某山地建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

王 永 華

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶 400020)

某山地建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

王 永 華

(重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶 400020)

結(jié)合某山地建筑的工程地質(zhì)條件，探討了該建筑樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案，介紹了樓底部嵌固設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)高差的處理方式，并探討了橢圓樁嵌巖深度的確定方法，為類似工程施工提供參考。

樁基礎(chǔ)，嵌巖樁，基礎(chǔ)埋深，橢圓樁

1 工程概況

項(xiàng)目位于重慶市豐都縣龍河?xùn)|組團(tuán)，建設(shè)用地面積60 318 m2,總建筑面積239 077 m2。場(chǎng)地周邊為高層住宅和多層商業(yè)，場(chǎng)地中部為地下車庫及其上多層住宅。1號(hào)～8號(hào)為高層住宅，標(biāo)準(zhǔn)層29層，部分下部2層為商業(yè)裙房，層高5 m+4.5 m,標(biāo)準(zhǔn)層層高3 m,建筑物總高度87 m/97 m，基礎(chǔ)埋深-0.5 m。

地下車庫1層，層高4.80 m。9號(hào)～14號(hào)樓為8層的多層住宅，位于地下車庫上方，層高3 m。27號(hào)樓為2層的幼兒園，建筑高度8.40 m。

1號(hào)～8號(hào)樓及周邊商業(yè)與地下車庫設(shè)縫脫開，塔樓采用剪力墻結(jié)構(gòu)，商業(yè)裙房為框架結(jié)構(gòu)；9號(hào)～14號(hào)樓采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在車庫頂轉(zhuǎn)換。地下車庫長323 m，寬111 m，中部設(shè)一道伸縮縫。幼兒園采用框架結(jié)構(gòu)。

整個(gè)工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年；抗震設(shè)防烈度為6度；結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別：幼兒園為重點(diǎn)設(shè)防類，其余均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類?；A(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

2 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地位于豐都縣龍河?xùn)|組團(tuán)B區(qū)，擬建場(chǎng)地總體地形南西、北東側(cè)及南東側(cè)較高，中間為一“U”字形沖溝，在勘察施工期間正在做平場(chǎng)施工，現(xiàn)地形坡角在5°～18°之間，地形標(biāo)高在217.40 m～249.14 m，高差為31.74 m，該場(chǎng)地地形地貌較簡單，屬構(gòu)造剝蝕淺丘地貌。

表1 巖土設(shè)計(jì)參數(shù)建議值表

3 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

①層為新近拋填土，②層粉質(zhì)粘土承載力低，且分布厚度不均勻，均不宜作持力層。結(jié)合地勘報(bào)告，本項(xiàng)目以中風(fēng)化巖石做持力層，根據(jù)基巖埋深分別采用樁基礎(chǔ)或淺基礎(chǔ)。場(chǎng)地內(nèi)有一半?yún)^(qū)域下覆基巖為中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，一半為中風(fēng)化砂巖。中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖強(qiáng)度較低，本文重點(diǎn)介紹該部分基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

本工程為該項(xiàng)目二期工程，一期工程緊鄰本地塊北側(cè)，由另一設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，一期工程以中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖為基礎(chǔ)持力層，中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖的天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為6.88 MPa，按嵌巖樁設(shè)計(jì)，不考慮粉質(zhì)粘土側(cè)阻力作用，填土區(qū)域的負(fù)摩阻力系數(shù)取0.3。其中16號(hào)樓地上26層，地下1層，計(jì)算普遍樁徑為1 500，1 800，基礎(chǔ)造價(jià)偏高。二期工程業(yè)主要求對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，分析一期工程的施工圖和地勘報(bào)告，一期工程基礎(chǔ)造價(jià)高的主要原因是作為基礎(chǔ)持力層的中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖單軸抗壓強(qiáng)度偏低，導(dǎo)致按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1](以下簡稱樁基規(guī)范)設(shè)計(jì)的樁徑偏大。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖完整性較好，而樁基規(guī)范[1]嵌巖樁的承載力計(jì)算公式(5.3.9)沒考慮基巖完整性，對(duì)于完整、較完整巖石均采用單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值乘以同一折減系數(shù)，對(duì)完整基巖采用該折減系數(shù)則偏于保守。我院提出，對(duì)場(chǎng)地的中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖作現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)，根據(jù)載荷試驗(yàn)結(jié)果，采用重慶市《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2](以下簡稱重慶市地基規(guī)范)進(jìn)行設(shè)計(jì)，重慶市地基規(guī)范規(guī)定嵌巖樁承載力可采用式(1)計(jì)算：

