某高層住宅小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計

賀國華

（山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西太原 030020）

0 引言

近些年，隨著建設(shè)行業(yè)的步伐加快，適宜或不適宜建造高層建筑的位置均建造了大量的高層建筑。受場地條件限制，城市市區(qū)內(nèi)，許多位置不適宜建造高層建筑，為將利益最大化，如場地土質(zhì)較差，會使用人工地基，增加承載力，從而滿足設(shè)計高層建筑的需求。基礎(chǔ)作為地基和上部結(jié)構(gòu)的中間部位，承受著承上啟下的作用。若天然地基較差，使用樁基+筏基的方式可承受較大的豎向荷載，實現(xiàn)高層建筑的建設(shè)；若天然地基較好，也可單獨使用筏板基礎(chǔ)承受豎向荷載。因此在進行基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)因地制宜的使用基礎(chǔ)型式。而當前設(shè)計領(lǐng)域中，但凡是高層建筑，往往均使用樁筏基，造成一定的資源浪費和經(jīng)濟損失。因此在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察報告進行驗算，選擇合適的基礎(chǔ)型式。本文即根據(jù)某工程實例的基礎(chǔ)選型展開分析，最終選擇較為理想的基礎(chǔ)型式[1-7]。

1 工程概況

某高層住宅樓，建筑總高約為90m，為地下三層、地上三十層的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑設(shè)計使用年限為50 年，結(jié)構(gòu)安全等級二級。該地區(qū)基本設(shè)計風壓0.3kN/m2，雪壓0.1kN/m2；設(shè)防烈度為Ⅶ度，地震加速度值0.1g；第三組設(shè)防類別為（丙）類，場地類別為Ⅱ類。

2 地質(zhì)情況及基礎(chǔ)方案

2.1 地質(zhì)情況

巖土工程勘察后得出預應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁和人工挖孔樁三類不同樁的極限端阻力標準值和極限側(cè)阻力標準值。根據(jù)該工程的地質(zhì)剖面圖和勘探孔柱狀圖，巖土層從下到上依次為：中風化泥巖、強風化泥巖、全風化泥巖、含卵石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、素（雜）填土，擬將地基承載力特征值為300kPa 的強風化泥巖層作為基礎(chǔ)持力層，中風化泥巖層的天然單軸抗壓強度為5.5MPa，基床系數(shù)65MN/m3。本工程地下室相對標高-16.7m，+0.000 標高525.6m，預計筏板基礎(chǔ)厚度1.5m，筏板基礎(chǔ)底面相對標高-18.2m。巖土工程勘察報告顯示，基礎(chǔ)大部分位于強風化泥巖層，少部分可以深入到全風化巖土層和含卵石粉質(zhì)黏土層；若基礎(chǔ)重心所在的強風化泥巖層的承載力達到設(shè)計值，部分黏土層經(jīng)過換填方式處理后，則該工程地基的承載力可以符合標準。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計方案

經(jīng)對本工程的地勘報告進行研究分析，認為基坑較深，若地基基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁的形式則會帶來較大的安全問題，因此該方式被排除，并提出四種基礎(chǔ)方案建設(shè)本工程主體結(jié)構(gòu)。

方案1：筏板基礎(chǔ)與大直徑剛性樁復合地基結(jié)合。

方案2：筏板基礎(chǔ)與高強度預應(yīng)力管樁地基結(jié)合。

方案3：筏板基礎(chǔ)與天然地基結(jié)合。

參照該工程地質(zhì)勘探報告，根據(jù)巖土工程勘察報告數(shù)據(jù)，分別采用上述四種方案對其中一個建筑單元進行設(shè)計。

（1）方案1：地基采用大直徑剛性樁是以強風化—中風化泥巖層為持力層，按照間距為3.0m 的三角形方式排列。剛性樁澆筑采用C20 素混凝土，樁直徑1.0m 樁長至少5.0m，進入持力層至少4.0m。經(jīng)過處理后地基承載力至少為600kPa，壓縮模量至少為22MPa；筏板混凝土設(shè)計強度等級為C40，厚度為1.5m，雙層雙向配φ22@160。

（2）方案2：高強度預應(yīng)力管樁，直徑500mm，樁中心間距2.2m×2.2m，樁的長度約為12.0m，持力層位于中強風化泥巖層，樁端進入持力層至少為11.0m，單樁縱向承載力為2000kN；筏板采用C40 混凝土，厚度約1.1m，雙層雙向配φ20@190。

（3）方案3：本工程若采用天然地基，參考地勘報告并經(jīng)計算，強風化泥巖層的地基承載力特征值可以達到300kPa，經(jīng)過深度修正處理后地基承載力滿足規(guī)范要求。筏板混凝土設(shè)計強度等級為C40，厚度為1.5m，雙層雙向配φ22@160。

2.3 方案優(yōu)選

從施工勘察、工程難度、工期、造價和優(yōu)缺點等幾個方面對比以上三種基礎(chǔ)方案，專家對每個方案進行賦值打分，得出方案選擇順序，方案3 為最優(yōu)方案，其次是方案1，最后是2。

3 地基承載力修正和應(yīng)對方法

3.1 地基承載力修正

根據(jù)《建筑基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB 50007—2011）》第5.2.3 條規(guī)定，當基礎(chǔ)的寬度超過3m 或者埋深超過0.5m 時，且經(jīng)載荷試驗或其他經(jīng)驗值、原位測試得到的地基承載力特征值，應(yīng)按以下公式進行修正：

