復雜地質條件下帶裙房高層建筑疏樁基礎設計

摘 要：介于天然地基和常規地基基礎之間的過渡基礎形式的疏樁基礎是一種復合樁基，現今已被廣泛應用在多層民用建筑中，但是還是較少被應用在帶裙房的高程建筑施工中。本文將結合某一級復雜地質條件的小區施工建設項目，簡要研究了在該小區高層住宅中應用疏樁基礎，其結果表明取得較為顯著的經濟效益，希望能對類似路面帶裙房高程建筑工程起到借鑒作用。

關鍵詞：疏樁 復合樁基 高層建筑

一、引言

介于天然地基和常規地基基礎之間的疏樁基礎是一種考慮對樁和層臺底基層共同承擔的荷載的復合樁基。應用疏樁基礎能夠取得幾點優勢：單樁能夠承擔極限承載力的荷載；使用少量樁就可以將沉降控制在允許的范圍內；減少用樁數量，并取得顯著的經濟效益；對承臺下地基土承擔的荷載進行考慮，采取樁-土-臺共同工作的方式。

二、工程概況

本工程為某一級小區住宅施工建設項目，按照規范方法需要液化判別地基上部的-1粘質粉土、-2砂質粉土和-3粉砂層，對其進行7度的近震測試，從而判斷出該地基土是一種不液化土，但是下部第四系覆蓋層中有土洞存在，將其劃屬為不利抗震的地段。

三、比較和選擇基礎方案

本住宅區具有較大的上部荷載，并且不可以將沉降縫設置在主樓和地下車庫之間，由于建筑物要求較高的沉降和不均勻變形的要求，再加上不良的巖溶和土洞地質發育導致場地的地質條件變得極為復雜，所以基礎方法的選取將會對工程的安全性和總費用造成直接影響。按照結構所要求的沉降和不均勻沉降，可以對以下基礎方案進行選擇：

1.地基處理。高層住宅基底20m深度范圍內主要是由-1粘質粉土、-2砂質粉土和-3粉砂層組成，其中后面兩層土具有較大的厚度和較高的力學強度和中等壓縮性。對其進行驗算發現，如果使用天然的地基，持力層使用-2砂質粉土，修正其基礎深度和寬度，可以確定地基承載力基本達到基底壓力的要求，但是具有過大的沉降，不適合進行使用。如果在上部地基中采取振沖碎石樁法進行處理，使得基礎直接位于加固后的人工地基上，但是無法按照現有的處理方式進行處理深度，這是因為有相對軟弱土層⑤號和⑦號夾在20～35m深度范圍內，易導致主樓和裙房車庫相鄰基礎上具有較大的沉降差，因此不適合采取該方式。

2.常規樁基礎。綜合考慮到上部結構荷載和地層分布情況，使用具有較大直徑的鉆孔灌注樁，并選取基巖作為持力層，能夠滿足正常地質條件下的高層建筑的規范要求。但是由于該場地地下存在溶洞，按照現有的方法和勘探設備，是無法對溶洞、土洞的大小和范圍進行探明。如果是使用常規基礎對溶洞和土洞進行穿透則存在較大的難度和較多的施工隨機性因素，所以不適宜使用該方式。

3.疏樁基礎。如果持力層使用-2砂質粉土，對其進行驗算和修正后，地基承載力能夠達到基底壓力的要求。如果對具有較大間距的摩擦樁進行適當的布置，使得上部荷載由基礎下的地基土和樁共同分擔，按照沉降要求確定出樁數，不僅能夠在允許范圍內控制基礎沉降和不均勻沉降，還可以防止基底附加應力全部被常規樁基傳遞到地層深部而對巖溶的穩定性造成影響，所以疏樁基礎的方案是可以考慮使用的。

四、計算疏樁基礎設計

例如17號樓的基礎設計，該樓地上有15～16層，地下一層，采取框架結構，10500㎡的建筑面積，建筑單體上部荷載效應具有150929KN標準組合值和142958KN準永久組合值。

1.驗算基底附加壓力。選擇0.6m直徑的鉆孔灌注樁和⑧層的樁端持力層、25m的有效樁長、平板式筏板的基礎，按照外墻挑出1.5m，得到724.3㎡的基底總面積，40KN/㎡的地下室和底板總和荷載。持力層使用-2層，按照規范方法對天然地基進行寬度和深度的修整，則具有295kpa的承載力特征值。天然地基承載力相比較于修正后的地基承載力特征值而言，是符合要求的。

2.確定樁數。

2.1確定常規樁基樁數。為了方便進對樁數和基礎沉降的關系進行計算研究，按照相等面積、形心基本重合的原則先簡化基礎底面成45×16.1m的規則矩形。從表1中的數據可以得出單樁豎向承載力具有1207kN的特征值和0.141的端阻比。按照常規的設計方案，單樁承載力設計值為732KN，需要200根樁。

2.2確定疏樁基礎樁數。按照200根的常規樁基樁數、1/3的常規樁基樁數和0根樁數這三種情況，分別對均勻布樁時候基礎中心處沉降進行計算，在線性變化的假定下，描繪出基礎中心沉降量S和樁數n之間的關系。

3.基巖頂面或溶洞頂面附加應力分析。由于⑧-2a粘土混碎石土層下面有較大埋藏深度本的溶洞存在，如果對其使用常規樁基的基礎形式，不處理潛在的巖溶，當基底的附加應力傳遞到地層深部的時候會對巖溶的穩定造成影響，使用疏樁基礎則是可以減少溶洞頂面的附加應力。隨著不斷增加的樁數，基巖頂面的附加應力也在不斷增大，尤其是使用常規樁基數時候具有最大的應力。通過觀察其變化過程可以看出，初期增大幅度比較明顯。具有10%的基巖頂面的附加應力和自重應力比值，而采取60根樁的疏樁基礎則具有8.5%的比值。所以可以得出，在一定程度上復合樁基能夠將基巖頂面的附加應力降低。

4.基礎筏板內力有限元分析。采取SUPER SAR有限元分析軟件，在對樁-土-筏共同作用進行考慮前提下，有限元分析其基礎，對上部結構標準組合下實際傳到底板面的墻、柱荷載進行計算，除了17號樓筏板需要1.2厚度，其他都是選取1m厚度，純車庫的筏板取0.6m厚度。從筏板彎矩計算結果可以得出，小范圍內有2790KN的筏板最大彎矩值出現。相比較天然地基而言，使用疏樁之后，明顯減小了筏板的彎矩，并且也有效的控制了主樓和裙房間的沉降差。通過觀測計算結果可以得出，沿著主樓和裙房之間的帶裙房高層建筑剖面的沉降曲線是一條“緩變形”。主樓和裙房之間的沉降差造成不大的筏板內力，采取一定的加強結構的方法來處理主樓和車庫交接范圍筏板是能夠滿足規范要求的。

五、結語

疏樁基礎作為一種復合樁基，其可以通過采取較少樁數量以達到控制沉降和節省成本等效益。針對當前疏樁基礎應用實例較小情況，文章通過結合連體地下車庫實例，結合建筑物沉降要求高和存在巖溶地質特點，最終選取疏樁基礎的方案，合理地確定出疏樁基礎樁數。通過有限元分析結果表明，使用疏樁之后，明顯減小了筏板的彎矩，并且也有效的控制了主樓和裙房間的沉降差，為同類工程提供有價值參考實例。

參考文獻：

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