高層商住樓的基礎(chǔ)選型及優(yōu)化

李滋祺

(深圳市清華苑建筑設(shè)計(jì)有限公司，廣東深圳 518054)

1 工程概括

安徽省舒城財(cái)富中心，地下1層為大底盤(pán)地下停車(chē)庫(kù)，地上部分為3棟塔樓，總共32層，地上3層設(shè)計(jì)為裙房商業(yè)，再往上為住宅、公寓，2棟住宅為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在3層裙房屋面轉(zhuǎn)換、1棟公寓為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，平面圖如圖1所示。

圖1 平面布置圖

該項(xiàng)目地質(zhì)情況如下:

①層雜填土，層厚1.0 m～3.40 m;②層淤泥質(zhì)粘土夾淤泥，流塑狀態(tài)，層厚0.3 m～3.40 m，地基承載力特征值80 kPa;③層粘土，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，層厚0.3 m～5.20 m，地基承載力特征值240 kPa;④層含粉質(zhì)粘土細(xì)砂，稍密～中密狀態(tài)，層厚0.5 m～2.50 m，地基承載力特征值120 kPa;⑤-1層圓礫，稍密 ～中密狀態(tài)，層厚2.6 m～4.0 m，地基承載力特征值320 kPa;⑤-2層圓礫，中密～密實(shí)狀態(tài)，層厚17.60 m～18.90 m，地基承載力特征值400 kPa;⑥層全風(fēng)化含礫泥質(zhì)砂巖，層厚1.8 m～2.10 m，地基承載力特征值320 kPa;⑦層強(qiáng)風(fēng)化含礫泥質(zhì)砂巖(K2x)，層厚1.8 m～2.10 m，地基承載力特征值為340 kPa;⑧層中風(fēng)化含礫泥質(zhì)砂巖(K2x)，揭露厚度1 m～14.9 m，地基承載力特征值700 kPa，單軸飽和抗壓強(qiáng)度0.83 MPa。

場(chǎng)地地下水不豐富，考慮抗浮水位為室外地坪下3.5 m。

2 基礎(chǔ)選型比較

地下室底板標(biāo)高-5.700 m，相當(dāng)于吳淞高程17.80 m，按設(shè)防水位計(jì)算抗浮水頭2.2 m，由于上部為3層商場(chǎng)，純地下室部分覆土800 mm，經(jīng)復(fù)核結(jié)構(gòu)自重滿(mǎn)足整體抗浮要求，可不采取其他抗浮措施，只需注意施工期間的降水，建議采用施工期間降水并加設(shè)部分壓重，保證施工期間的抗浮。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地土中普遍存在的中風(fēng)化含礫泥質(zhì)砂巖，同時(shí)也存在⑤-1，⑤-2層圓礫層，這兩層的厚度達(dá)到20 m～22 m，可采用泥漿護(hù)壁型鉆孔灌注樁或預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等樁型或采用經(jīng)處理的復(fù)合地基。

2.1 泥漿護(hù)壁型鉆孔灌注樁

《地質(zhì)勘查報(bào)告》中建議該場(chǎng)地采用泥漿護(hù)壁型鉆孔灌注樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，此種樁型由于可以鉆穿任意土層，到達(dá)巖層，且施工簡(jiǎn)單、被廣泛使用，單柱單樁、承載力大，設(shè)計(jì)、施工都簡(jiǎn)單。但該樁型也存在一定的缺點(diǎn)，首先該樁型工期長(zhǎng)、噪聲大、泥漿排放量大，必須采取必要的處理措施，如處理不當(dāng)將對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成影響;其次場(chǎng)地廣泛分布的圓礫層厚度較大，如想鉆穿，對(duì)人員、設(shè)備都有更嚴(yán)格的要求。

如按泥漿護(hù)壁型鉆孔灌注樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮32層塔樓與3層裙房及純地下室的荷載存在很大差異，塔樓下框支柱底力標(biāo)準(zhǔn)值在10 000 kN～18 000 kN，裙房柱底力標(biāo)準(zhǔn)值在2 000 kN～4 000 kN左右，在選擇樁基礎(chǔ)持力層時(shí)應(yīng)采取差異化設(shè)計(jì)，裙房與塔樓下樁基持力層相區(qū)別，裙房與純地下室選擇了⑤-2層圓礫層為持力層，樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為2 800 KPa;塔樓部分選擇⑧中風(fēng)化含礫泥質(zhì)砂巖層，飽和單軸抗壓強(qiáng)度0.83 MPa，樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為4 400 kPa。經(jīng)過(guò)試算，單樁承載力見(jiàn)表1，共有樁235根。

表1 鉆孔灌注樁參數(shù)表

根據(jù)《地質(zhì)勘查報(bào)告》估計(jì)的樁長(zhǎng)ZH1，ZH2約17 m～20 m，ZH3，ZH4約30 m～32 m。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁

