武漢某高層建筑基礎(chǔ)形式選擇的實例分析

袁勝超

(華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021)

在英文中high-rise buildings和tall building都譯為高層建筑，而我國對7層以上或高度超過24 m的建筑統(tǒng)稱高層建筑［1］。上世紀改革開放之后，一場以“城市現(xiàn)代化”為目標(biāo)的城市建設(shè)熱潮在中國大地上轟轟烈烈地鋪展開來，象征著科技進步的高層建筑在其中擔(dān)當(dāng)了重要角色［2］。隨著高層建筑高度的不斷加大，較大的豎向荷載和水平荷載對高層建筑地基基礎(chǔ)的要求提出了更高要求，因而高層建筑所采用地基基礎(chǔ)形式必須具有承受高豎向荷載、調(diào)節(jié)大不均勻沉降、抵抗強傾覆力矩等要求［3］。

武漢地區(qū)基本烈度為6度，對重點設(shè)防類，地震作用按6度考慮，設(shè)計應(yīng)提高1度按7度加強抗震措施，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g［4］。實例工程建筑場區(qū)較大，所測鉆孔波速表明場地土類型為中軟場地土和中硬場地土，根據(jù)場地地質(zhì)剖面土層性質(zhì)估算土層剪切波速亦可知，場區(qū)大部分區(qū)域為中硬場區(qū)，少部分為中軟場區(qū)，按最不利考慮，本場區(qū)場地土類型為中軟場地土，綜合評定該建筑場地類別屬于Ⅱ類建筑場地。該場地的卓越周期取值為:T=0.317s，場地?zé)o可液化地層，可不考慮砂土液化問題［5］。

本文根據(jù)武漢地區(qū)高層建筑設(shè)計條件，結(jié)合武漢地區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特點和巖土工程勘察成果，對高層建筑基礎(chǔ)形式的選擇所涉及并需要重點解決的地基承載力特征值、樁基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)等問題進行了分析［6］，總結(jié)并提出上述問題的解決方法和建議，為類似高層建筑基礎(chǔ)形式的選擇提供參考和依據(jù)。

1 基礎(chǔ)形式選擇的實例分析

1.1 工程概況

由武漢某房地產(chǎn)公司投資開發(fā)的聯(lián)投龍灣二期·B區(qū)工程位于江夏區(qū)大橋新區(qū)大花嶺村，東至東湖學(xué)院，南鄰規(guī)劃預(yù)留用地，西至李紙路，北臨區(qū)殘聯(lián)預(yù)留用地，原場地大部分為耕地，東南角區(qū)域為豬場和池塘，原場地地勢高差較大。該項目由17棟1～33層建筑物及地下車庫組成，總建筑面積約為220599 m2。建筑物重要性等級為二級，場地等級為二級，地基等級為二級，巖土工程勘察等級:1～28層建筑物為乙級，30層以上的建筑物均為甲級。本場地地震設(shè)防烈度為6度，場區(qū)地貌單元屬長江Ⅲ級階地垅崗地帶。

本文選取33層的高層建筑11#樓作為研究對象來分析其基礎(chǔ)形式的選擇。

1.2 工程地質(zhì)條件

筆者單位在2012年3月初對該場地做了勘察工作，采用野外鉆探取樣、原位測試與室內(nèi)試驗等方法。原位測試包括標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、重型動力觸探、波速及地脈動測試等;室內(nèi)試驗包括室內(nèi)土工試驗、巖石天然單軸抗壓試驗［7］。11#樓勘探孔的具體布置情況如圖1所示。

圖1 11#樓勘探孔的布置

根據(jù)室內(nèi)土工試驗、巖石天然單軸抗壓試驗和野外標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、重型動力觸探試驗得出各巖土層承載力及壓縮模量如表1所示。

根據(jù)區(qū)城地質(zhì)資料及本次勘探結(jié)果，場區(qū)無活動性斷裂通過，無巖溶等不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害，場區(qū)地層結(jié)構(gòu)簡單，層位穩(wěn)定，是適宜建筑的穩(wěn)定場區(qū)。

1.3 基礎(chǔ)形式的選擇

11#樓基底土層為①-1雜填土、②粉質(zhì)粘土、③粘土，該三層土承載力及壓縮性相差較大，強度、變形相差大，故為非均勻地基［8］。且該棟建筑物為33層建筑物，荷載相對較大，不宜采用天然地基基礎(chǔ)，可采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)擬建建筑物特點、場地地層結(jié)構(gòu)及其工程特性，可采用鉆孔灌注樁或人工挖孔樁，樁端持力層可以⑥-2層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為持力層。

