南寧某幼兒園基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)

□ 孫 昌 黃培能

1 ??工程概況

某幼兒園位于南寧市五象新區(qū)龍崗大道中段，建筑層數(shù)為3層，各層層高均為5m，建筑總高度約15.30m，屋面局部為坡屋頂形式。建筑平面布局有3棟矩形平面加上部分連廊構(gòu)成部分內(nèi)凹的內(nèi)部庭院空間，平面尺寸長約86m，寬為38.70m。在H軸與J軸之間設(shè)置抗震縫形成兩個(gè)獨(dú)立的抗震單元，建筑立面造型較復(fù)雜，項(xiàng)目建筑效果見圖1。

圖1 某幼兒園建筑效果圖

2 ??上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

南寧市抗震設(shè)防烈度為7°[1]，設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第1組，場地土類別為Ⅱ類。幼兒園的抗震設(shè)防類別為乙類，風(fēng)荷載按50年一遇取值即0.35kN/m2；主要樓面附加恒載考慮隔聲樓板的要求采用2.20kN/m2，活荷載按規(guī)范取值，其中屋面局部為種植屋面形式，活荷載按屋頂花園取值為3kN/m2。

幼兒園采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，框架抗震等級為二級，主要框架柱截面尺寸為600mm×600mm，框架梁截面尺寸為300mm×700mm。二層活動(dòng)中心柱網(wǎng)尺寸較大，柱距11.60m，該區(qū)域采用單向密肋梁樓蓋體系，梁截面尺寸300mm×600mm。

3 ??地質(zhì)情況

場地分布的地層自上而下依次為人工填土的雜填土①；第四系殘積成因紅黏土②、紅黏土②1；下伏基巖為泥盆系灰?guī)r③和④，描述如下：

（1）雜填土①：黃褐色，稍濕，成分以黏性土為主，夾雜建筑垃圾、碎石和植物根系，孔隙大，松散狀態(tài)，土質(zhì)不均，填土回填時(shí)間小于5y。重型動(dòng)探試驗(yàn)修正后錘擊數(shù)N=2擊/10cm～4擊/10cm，標(biāo)準(zhǔn)值N=2.50擊/10cm，現(xiàn)場揭露層厚為0.20m～6.10m。

（2）紅黏土②：棕紅色、褐黃色，稍濕，硬塑狀態(tài)，局部可塑，切面稍光滑，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性中，無搖振反應(yīng)，夾雜少量黑色鐵錳質(zhì)結(jié)核，局部夾有孤石、硅質(zhì)巖角礫，靠近巖面底部夾少許灰白色石灰?guī)r角礫。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)修正后錘擊數(shù)N=10.40擊/30cm～14擊/30cm，標(biāo)準(zhǔn)值N=11.70擊/30cm。該層在場地大部分區(qū)域均有分布，層厚0.60m～13.30m，平均厚度6.40m。

（3）紅黏土②1：褐黃色、灰黃色，濕，以可塑狀為主，局部呈軟塑狀，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖振反應(yīng)，切面光滑，稍有光澤，局部夾有孤石，硅質(zhì)巖角礫，靠近巖面底部夾雜少量灰白色石灰?guī)r角礫。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)修正后錘擊數(shù)N=5擊/30cm～10擊/30cm，標(biāo)準(zhǔn)值N=6.10擊/30cm。該層在場地大部分區(qū)域均有分布，層厚0.60m～14.31m，平均厚度3.02m。

（4）較破碎石灰?guī)r③：灰白色、灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，有方解石脈發(fā)育，巖芯破碎，巖芯被溶蝕，一般呈碎塊狀，塊徑一般在20mm～80mm，采取率不高，局部夾雜有少量黏性土，巖石堅(jiān)硬程度屬較硬巖，巖體完整程度屬破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。該層在場地大部分區(qū)域均有分布，分布不均勻，局部厚度較大，層厚0.20m～9.80m，平均厚度2m。

（5）較完整石灰?guī)r④：灰白色、灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中風(fēng)化狀態(tài)，中厚—厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙有發(fā)育，有方解石脈發(fā)育，巖芯多呈短柱狀、長柱狀產(chǎn)出，一般長在50mm～300mm，巖石質(zhì)量指標(biāo)較好，巖芯采取率多在90%以上。巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值54.89MPa，巖石堅(jiān)硬程度屬較硬巖，巖體完整程度屬較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級，該層在場內(nèi)全部區(qū)域均有分布，為場地穩(wěn)定分布地層，勘察時(shí)未鉆穿該層，最大揭露厚度14.80m。