《地質(zhì)勘查報(bào)告》建議的第二種樁型是預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，該樁型由于在工廠制作，強(qiáng)度高、工期短、造價(jià)低、現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)將不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響。缺點(diǎn)是樁身脆、容易斷裂，不能打穿堅(jiān)硬土層，受場(chǎng)地條件限制，且場(chǎng)地內(nèi)的⑤-1圓礫層較堅(jiān)硬，不易打穿，如采用靜壓法成樁工藝，承載力必須通過(guò)試樁才能確定。

如按預(yù)應(yīng)力混凝土管樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r采用靜壓成樁方法，選用φ500的PHC樁，⑤-2層圓礫層為持力層，持力層的樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk=8 000 kPa，樁端進(jìn)入持力層1 m，單樁承載力特征值取1 400 kN，塔樓下改為樁筏基礎(chǔ)?；A(chǔ)布置共選用φ500的PHC樁1 239根，樁長(zhǎng)約8 m。

2.3 復(fù)合地基

高層住宅由于柱底力較大，使用天然地基往往受限于地基承載力不足，無(wú)法使用，但是如采取一定的措施，使用復(fù)合地基，提高地基承載力，則不失為一種比較好的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)地下室底板位于②層淤泥質(zhì)粘土夾淤泥層，該層厚度0.2 m～3.4 m，不能用于地下室基礎(chǔ)，必須挖除，②層以下2 m～3 m厚為③層粘土層，該層土為硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，層厚0.3 m～5.20 m，地基承載力特征值240 kPa，可作為小高層住宅的天然地基持力層，如采用地基處理的方法挖除②層，再提高③層的承載力后可作為普通高層的持力層，從而將基礎(chǔ)形式換成塔樓下的筏板基礎(chǔ)加裙樓的獨(dú)立基礎(chǔ)及純地下室的柱下條基，這樣不僅能節(jié)省造價(jià)，也能大大縮短工期。

經(jīng)過(guò)論證，現(xiàn)場(chǎng)廣泛分布⑤-1圓礫層、⑤-2圓礫層，厚達(dá)20 m，其中含有豐富的孔隙水，其下的⑥全風(fēng)化含礫泥質(zhì)砂巖層、⑦強(qiáng)風(fēng)化含礫泥質(zhì)砂巖層含有裂隙水，為了處理好地下水的問(wèn)題，選用了φ500素混凝土樁進(jìn)行復(fù)合地基處理，按照塔樓、裙房、純地下室三部分進(jìn)行地基處理的設(shè)計(jì)，分別取復(fù)合地基承載力特征值為600 kPa，400 kPa，180 kPa，通過(guò)承載力的區(qū)別對(duì)塔樓與裙房的差異沉降進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)設(shè)置沉降后澆帶，減少差異沉降的作用，基礎(chǔ)布置圖如圖2所示。

圖2 剛性樁復(fù)合地基基礎(chǔ)平面布置圖

塔樓采用復(fù)合地基上的筏板基礎(chǔ)、裙房下采用獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的基礎(chǔ)、純地下室基礎(chǔ)采用柱下條形基礎(chǔ)加防水板的基礎(chǔ)形式。地基處理方法為C25素混凝土剛性樁加砂石換填的方法處理。先將原場(chǎng)地內(nèi)②層土挖除，從③層粘土層上回填砂石，回填后地基承載力達(dá)到180 kPa，再在砂石墊層上采用φ500 C25素混凝土樁進(jìn)行地基處理，選擇⑤-2圓礫層為持力層，素混凝土樁布置在塔樓筏板、裙房獨(dú)基下，面積置換率m=0.05～0.07，總用樁1 130根，樁長(zhǎng)10 m～15 m，最后在樁頂鋪設(shè)200厚1∶2河卵石混中粗砂褥墊層。防水板和純地下室柱下條基則直接落在砂石墊層上。

2.4 基礎(chǔ)比較

經(jīng)過(guò)比較上述三種基礎(chǔ)形式可發(fā)現(xiàn)，受場(chǎng)地條件限制，泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁及PHC樁都有不足之處，而采用復(fù)合地基，則可規(guī)避掉那些風(fēng)險(xiǎn)，并且造價(jià)最低，工期最短，經(jīng)過(guò)綜合比較，最終選擇了復(fù)合地基處理方案。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高層住宅，采用樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基都是比較常見(jiàn)的基礎(chǔ)形式，在本項(xiàng)目中由于場(chǎng)地內(nèi)存在的圓礫層厚度20 m，使得復(fù)合地基方案能夠?qū)嵤?，并最終選擇了復(fù)合地基方案。該項(xiàng)目已于2012年竣工驗(yàn)收，目前各項(xiàng)變形觀測(cè)均良好。該項(xiàng)目的基礎(chǔ)選型可作為同類(lèi)型項(xiàng)目的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參照。

［1］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 79-2002，J 220-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］龔曉南.地基處理手冊(cè)［M］.第3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［4］古今強(qiáng)，侯家健.淺談結(jié)構(gòu)工程師對(duì)巖土勘察報(bào)告的研讀與使用［J］.建筑結(jié)構(gòu)—技術(shù)通訊，2009(5):31-32.