巖溶地區兩個高層項目的基礎分析與思考

黃曉麗

【摘要】通過廣州巖溶地區的兩個高層建筑樁筏基礎設計介紹，闡述了在廣州巖溶地區設計基礎時，宜采用樁筏基礎型式，采用樁、筏共同作用的優點，既安全可靠又明顯提高了經濟效益。

【關鍵詞】巖溶地質;樁筏基礎;有限元分析;共同作用

廣州以北地區屬于巖溶場地，巖溶地質復雜，巖面起伏大。場地和地基的工程處理一般需要根據具體場地巖溶發育狀況和地基條件、上部結構的要求，選取合理的基礎型式?，F以廣州市兩個實際工程為例，對在巖溶地區的基礎設計進行分析。

1、工程地質概述

新城小區、雅苑小區均是18層剪力墻結構。兩工程所在巖溶場區的共同點：覆土層厚度較厚，平均20～29米，土洞不發育，溶洞發育。

新城工程場地基底地基承載力特征值為45KPa，強度和變形都不具備作為十八層建筑的天然基礎持力層。

2、基礎設計方案的對比

新城小區地基持力層為淤泥質土，如采用天然基礎，地基承載力不能滿足設計強度和變形要求。需要采用樁基或對軟弱土層進行地基處理加固后采用筏板基礎。在18層結構荷載較大、基底的承載能力過低、有軟弱下臥層的情況下，如采用復合地基，為使復合地基的承載力特征值達到設計要求必須提高置換率。而且在滿足承載力要求的前提下必須滿足沉降量要求，可能工程造價會較高，故考慮采用樁基。

該工程采用夯擴樁，雖單樁承載力設計值已比預應力管樁高，但以Ra=1000kN估算十八層豎向荷載的樁數，只能滿堂紅布樁、聯合樁承臺。以單棟結構總重量加上基礎自重估算，需272根樁/棟。以樁距3.5d布樁。

雅苑小區場地的地質特點是：飽和粘性土覆蓋層厚度平均為29米，溶洞埋藏較深，溶蝕嚴重，溶洞頂板很薄?；A選型分析時，首先考慮可否采用天然基礎型式。建筑物不設地下室，基礎如置于硬塑粉質粘土，強度和變形必能滿足18層的荷載要求。但該層平均埋深10米，在建筑不設地下室的情況下大開挖和回填會造成工程造價的浪費。如為淺 埋的天然基礎，基底處的地基土變形能力顯不足。在基底土層分布不均、溶洞發育的情況下控制基礎的傾斜度和沉降差異是設計的重點。設想采用疏樁筏板基礎型式，采用樁、筏共同作用的優點：充分利用和發揮樁對控制基礎沉降的能力，即在設計時由基礎的沉降控制值來確定樁數，并使筏板基底土也充分發揮承載能力，降低工程造價。

3、基礎計算與分析

3.1 樁筏基礎計算模型的選用

根據彈性厚板的原理和有限元分析方法，利用有限元軟件建立樁筏基礎的三維有限元模型，考慮橫向剪切變形的影響。

3.2 樁筏計算模型對比

3.2.1“樁”模型的區別

雅苑工程以樁位建立節點，以四個節點建立四邊形殼單元。樁距是5d，劃分的四邊形單元網格2500mm。節點下設置彈簧，以彈簧限制節點在垂直方向的位移，來模擬樁的壓縮變形。該模型與樁的實際工作狀態是相符。

新城工程樁位處荷載施加為集中荷載，不用一維桿單元來模擬樁，而是以樁位建立節點，節點上施加集中荷載1000kN，方向豎直向上。

3.2.2“土”模型的區別

新城工程筏板下是軟土，不考慮土作用，板殼單元沒有施加面約束，僅在板單元上施加覆土荷載。而雅苑工程考慮筏板底承載力較好、具有壓縮性的可塑粘性土作用。在模型技術處理上與前者不同。筏板殼單元設置板彈簧（Area -Springs），來模擬土的壓縮變形，以此達到考慮土對筏板的平均沉降、不均勻沉降的影響。

3.3 兩工程樁筏基礎計算結果對比分析

兩個工程均是18層不設地下室的住宅，建筑平面很相似。其基礎的筏板厚度一致，僅樁數、樁距不同。所采用程序建立的各具特點的模型進行有限元計算分析，模型的差異性造成結果的差別就極具比較性。兩個工程的樁筏模型的彎矩計算結果對比和配筋對比如表1、2：

從上表可知道雅苑工程的筏板彎矩明顯比新城工程小，說明模型的筏板約束變形條件不同，殼單元的應力、應變就不同。

無論樁數和筏板的含鋼量，雅苑工程都比新城工程要節省，關鍵是發揮了基底土的作用，達到良好的經濟效果。

結論：

對比兩個同屬巖溶地質、同是十八層結構的樁筏基礎，其樁數、筏板的含鋼量的差異，得出以下結論：

（1）當巖面上有一定覆蓋厚度而且土性良好的土層時，樁端盡量置于該層上，避免為了使樁端置于巖面而必須穿越埋置較深的溶洞，帶來對溶洞處理的復雜性。

（2）宜盡量在巖溶表層上部尋找合適的可滿足強度和變形要求的持力層，如基底土強度滿足要求，僅變形滿足不了設計要求，可采取加摩擦樁減少沉降量的方法，樁主要起減沉作用，拉大樁距，盡量發揮樁間土的作用，減少用樁量何筏板含鋼量，達到良好的經濟效益。