高層建筑基礎(chǔ)選型淺析

閆和雷 馮 將

（中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610052）

1 工程概況

擬建工程位于南充市江東中路與上中壩大橋交匯處，場地西北方向緊鄰嘉陵江，為9幢33層超高層住宅地下室一層和一幢52層五星級酒店地下室二層?？傆玫孛娣e55275.00m2，總建筑面積308434.07m2。其用地紅線距嘉陵江邊約48.00m，該段嘉陵江河床寬50.00～100.00m，其嘉陵江水面高度約為262.09m，水深約為5.00～15.00m；河床底部為砂卵石土，局部已出露。在場地與嘉陵江之間為防汛大堤，其堤頂面寬度約4.00m，大堤頂面標(biāo)高約為275.55。高出目前場地平均標(biāo)高約1.40m。

2 工程地質(zhì)條件

場區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造屬新華夏系四川沉降帶內(nèi)的川中褶皺帶，處于川中東西向構(gòu)造帶偏東，南充背斜與西山向斜兩褶皺帶之間。上述兩褶皺在該地區(qū)均為北西—南東走向，南北相距約12km，基本平行，地質(zhì)構(gòu)造簡單。區(qū)域內(nèi)巖層晚近期構(gòu)造活動(dòng)微弱，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，區(qū)域穩(wěn)定性好。場地基巖為侏羅系中統(tǒng)遂寧組泥巖（J2sn）,巖層傾角平緩，近于水平。

表1

表2

場地地貌上屬于嘉陵江水系Ⅰ級堆積階地。場地西北方向緊鄰嘉陵江，其用地紅線距嘉陵江邊約48.00m，該段嘉陵江河床寬50.00～100.00m。本次勘察期間為枯水期，其嘉陵江水面高度約為262.09m，水深約為5.00～15.00m；河床底部為砂卵石土，局部已出露。在場地與嘉陵江之間為防汛大堤，其堤頂面寬度約4.00m，大堤頂面標(biāo)高約為275.55。高出目前場地平均標(biāo)高約1.40m。

勘察報(bào)告揭露的地層由上而下為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖、洪積層（Q4al+pl）及侏羅系中統(tǒng)遂寧組（J2sn）泥巖層。

3 基礎(chǔ)類型選擇分析

3.1 樁基礎(chǔ)

從場地工程地質(zhì)條件出發(fā)，結(jié)合擬建建筑物性質(zhì)，擬建工程可供選擇樁基礎(chǔ)類型為大直徑人工挖孔灌注樁和鉆（沖）孔灌注樁

3.1.1 單樁豎向極限承載力估算

利用巖石天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度估算，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）第5.3.9條計(jì)算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（Quk）：計(jì)算結(jié)果見表1。

由于巖石單軸抗壓試驗(yàn)與巖石作為地基時(shí)的實(shí)際受力狀態(tài)存在明顯差異；另外，由于基巖各風(fēng)化帶的劃分只是相對的，受人為鑒別、野外鉆探、現(xiàn)場取樣等諸多因素影響，并且各風(fēng)化帶之間風(fēng)化程度往往呈逐漸過渡，實(shí)際并無明確的分界線。因此，大直徑嵌巖樁單樁承載力的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果往往與按巖石單軸抗壓強(qiáng)度估算的結(jié)果具有一定的差異。因此從發(fā)揮地基潛力的角度講，單樁承載力應(yīng)通過現(xiàn)場樁靜載試驗(yàn)確定。

3.1.2 樁基施工可能性分析

人工挖孔樁具有造價(jià)低、施工簡單（可大面積展開），噪音小，易于清底，樁身質(zhì)量易于保證和樁底巖層觀察驗(yàn)槽工作易于進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，但其施工時(shí)需采取人工降水措施將卵礫石含水層中地下水疏干，同時(shí)，施工時(shí)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)性高。

對本工程而言，采用人工降水措施需將場地地下水降至中等風(fēng)化泥巖頂板以下。無論理論計(jì)算還是工程實(shí)踐，采用單一的管井降水措施，均不可能將基巖頂板以上的地下水疏干，在基巖頂板以上會(huì)存在2～3m的地下水，必須輔以孔內(nèi)明排措施，進(jìn)行水下挖孔作業(yè)。一方面由于場地上部弱透水層---粉土，呈稍密狀態(tài)，其間分布有相對隔水的粉質(zhì)粘土層，受其影響短時(shí)間內(nèi)是不可能將其中地下水疏干，根據(jù)南充地區(qū)已有施工經(jīng)驗(yàn)，要完全疏干粘性土、粉土層中的地下水所用時(shí)間將長達(dá)3～5個(gè)月，這樣會(huì)嚴(yán)重影響工期。若強(qiáng)行施工，在滯留地下水的作用下，粉土呈流動(dòng)狀態(tài)，在該土層中進(jìn)行人工開挖將很難保證樁孔成形，極易造成垮塌。

同時(shí)，由于本場地卵石土顆粒較小，卵石土以稍密、松散狀態(tài)為主，在該段進(jìn)行水下人工挖孔時(shí)，樁壁土極易垮塌，樁孔不能按設(shè)計(jì)要求成形，施工安全不能得到保證。

另一方面，由于卵石土中充填物主要為粉細(xì)砂，采取樁內(nèi)明排，將大量抽走卵礫土中的粉細(xì)砂，影響到卵礫石土本身的性質(zhì)，極大降低樁側(cè)摩阻力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成空洞，導(dǎo)致地面塌陷。

