律是：端阻的增幅高于側阻，粗粒土的增幅高于細粒土，樁端樁側復式注漿高于樁端樁側單一注漿。經比較該工程選用后注漿灌注樁基礎（采用樁端、樁側復式注漿）。

4 樁基計算

根據樁基規范中基樁最小中心距3d（按非擠土灌注樁）的要求以及PKPM的豎向導荷結果，進行人工布樁。

PKPM的豎向導荷結果顯示，1~9軸、12~20軸區域樁頂豎向荷載標準值為5500KN~6500KN，取樁徑D=1000mm進行單樁豎向承載力計算。9~12軸區域樁頂豎向荷載標準值為4000KN~5000KN取樁徑D=800mm進行單樁豎向承載力計算，采用樁側樁端復式注漿，豎向增強段取樁端以上12m，混凝土強度等級采用C35，樁長33米，，樁端選第7層土為持力層。根據《建筑樁基技術規程》JGJ94-2008表5.3.10條的規定后注漿增強系數對于粉質粘土樁側取值范圍為1.4~1.8，本工程取1.6，樁端取值范圍為2.2~2.5，本工程取2.4，驗算過程如下：

單樁豎向極限承載力標準值計算：按樁基規范后注漿灌注樁計算公式Quk=uψsiqsikli+uψsiβsiqsiklipi+ψpβpqpkAp（其中ψsi、ψp為D大于800時側阻、端阻尺寸效應系數）Ra=Quk/2分別求得樁徑D=800、1000mm單樁豎向承載力特征值Ra=5211KN、6590KN。

樁身材料強度確定的單樁承載力計算：Ra=ψcfcAp，其中ψc為基樁成樁工藝系數，根據《建筑樁基技術規程》JGJ94-2008表5.8.3.3條的規定取0.70，按樁徑D=800、1000mm分別計算得5873KN、9177KN。

單樁豎向承載力特征值取上述二者的較小值，D=800、1000mm分別為5211KN、6590KN。樁基計算滿足設計要求。

樁基設計等級為甲級應進行沉降計算，采用等效作用分層總和法進行計算，等效作用面位于樁端平面，等效作用面積為樁承臺投影面積，等效作用附加壓力取承臺底平均附加壓力，等效作用面以下的應力分布采用各向同性均質直線變形體理論。計算出最小沉降值56.0mm，最大沉降值79.6mm，樁基平均沉降S=67.8mm，最大差異沉降值遠小于規范限制0.0025。

結語

隨著我國城市化建設的迅猛發展，超高層建筑隨之增多，在保證安全的前提下，如何高效而經濟的設計此類建筑的基礎，是我們每個結構工程師應該認真思考、深究、方案比對的過程，就本工程的基礎設計而言，可以得出如下結論和經驗：

（1）樁底注漿的單樁極限承載力均大于未注漿的單樁極限承載力，提高幅度為30%~50%，樁端樁側同時注漿，單樁豎向承載力提高幅度更大，達80%。后注漿法是提高豎向承載力及減小承載力離散性的一項有效措施。

（2）經過注漿后的樁基沉降量較未注漿的樁基小。

（3）初灌量和超慣量的選擇是重要的，直接關系到樁底、樁側混凝土的密實度和成樁質量。

（4）從施工和檢測結果看，本工程采用樁側樁端復式注漿工藝是經濟合理的。