（6）場地巖溶發(fā)育情況。擬建場地處于巖溶發(fā)育地段，不良地質(zhì)作用主要為巖溶，主要表現(xiàn)為巖溶洞隙，局部有巖溶溝槽發(fā)育。在224個(gè)鉆孔中有106個(gè)鉆孔揭示有巖溶洞隙，遇洞率47.32%，線溶率10.22%，屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段。勘察后可知巖溶洞隙大部分存在于強(qiáng)風(fēng)化較破碎石灰?guī)r層中，洞隙高度0.30m～3.60m，洞底標(biāo)高50.74m～70.22m，發(fā)育強(qiáng)烈，由可塑狀紅黏土填充。場地巖溶尚在發(fā)育中，對工程建設(shè)有一定的影響。

各巖土層主要參數(shù)建議值見表1，樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議值見表2，典型工程地質(zhì)剖面見圖2。

表1 各巖土層主要參數(shù)建議值

表2 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議值

圖2 典型工程地質(zhì)剖面圖

4 ??基礎(chǔ)選型

場地原狀地面標(biāo)高在69.78m～73.60m，一層室內(nèi)地面±0.000標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高79.25m，可見場地的土方回填量較大。結(jié)構(gòu)專業(yè)在建筑方案設(shè)計(jì)階段參與了項(xiàng)目的咨詢，由于場地尚未進(jìn)行土方平整，因此考慮兩種基礎(chǔ)選型方案：一是場地先平整至設(shè)計(jì)室內(nèi)地面標(biāo)高，采用樁基礎(chǔ)，樁基持力層采用較完整石灰?guī)r④層，樁基礎(chǔ)施工完成后再施工承臺(tái)及首層的梁、板；二是考慮到上部結(jié)構(gòu)荷載不大，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，以紅黏土②層為基礎(chǔ)持力層，待基礎(chǔ)施工完畢后施工框架柱至一層地面，回填土方，再施工首層的梁、板[2]。

4.1 樁基礎(chǔ)方案

在場地清表后逐層回填土方，壓實(shí)。按照規(guī)范的要求對應(yīng)每根柱下布置施工勘察鉆孔，鉆孔深度需滿足樁端持力層以下5m深度范圍內(nèi)持力層完整，無溶洞、裂隙等不良地質(zhì)條件。樁基方案擬選用800mm樁徑的旋挖鉆孔灌注樁，單樁抗壓承載力特征值為4700kN，大部分采用一柱一樁的布置形式，在抗震縫處采用兩柱一樁，承臺(tái)厚度為900mm。樁端進(jìn)入持力層石灰?guī)r④層不小于500mm。樁基礎(chǔ)方案（局部平面）布置如圖3所示。

圖3 樁基礎(chǔ)方案（局部平面）

根據(jù)地質(zhì)剖面圖估算最長樁長約35m,平均樁長約31m，樁基總數(shù)量為79根。樁基完成后需進(jìn)行樁基承載力及完整性檢測。樁承載力檢測數(shù)量不少于1%及3根，樁完整性檢測數(shù)量不少于30%。

4.2 柱下獨(dú)立基礎(chǔ)方案

根據(jù)柱距選用雙柱或單柱獨(dú)立基礎(chǔ)，在A軸交13軸附近，由于場地的限制，局部采用筏板基礎(chǔ)。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)階數(shù)均為二階，基礎(chǔ)高度為500mm～1000mm。采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，在基礎(chǔ)面—首層地面標(biāo)高段需增設(shè)框架柱，柱截面尺寸為600mm×600mm。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的混凝土標(biāo)號采用C30，基底設(shè)置C20素混凝土墊層。基礎(chǔ)按設(shè)計(jì)尺寸開挖后至持力層，需進(jìn)行施工勘察（釬探），保證基底持力層完整且無軟弱土層、土洞等不良地質(zhì)。施工勘察孔的布置按規(guī)范要求布置，每個(gè)柱下獨(dú)立基礎(chǔ)下布置3個(gè)～5個(gè)孔點(diǎn)。柱下獨(dú)立基礎(chǔ)方案（局部平面）見圖4。

圖4 柱下獨(dú)立基礎(chǔ)方案（局部平面）

4.3 兩種基礎(chǔ)方案比較

從基礎(chǔ)完成的時(shí)間來看，樁基礎(chǔ)施工完后需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并進(jìn)行樁基檢測，包括承載力檢測以及樁身完整性的檢測；而獨(dú)立基礎(chǔ)無須檢測，節(jié)省了工期。