第三方面，擬建工程場地緊鄰嘉陵江，且位于嘉陵江凹岸，屬?zèng)_刷岸，抽水試驗(yàn)結(jié)果表明，場地砂卵石土滲透性達(dá)30m/d。嘉陵江水體與場地內(nèi)地下水具有直接的水力聯(lián)系，在豐水期，嘉陵江水將對場地地下水進(jìn)行直接補(bǔ)給，形成江水倒灌，這無疑會(huì)極大地增加降水難度和降水處理造價(jià)。

鉆(沖)孔灌注樁因其是以機(jī)械成孔，噪音大，費(fèi)用高，設(shè)備投入量大，大量的泥漿排放困難。同時(shí)因孔底沉渣的存在將較大的影響樁端阻力的發(fā)揮。

其優(yōu)點(diǎn)是可以在有地下水的條件下成孔成樁，不需降水就可以施工；同時(shí)，鉆(沖)孔灌注樁是一項(xiàng)很成熟的施工工法，施工過程中，只要嚴(yán)格把握施工過程質(zhì)量控制，特別是水下砼的澆筑，其樁身質(zhì)量是完全能得到保證的；第三，因其在地面作業(yè)，施工安全，隱患較少。

綜合上述分析，結(jié)合擬建工程場地的工程地質(zhì)條件及已有的樁基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn)，擬建工程不宜采用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)方案，適宜的樁基礎(chǔ)型式為鉆（沖）孔灌注樁。

3.2 地基處理

3.2.1 CFG樁復(fù)合地基

為降低基礎(chǔ)造價(jià)，減少基礎(chǔ)施工難度，節(jié)省工期，根據(jù)本場地工程地質(zhì)條件及擬建物性質(zhì)，可采用CFG樁復(fù)合地基上的獨(dú)立基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。

根據(jù)擬建工程場地工程地質(zhì)條件，按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）9.2公式估算CFG樁復(fù)合地基承載力特征值（fspk）見表2。

3.2.2 CFG樁復(fù)合地基施工可能性分析

CFG樁復(fù)合地基宜以圓礫或卵石層作為CFG樁的樁端持力層，其加固原理為通過置換、擠密作用對上部軟弱土層進(jìn)行加固，通過對樁端卵礫石土進(jìn)行強(qiáng)夯，可極大的改善樁端持力層（卵、礫石層）的密實(shí)度，進(jìn)而達(dá)到提高持力層地基土承載力的目的。

對干作業(yè)取土灌注樁樁底地基土進(jìn)行孔底深層強(qiáng)夯也是近年來發(fā)展的樁基改良技術(shù)。是灌注樁的輔助工法，該技術(shù)的作用機(jī)理主要通過對樁底地基土進(jìn)行重錘強(qiáng)力夯擊，可極大地改善樁端地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，特別是在夯擊同時(shí)加入干硬性混凝土，可同時(shí)產(chǎn)生“擴(kuò)底、擴(kuò)徑”效應(yīng)，相當(dāng)于在樁端形成擴(kuò)大頭，并加固樁底和樁周一定范圍的土體，從而大幅度提高灌注樁的樁側(cè)阻力和樁端阻力，達(dá)到增強(qiáng)樁的質(zhì)量穩(wěn)定性、減小樁基沉降、增加灌注樁承載力的目的。對于樁端為易擠密夯實(shí)的地基土，如砂卵石、粉土等，經(jīng)實(shí)踐表明均取得良好成效。該技術(shù)因其費(fèi)用低、在孔底夯擊噪音低、振動(dòng)小、對周圍環(huán)境影響小、承載力提高幅度大而得到廣泛應(yīng)用。

目前受施工設(shè)備的限制，在孔底進(jìn)行深層強(qiáng)夯，其成孔孔徑一般不大于600mm，在南充地區(qū)已有的施工案例對Φ600的干作業(yè)灌注樁樁底松散～稍密的砂卵石土進(jìn)行深層強(qiáng)夯處理后，其單樁承載力特征值可達(dá)1600kN～2000kN。

CFG 樁復(fù)合地基具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①其降水深度僅需達(dá)到卵石層頂板，可大大減少降水難度及對周圍建筑及地面產(chǎn)生的不良影響；

②其施工工法簡單，快速，施工質(zhì)量可得到足夠的保證；

③施工噪音小，產(chǎn)生的渣土少，對環(huán)境影響小，施工不擾民；

④地基檢測快速，方便；

⑤由于采用低標(biāo)號砼，同時(shí)通過褥墊層的調(diào)節(jié)作用，充分發(fā)揮了原有地基土的承載力，故相對于灌注樁基礎(chǔ)而言其造價(jià)有較大的節(jié)約；

⑥由于單臺(tái)施工設(shè)備簡單、造價(jià)低，可方便地投入較多的施工設(shè)備，可極大地縮短工期。

⑦由于采用褥墊層技術(shù)，使建筑物基礎(chǔ)與地基脫開，在地震作用下具有很強(qiáng)的減震效應(yīng)。

結(jié)語

對于五星級酒店由于層數(shù)較高（52層），荷重較大，前述計(jì)算結(jié)果表明，天然地基和單一復(fù)合地基提供的承載力均不能滿足其承載力要求。因此，適宜的基礎(chǔ)形式為鉆（沖）孔灌注樁。

對于9幢33層住宅樓主樓根據(jù)本場地工程地質(zhì)條件，天然地基承載力不能滿足其承載力的要求。從工期、造價(jià)、環(huán)衛(wèi)方面考慮可采用CFG樁復(fù)合地基加固處理，基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)，以經(jīng)CFG樁復(fù)合地基加固處理的地層為基礎(chǔ)持力層。其承載力特征值可達(dá)600～800kPa。能夠滿足其承載力的要求。

[1]JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JGJ79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].