某工程基礎選型分析

■郎國宏 ■廈門市住宅設計院有限公司，福建 廈門 361000

1 地質狀況

(1)場地存在較多土洞、溶洞及灰巖臨空面等不良地質作用，須進行補強處理。

(2)基礎底部土層為厚度不均的粉質粘土(3)或泥質卵石層(4)。

(3)場地大部分區域強風化巖層缺失，由含角礫粉質粘土層(6)直接進入中風化巖層(11)，一部分由紅粘土層(8)直接進入中風化巖層(11)，另有局部中風化層(11)上存在軟弱層粉質粘土層(7)。

(4)中風化巖層埋深變化較大，從8 米至30 米以上不等，且存在較大范圍的陡坡，坡度超過30°。

2 工程概況

(1)本工程設計為6 度抗震，地震加速度為0.05g，基本風壓為0.45kN/m2，場地類別為II 類。

(2)本工程采用剪力墻結構形式，上部為32 層，2 層地下室，y 向最大寬度為15.7m，最小寬度為9m。

(3)本工程結構總質量約為38000t，最大傾覆彎矩為y 向風荷載產生的，約490000kN·m，無零應力區。

3 對比分析

純天然地基承載力遠小于本工程基礎所需承載力要求，傳統的樁基承臺或樁筏基礎，由于造價相對較高，已被否定，而巖層距基礎底尚有距離，因此巖石錨桿基礎也被排除在外。若要降低基礎部分的造價，則必須充分利用地基土的承載力。因此，本次分析主要針對能較大限度利用地基土承載力且造價相對較低的筏板基礎+復合地基形式進行分析，以及對組成復合地基的多種樁型進行比較。

(1)基礎按復合地基上的筏板計算，則復合地基承載力特征值需要750kN/m2，其中最大反力為900kN/m2。

(2)選用預應力管樁作為復合地基的樁體材料。以樁徑0.5m 計算，樁身混凝土強度等級為C80，則樁身強度控制時，承載力特征值為2400kN。

基坑底為粉質粘土及泥質卵石，粉質粘土地基承載力特征值為180kN/m2，泥質卵石地基承載力特征值為350kN/m2，以對承載力不利的粉質粘土地基為例計算。

根據復合地基承載力計算公式得700kN/m2，不能滿足工程所需承載力。

若充分考慮地基土的承載力，基坑開挖深度為8m，地基土卸載應力為8* 16=128kN/m2，則基底土的承載力修正為180 +128=308kN/m2，樁土復合地基中樁分擔的承載力約為450kN/m2。樁布置間距取2m 時，每根樁承載力特征值為1800kN ＜24000kN，可行。

管樁按最較短樁長計算，側阻及端阻計算時，取側阻計算長度為8m，極限側阻力標準值取60kPa，極限端阻力標準值取14000kPa，則樁承載力特征值為1750kN ＜1800kN，所以按照地勘所提供計算參數，計算結果不能滿足工程所需的承載力。

若進行靜載試驗，試驗結果為:地基土承載力特征值達到320kN/m2，而樁承載力特征值達到1750kN 時，或地基土承載力特征值達到300kN/m2，而樁承載力特征值達到1800kN 時，或復合地基荷載板試驗承載力特征值達到750kN/m2時，預應力管樁復合地基方案可行。

該方案優點是施工周期短，造價較低，缺點是管樁無法進入中風化巖層，在陡坡樁尖容易失穩，樁承載力不能得到很好的保證。

(3)選用人工挖孔樁作為復合地基的樁體材料。以樁徑1.2m 計算，樁身混凝土強度等級為C35，則樁身強度設計值為:0.7* 16.7* 103* 3.14159* 0.62=13220kN。若以此作為控制值，則樁承載力特征值約9800kN。

基坑底為粉質粘土及泥質卵石，粉質粘土地基承載力特征值為180kN/m2，泥質卵石地基承載力特征值為350kN/m2，以對承載力不利的粉質粘土地基為例計算。

若充分考慮地基土的承載力，基坑開挖深度為8m，地基土卸載應力為8* 16=128kN/m2，則基底土的承載力修正為180 +128=308kN/m2，則樁土復合地基中樁分擔的承載力約為450kN/m2。樁布置間距取4.5m 時，每根樁承載力特征值為9100kN ＜9800kN，可行。

