軟土地基減沉復合疏樁設計工程實踐

黃如碧

（福建眾合開發(fā)建筑設計院有限公司 福建 福州 350004）

0 引言

淤泥等軟土地質(zhì)一直為沿江、沿海新建工程項目設計的難題。其在海陸交互沉積作用下淤積而成的屬性，使其力學強度低、壓縮性高、工程性能差，較難成為建筑基礎持力層。在建筑基礎設計時一般選用其下部力學性能較好的風化巖層作為持力層，配合樁基等深基礎作為基礎方案。這樣雖然避開了天然基礎地基承載力及沉降設計無法滿足規(guī)范要求的痛點，但在建筑物層數(shù)較低時，顯然經(jīng)濟性較差。在天然地基基礎不滿足沉降要求的情況，通過配合錨桿靜壓樁及沖孔灌注樁等方案對比，選取經(jīng)濟性較高的減沉復合疏樁基礎作為基礎方案。并通過工程實際沉降觀測數(shù)據(jù)，驗證了前期設計的可行性，對遇到相同現(xiàn)狀項目的設計單位及建設單位都具有一定的參考價值。

1 工程概況

船政衙門及前后學堂項目1# 樓（以下簡稱本工程）位于福州市馬尾區(qū)青洲路北側(cè)，馬尾造船廠舊址內(nèi)，是“馬尾·中國船政文化城”的重要組成部分。本工程為地上2 層，總建筑面積約750m2，建筑高度約12.9m，為典型的文化重現(xiàn)建筑。結(jié)構(gòu)采用框架體系，結(jié)構(gòu)設計參數(shù)為：設防烈度為7 度、設防類別丙類、III 類場地、基本風壓0.7KN/m2、框架抗震等級三級、基礎設計等級乙級，建筑結(jié)構(gòu)平面布置如下：

2 原始設計資料

圖1 建筑平面圖

圖2 結(jié)構(gòu)基礎布置圖

由建設單位提供的巖土工程勘察報告顯示，本工程上部土層為填土及沖淤積層，下部為基巖風化帶，按其成因、力學強度不同從上而下分別為：①雜填土、②淤泥、②-1 粉質(zhì)粘土、③全風化花崗片麻巖、④-1 散體狀強風化花崗片麻巖、④-2 碎塊狀強風化花崗片麻巖、⑤中風化花崗片麻巖。具體參數(shù)詳表1、表2：

表1 地基基礎設計參數(shù)表

表2 樁基設計參數(shù)一覽表

3 天然地基基礎設計方案

根據(jù)巖土工程勘察報告對上述地基各土層工程地質(zhì)性能評價，結(jié)合擬建建筑結(jié)構(gòu)、荷重，以及設計地面整平標高要求，從經(jīng)濟性、技術性角度出發(fā)，優(yōu)先考慮梁板式筏型基礎的天然地基方案，持力層采用換填砂層，基礎埋深0.60m，換天后基礎地基承載力特征值≥80.00kPa，基礎墊層以下1.00m 深度范圍內(nèi)用中粗砂震動分層夯實，分層鋪設厚度≤300mm，壓實系數(shù)≥0.97。平面尺寸 23.8m×24.2m，地基梁 300mm×1 000mm 和250mm×500mm，筏板厚400mm。地基承載力及沉降按基礎規(guī)范計算如下：

（1） 基底平均壓力為

Pk=（Fk+Gk）/A= （22867/1.35+575.96×20×0.6）/575.96=41.4 kPa ＜80kPa 滿足要求。

（2） 軟弱下臥層地基承載力按下式驗算

（3） 分層總和法計算筏板基礎沉降：

按公式列表計算筏板基礎沉降量如表3：

表3 筏板基礎分層總和法沉降計算表

綜上：最終計算得沉降量S=223.46mm。雖然采用天然地基基礎時基底應力和軟弱下臥層承載力均滿足要求，但沉降量S=223.46mm，已超過地基基礎設計規(guī)范沉降量值，建筑后期極易發(fā)生傾斜、墻體開裂等破壞現(xiàn)場，影響建筑正常使用及存在安全隱患。