從基礎(chǔ)持力層可靠性驗(yàn)證角度來看，樁基礎(chǔ)需要進(jìn)行超前鉆，需要驗(yàn)證樁端以下3.0D（D為樁身直徑）以及5m范圍內(nèi)不得有溶洞等不完整的灰?guī)r；柱下獨(dú)立基礎(chǔ)需要驗(yàn)證持力層1.5b（b為基礎(chǔ)寬度）及3m。由于樁基持力層是強(qiáng)度較高的灰?guī)r，需要采用重型設(shè)備方可實(shí)施；而柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的持力層是黏土層，采用輕型的觸探設(shè)備即可滿足要求，在檢測難度和時(shí)間上均大大少于樁基礎(chǔ)。

從施工質(zhì)量控制的角度來看，樁基施工需要在深厚的填土層進(jìn)行，而且填土?xí)r間較短，施工時(shí)為保證不塌孔，需要增加鋼套管或者采用泥漿護(hù)壁，額外增加了施工措施費(fèi)用。

從成本控制角度比較來看，兩種基礎(chǔ)方案的基礎(chǔ)工程造價(jià)見表3。從表中可以看出，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)更為經(jīng)濟(jì)，直接費(fèi)用節(jié)省40%左右。

表3 基礎(chǔ)工程造價(jià)比較

從結(jié)構(gòu)安全性角度來看，由于場地巖溶發(fā)育，且持力層起伏較大，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)需進(jìn)行巖溶穩(wěn)定性分析，保證在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)不會(huì)由于巖溶的發(fā)育影響持力層的穩(wěn)定性；而采用樁基礎(chǔ)可避免巖溶穩(wěn)定性分析。

綜合以上最終采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的方案。為驗(yàn)證土方回填施工過程對框架柱是否造成損傷，對混凝土框架柱全數(shù)補(bǔ)充低應(yīng)變檢測，結(jié)果顯示框架柱均完好。目前項(xiàng)目已經(jīng)竣工使用1年，狀況良好。

4.4 巖溶穩(wěn)定性分析

選用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，需要考慮在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)溶洞的穩(wěn)定性對基礎(chǔ)的影響。由于影響巖溶穩(wěn)定性的因素很多，目前的勘察手段一般也難以查明巖溶特征，對巖溶穩(wěn)定性的評價(jià)仍然以定性和經(jīng)驗(yàn)為準(zhǔn)。依據(jù)《廣西巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DBJ 45/024—2016）[4]第5.2.3條巖溶地基穩(wěn)定性評價(jià)的類比法和項(xiàng)目的地質(zhì)勘查報(bào)告，對幼兒園的巖溶地基穩(wěn)定性評價(jià)：一是場地的地質(zhì)構(gòu)造無斷裂、褶曲、裂縫強(qiáng)烈發(fā)育但均有填充。二是巖層產(chǎn)狀的走向與溶洞軸線垂直，巖性呈厚層塊狀，巖層強(qiáng)度高。三是溶洞埋藏較深，覆蓋層厚度不少于4m，溶洞尺寸與柱下獨(dú)立基礎(chǔ)尺寸相比，相對較小；個(gè)別的尺寸較大的溶洞位于建筑物的邊緣且離擬建建筑物5m的距離；溶洞呈豎井狀、裂隙狀，單一分布，沒有形成片狀分布；溶洞頂板的厚度與洞跨比值大，頂板呈平板狀；溶洞充填可塑狀的紅黏土，且無被水的可能性。四是擬建的幼兒園為3層建筑物，荷載較小。因此，綜合上述評價(jià)，幼兒園的巖溶地基屬于穩(wěn)定的巖溶地基。

5 ??首層平面結(jié)構(gòu)梁、板設(shè)計(jì)

由于填土較深，無論是采用樁基礎(chǔ)還是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)方案首層梁、板結(jié)構(gòu)作為地下工程的一部分均應(yīng)滿足一定的剛度要求。項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)嵌固端設(shè)置在首層地面，首層框架梁截面為（300mm×700mm）～1000mm，結(jié)構(gòu)板厚120mm～150mm。考慮到回填土的施工要求，現(xiàn)澆板與梁采用疊合后澆的形式。經(jīng)計(jì)算，×向的結(jié)構(gòu)剛度比2.32，Y向的結(jié)構(gòu)剛度比2.41，均滿足嵌固剛度比不小于2的要求[3]。一層結(jié)構(gòu)梁、板后疊合澆筑大樣見圖5。

圖5 一層結(jié)構(gòu)梁、板后疊合澆筑大樣圖

6 ??結(jié)語

在項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段，建筑場地的平整與基礎(chǔ)選型有很大的關(guān)系，合理的施工順序可以為項(xiàng)目節(jié)約工期及建造成本。本文對基礎(chǔ)選型進(jìn)行了樁基礎(chǔ)與柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的兩種方案比選，結(jié)合工期及造價(jià)來綜合考慮其方案的優(yōu)劣性，選定柱下獨(dú)立基礎(chǔ)作為實(shí)施方案，有效地控制了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性及合理性。