福建地區人工挖孔樁樁長必須控制在15m 以內，側阻及端阻計算時，取側阻計算長度為12m，挖孔樁擴大頭直徑為3m，極限側阻力標準值取65kPa，極限端阻力標準值取1500kPa，則樁承載力特征值為5270kN ＜9100kN，所以按照地勘所提供計算參數，計算結果不能滿足工程所需的承載力。

若進行靜載試驗，試驗結果為:地基土承載力特征值達到400kN/m2，而樁承載力特征值達到7100kN 時，或地基土承載力特征值達到300kN/m2，而樁承載力特征值達到9100kN 時，則人工挖孔樁復合地基方案可行。

該方案有對不利地質狀況的處理能力比較強，造價上也有優勢，但是承載力計算數值與工程所需數值相差較大，實現比較困難。

(4)選用全套管取土灌注樁作為復合地基的樁體材料。按嵌巖樁設計，以樁徑1m 計算，樁身混凝土強度等級為C35，則樁身強度控制時，承載力特征值為7300kN。

基坑底為粉質粘土及泥質卵石，粉質粘土地基承載力特征值為180kN/m2，泥質卵石地基承載力特征值為350kN/m2，以對承載力不利的粉質粘土地基為例計算。

根據復合地基承載力計算公式得560kN/m2，不能滿足工程所需承載力。

若充分考慮地基土的承載力，基坑開挖深度為8m，地基土卸載應力為8* 16=128kN/m2，則基底土的承載力修正為180 +128=308kN/m2，則樁土復合地基中樁分擔的承載力約為450kN/m2。樁布置間距取4m 時，每根樁承載力特征值為7200kN ＜7300kN，可行。可進行復合地基荷載板試驗對其進行驗證。

管樁按最較短樁長計算，側阻及端阻計算時，取側阻計算長度為8m，極限側阻力標準值取60kPa，極限端阻力標準值取18000kPa，則樁承載力特征值為7400kN ＞7200kN，則計算結果能滿足工程所需的承載力。

該方案解決了管樁無法進入中風化巖層，在陡坡樁尖容易失穩，樁承載力不能得到很好的保證的問題，對土層中的不利地質情況也能很好的處理，缺點是造價較高。

(5)選用沖孔灌注樁作為復合地基的樁體材料。計算模式同全套管取土灌注樁，但是造價相對較高，工期較長。

4 樁土共同作用

充分利用樁間土的承載力時，關鍵是使樁和土在受力過程中變形協調一致，因此，如何更好的利用樁間土的承載力，使其共同受力，是值得進一步進行分析。

應力相當時，混凝土樁的沉降變形或者壓縮變形量，遠遠小于土的壓縮變形量，這就需要在共同作用時增加樁的變形量，或者減少土的變形量。

目前方法有:a)加砂石褥墊層，增加樁的向上刺入變形;b)做非嵌巖樁，增加樁的向下刺入變形;c)樁頂加調節器，增加樁頂壓縮變形;d)先使用土的承載力，樁先不受力，間少樁土共同作用時土的變形。

5 最終選型

綜合以上各種樁型，比較造價及可行性分析，確定采用預應力管樁作為樁體材料，設置砂石褥墊層，做復合地基處理;基礎形式為梁板式筏板基礎;復合地基實施前且需做荷載板試驗，以提供設計依據;對于場地內的土洞、溶洞等進行注漿補強處理。最終確定形式為如下示意圖:

筏板基礎示意圖

6 結束語

對于此類樁土共同作用的廣義復合地基，仍有很大的探討空間，比如長短樁設計、樁頂調節器的使用等等，可以根據各工程情況提出更加合理、適用、安全、經濟的基礎設計方法。

［1］宰金珉.樁土明確分擔荷載的復合地基樁基及其設計方法［J］.建筑結構學報，1995，16(4).

［2］任光勇，張忠苗，宋仁乾.樁身混凝土在豎向荷載作用下的壓縮量試驗研究［J］.巖土力學與工程學報，2004，23(2).

［3］中國建筑科學研究院.GB50007-2011 建筑地基基礎設計規范［s］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［4］龔曉南.廣義復合地基理論及工程應用［J］.巖土工程學報，2007，29(1):1-13.