當(dāng)采用鉆孔灌注樁時，樁底沉渣厚度的大小，將直接影響單樁豎向承載力的發(fā)揮，清底不凈，沉渣過厚，樁端阻力得不到充分發(fā)揮，因此，施工時應(yīng)嚴格控制沉渣的厚度。泥漿會對周邊道路、環(huán)境、下水道產(chǎn)生影響，泥漿應(yīng)及時外運，盡量減少樁基施工對周邊環(huán)境的影響，選擇富有經(jīng)驗的樁基施工隊伍。

1.3.1 樁基設(shè)計參數(shù)

根據(jù)本次勘察結(jié)果，結(jié)合武漢地區(qū)經(jīng)驗，并參照現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、規(guī)程綜合分析，設(shè)計所需各地層的樁周、樁端土特征值qsia、qpa建議按表2中數(shù)值使用。

1.3.2 單樁豎向承載力特征值估算［9］

式中:Ra為單樁豎向承載力特征值;up為樁身周邊長度;ψsi為側(cè)阻力尺寸效應(yīng)系數(shù);ψp為端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù);qsi、qpa為樁端阻力、樁側(cè)阻力特征值;li為第 i層巖土的厚度;Ap為樁底端橫截面積。

利用表1、表2參數(shù)，現(xiàn)以27#孔為例，計算單樁豎向承載力特征值，如表3所示。

表1 各巖土層的承載力和壓縮模量

表2 樁基設(shè)計參數(shù)

表3 單樁豎向承載力特征值

1.3.3 成樁可能性分析及施工條件和樁基施工對成樁的影響

鉆孔灌注樁施工工藝成熟，但施工時產(chǎn)生大量泥漿，泥漿容易污染環(huán)境，如施工過程中能及時外運泥漿，則該成樁工藝在本場區(qū)是可行的。鉆孔灌注樁亦可采用干法旋挖成孔灌注樁，干法旋挖成孔灌注樁可避免產(chǎn)生泥漿污染環(huán)境。

人工挖孔樁在該地區(qū)及同類地層具有較成熟的經(jīng)驗，且單樁承載力 高，對本場區(qū)地層而言，是一種可行的樁型;人工挖孔樁無噪音、無泥漿污染，施工便捷，對環(huán)境影響小;本場區(qū)第①層雜填土為新近堆填，其結(jié)構(gòu)強度不均勻，且局部厚度較大，在進行人工挖孔樁施工時應(yīng)采取有效的孔壁支護措施，以保證施工安全、順利進行。根據(jù)武城建［2009］9號文規(guī)定，當(dāng)采用人工挖孔樁(或墩)時，應(yīng)進行專項論證。

樁基施工前應(yīng)進行試成孔，并通過試樁確定單樁豎向承載力特征值。樁基施工時應(yīng)加強環(huán)保的檢查和監(jiān)控工作，采取合理措施，保護工地及周圍的環(huán)境，減少噪聲污染。無論采用何種形式的樁基，都必須精心施工，嚴格工序管理。一絲不茍的執(zhí)行操作程序，確保質(zhì)量。

2 結(jié)語

(1)11#樓為非均勻地基，且該棟建筑物為33層建筑物，荷載相對較大，不宜采用天然地基基礎(chǔ)，可采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)擬建建筑物特點、場地地層結(jié)構(gòu)及其工程特性，可采用鉆孔灌注樁或人工挖孔樁。

(2)本文分析了11#樓地基各巖土層的承載力和壓縮模量、樁基設(shè)計參數(shù)、單樁豎向承載力特征值等，為以后該地區(qū)相似的高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計提供了參考，具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］丁大鈞.高層建筑結(jié)構(gòu)體系(1)［J］.工業(yè)建筑.1998(01):43-47.

［2］李琳.城市設(shè)計視野中的高層建筑［D］.東南大學(xué).2004.

［3］李錦龍.高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)—樁筏基礎(chǔ)—地基共同作用有限元分析［D］.蘭州交通大學(xué).2012.

［4］中國建設(shè)科學(xué)研究院.建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.國家質(zhì)檢總局.

［5］中國建筑科學(xué)研究院，中國地震局工程力學(xué)研究所，中國建筑設(shè)計研究院，等.建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.國家質(zhì)檢總局.

［6］王浩，楊建生，王崢嶸.北京地區(qū)超高層建筑巖土工程勘察淺析:第九屆全國工程地質(zhì)大會，中國山東青島，2012［C］.

［7］建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計院，北京市勘察設(shè)計研究院，上海市巖土工程勘察設(shè)計研究院，等.巖土工程勘察規(guī)范［S］.國家質(zhì)檢總局.

［8］機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院.高層建筑巖土工程勘察規(guī)程［S］.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-建筑工業(yè).

［9］中國建筑科學(xué)研究院，建設(shè)綜合勘察設(shè)計研究院，北京市勘察設(shè)計研究院，等.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.國家質(zhì)檢總局.