4 沖孔灌注樁基礎設計方案

樁基礎優(yōu)先采用較為經(jīng)濟的管樁，但按福建省省規(guī)要求，樁基承臺底以下存在較厚的淤泥質(zhì)土層、淤泥層等，無法采用管樁。考慮采用沖孔灌注樁方案，持力層選用⑤中風化花崗片麻巖，樁徑800mm，按規(guī)范R=qpaAp+up∑qsiali（8.5.6-1），其中：

Ap—樁底端橫截面面積（m2）；

qpa、qsia—樁端、樁側(cè)阻力特征值（kPa）；

up—樁身周邊長度（m）；

li—巖層厚度（m）

結(jié)合樁基設計參數(shù)，易得單樁承載力為5000kN，有效樁長約37m，總樁數(shù)20 根，樁基成本接近45 萬元，靜載及場地平整回填約為20 萬元，造價較高。且鑒于灌注樁施工周期較長、現(xiàn)場場地較小、無法放置泥漿池、淤泥層較厚大噸位靜載設備不易布置等原因，工期及難滿足建設單位需求。故仍考慮采用天然地基基礎方案，進一步研究如何減少建筑實際沉降量。

5 減沉復合疏樁基礎方案

按計算，筏板基礎天然地基承載力滿足要求，筏板基礎的沉降量s=223.46mm，為了減小沉降，需考慮布置一定的摩擦型樁，作為復合基礎，減沉復合疏樁基礎應運而生。

具體如文中結(jié)構(gòu)基礎布置圖所示，考慮在建筑每柱周邊均勻設置四根錨桿靜壓樁，樁徑為300mmx300mm 方樁，樁長約20m，單樁承載力特征值250kN，施打時以壓樁力為主，控制壓樁力為500kN。施工完后按規(guī)范進行單樁靜載試驗，數(shù)量為總樁數(shù)的1%且不少于3 根，靜載荷試驗值取500KN。按Bouissinesg 解計算土中附加應力法及單向壓縮分層總和法，計算減沉復合疏樁基礎沉降如下：

Zi、Zi-1—承臺底至第i 層、第i-1 層土底面的距離；—承臺底至第i 層、第i-1 層土底范圍內(nèi)的角點平均附加應力系數(shù)；p0—按荷載效應準永久值組合計算的假想天然地基平均附加壓力（kPa）；Esi—第 i 計算土層的壓縮模量（MPa）；Bc—承臺等效寬度（m）；B、L—建筑物基礎外緣平面的寬度和長度（m）；Ac—樁基承臺總凈面積（m2）； —基樁刺入變形影響系數(shù)；F—作用于承臺底的總附加荷載（KN）；Ra—單樁承載力特征值（KN）；a、b—基礎長度、寬度（m）

基地附加壓力產(chǎn)生的沉降計計算如表4： Ss=36.66mm

表4 減沉復合疏樁基礎沉降計算表

由樁土相互作用產(chǎn)生的沉降

d—樁身直徑；

Sa/d—等效距徑比；

Ssp=280×12/1.98×1.27×0.3/64=10.10mm

S=ψ（Ss+Ssp）=36.66+10.10=46.76mm。

綜上，得出最終計算得沉降量S=46.76mm，相比原天然地基沉降223.46mm 明顯減小，滿足正常使用及規(guī)范要求。本工程實際錨桿靜壓樁總樁數(shù)為72 根，樁基成本約18 萬元，靜載及場地平整換填約為10.3 萬元，筏板基礎約16 萬元。綜合考慮，相對原灌注樁方案節(jié)省成本約21 萬元，節(jié)省工期約15 天，滿足建設單位的進度及成本要求。

6 工程實際沉降觀測結(jié)果

由建設單位提供的沉降觀測報告顯示本工程實際沉降過程如下表5：

表5 沉降觀測結(jié)果

由表中可知，最大沉降量為11mm，最后一次觀測的平均沉降速率小于0.04mm/d，趨于穩(wěn)定，實際沉降值滿足正常使用及設計規(guī)范要求。

7 結(jié)語

綜上所述，減沉復合疏樁基礎能有效的控制天然地基基礎的沉降，減少工期，降低成本。本工程在擬建建筑層數(shù)較低、地質(zhì)條件較差的情況下，結(jié)合建設單位的進度及成本要求，采用了最優(yōu)的基礎形式并獲得了較為成功的驗證。作為設計師更應通過理論結(jié)合實際，設計出滿足國家安全、經(jīng)濟、適用等建設方針的作品。