式中：d-基礎(chǔ)埋置深度，m，原則上以室外地面標高為基準。實際取值有不同算法。若建筑地基位于填方整平區(qū)域，從整平地面標高測算基礎(chǔ)埋深；應(yīng)先進行上部結(jié)構(gòu)施工再填土的區(qū)域，基礎(chǔ)埋深測算起點應(yīng)是天然地面標高。采用筏基或箱形基礎(chǔ)的地下室，埋深測算應(yīng)以室外地面標高為基準；采用條形或獨立基礎(chǔ)的地下室，埋深測算應(yīng)以室內(nèi)地面標高為基準。根據(jù)上述規(guī)范，本工程的基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)從室外地面標高算起；但是中庭純地下室位于主體結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，其地基為抗水板+獨立基礎(chǔ)，按《建筑基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB 50007—2011）》理解，應(yīng)以地下室室內(nèi)地面標高為基準測算埋深。

《北京地區(qū)建筑基礎(chǔ)勘察設(shè)計規(guī)范（DBJ11-501—2009）》第7.3.8 條規(guī)定，若高層建筑采用筏形基礎(chǔ)，確定其埋深時應(yīng)考慮到純地下室或外圍裙房會削弱建筑的基礎(chǔ)側(cè)限，應(yīng)根據(jù)純地下室或裙房與主樓基礎(chǔ)寬度之比，將純地下室或裙房的平均荷載折算為土層厚度作為基礎(chǔ)埋深。根據(jù)以上規(guī)定，本工程為純地下室，抗水板厚度為500mm，基礎(chǔ)屬于整體式筏板基礎(chǔ)，因此采用以下方法修正地基承載力：

方法1：以室外地面為基準計算基礎(chǔ)埋深d，計算在最不利條件下，d=12.0m；得出地基承載力特征值fa=631.2kPa。

方法2：按上述規(guī)范進行加權(quán)平均計算其埋深，純地下室配重計算得到d1=3.0m，塔樓外側(cè)d2=12.0m，則d=（3.0+12.0）/2=7.5m；則地基承載力特征值fa=501.6kPa。

修正公式中fak=300kPa；ηd=1.6；γm=18kN/m3；寬度修正不予計算。根據(jù)上述兩種方法，按照方法1 計算該樓筏板基礎(chǔ)合格；而方法2 計算結(jié)果不合格。

3.2 應(yīng)對方法

按照3.1 中公式（1）對筏板基礎(chǔ)地基承載力的修正計算結(jié)果符合國家相關(guān)規(guī)范，但根據(jù)本工程實際情況，運用兩種方法進行承載力修正計算，采用方法2 計算而得到的部分地基承載力不合格。因此為了檢驗筏板基礎(chǔ)承載力的深度修正是否適用設(shè)計規(guī)范，可以通過平板載荷試驗的方法測算地基承載力，該方法需要在基坑開挖后，再選擇適當位置進行試驗。為了不耽誤工期，可以預先按照基礎(chǔ)方案1 進行施工，采用筏板基礎(chǔ)與大直徑剛性樁復合地基結(jié)合進行預設(shè)計，作為主方案，一旦平板載荷試驗測算結(jié)果不滿足要求，則按相應(yīng)的地基處理方案進行部分或全部處理，并根據(jù)平板載荷試驗測算承載力范圍采用下列方法進行處理：

（1）當小于300kPa，則不滿足要求的部位均需要進行處理；

（2）當結(jié)果在400kPa 左右（如390～450kPa），則部分區(qū)域需要進行處理；

（3）當結(jié)果在500kPa 左右，則無須處理。

4 平板載荷試驗

4.1 試驗方法

平板載荷試驗應(yīng)及時在基坑開挖至設(shè)計標高后進行。在基礎(chǔ)底面標高處進行布置試驗，試驗反力由平臺堆載法提供，選擇面積大于0.5m2的平面，預估極限承載力為1200kPa，試驗使用液壓千斤頂，分10 級逐級加載。每級荷載加載后，間隔一段時間再讀取一次沉降量，間隔時間為10min、10min、10min、15min、15min，以后每級加載后間隔30min 測讀一次沉降量。當在連續(xù)2h 內(nèi)，沉降量速率低于0.1mm/h，可以記錄結(jié)果并進行下一級荷載試驗。當出現(xiàn)以下任意情況時可終止試驗：

（1）試驗承壓板周圍巖土側(cè)向擠出；

（2）沉降s 急驟增大，荷載-沉降（P-s）曲線出現(xiàn)陡降段；

（3）試驗中出現(xiàn)沉降速率在24h 內(nèi)一直變化無法達到穩(wěn)定標準；

（4）沉降量與承壓板直徑或?qū)挾戎炔坏陀?.06。

4.2 試驗結(jié)果

根據(jù)淺層平板試驗結(jié)果，該樓天然地基試驗標高處的地基承載力特征值為466kPa，符合本文3.2 節(jié)要求，地基承載力深度修正按最不利方法（方法2）計算，均能滿足要求。

5 結(jié)論

本文結(jié)合工程實例，對工程現(xiàn)場實際的地質(zhì)勘探進行分析，得出四種基礎(chǔ)方案，并對四種方案從施工勘察、工程難度、工期、造價和優(yōu)缺點方面進行分析論證確定優(yōu)選方案。依據(jù)相關(guān)建筑規(guī)范，結(jié)合工程實際情況對地基承載力分析計算、修正處理，最終確定滿足工程需求的基礎(chǔ)施工方案。本文對于建筑基礎(chǔ)施工領(lǐng)域基礎(chǔ)承載力修正、方案制定等具有一定的指導意義。