Rpa=βfaAp

(1)

其中，β為考慮嵌固力影響后的承載力綜合系數(shù)；fa為樁端地基承載力特征值。

委托測(cè)試單位對(duì)二期中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖作現(xiàn)場(chǎng)巖石載荷試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)報(bào)告中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖的極限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為12.5 MPa，地基承載力特征值為5 MPa，分別按樁基規(guī)范式(5.3.9-1)和重慶市地基規(guī)范式(8.3.10-2)計(jì)算16號(hào)樓承載力特征值為9 300的樁，結(jié)果見表2。

表2 嵌巖樁計(jì)算對(duì)比

按建議方案實(shí)施后，同一樁橫截面面積約為原方案的0.6倍，按構(gòu)造配筋率設(shè)計(jì)的樁縱筋也相應(yīng)減少。

4 1號(hào)，3號(hào)樓底部嵌固設(shè)計(jì)

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3](以下簡稱高規(guī))第12.1.8條和《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]第5.1.3，5.1.4條，位于巖石地基上的高層建筑，其基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足抗滑穩(wěn)定性要求。非巖石地基，天然地基上的樁基礎(chǔ)埋置深度不宜小于建筑物高度的1/18。當(dāng)建筑采取有效措施，在滿足地基承載力、穩(wěn)定性要求及本規(guī)程12.1.7條規(guī)定的前提下，基礎(chǔ)埋深可適當(dāng)放松。 1號(hào)、3號(hào)樓地上29層、87 m高，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，無地下室，下覆基巖埋深15 m，采用樁基礎(chǔ)。這種基礎(chǔ)形式，下部樁相當(dāng)于全為柱的框支層，其抗側(cè)剛度和抗剪承載力遠(yuǎn)小于上部結(jié)構(gòu)，且基樁按構(gòu)造配筋率0.25%設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)低于框支柱配筋率要求。這種結(jié)構(gòu)形式，如不采取有效措施，一旦遭遇地震，后果不堪設(shè)想。按照高規(guī)要求，其基礎(chǔ)埋深不小于房屋高度的1/18，即4.90 m。首層建筑層高3.0 m，考慮埋深后結(jié)構(gòu)高度達(dá)7.90 m，為滿足抗側(cè)剛度要求，需加厚底部墻肢，影響住宅內(nèi)部使用，且對(duì)抗震不利。

考慮到本地區(qū)設(shè)防烈度為6度，采用SATWE分析，在大震作用下，在重力荷載與水平地震標(biāo)準(zhǔn)值共同作用下，基礎(chǔ)底面無零應(yīng)力區(qū)。大震作用下底部水平地震作用為Vy=18 393.91 kN,塔樓恒載總質(zhì)量為G=33 448.5 t，考慮基底摩擦系數(shù)為0.3，則抗滑移安全系數(shù)為Fs=Gμ/Vy=5.45,滿足規(guī)范抗滑移要求。故對(duì)1號(hào)、3號(hào)樓基礎(chǔ)采取淺埋，基頂埋深0.50 m，同時(shí)采取以下措施：

1)加強(qiáng)塔樓及其周邊5 m范圍內(nèi)的地基土。在樁基施工前對(duì)塔樓及其周邊5 m范圍內(nèi)的填土采用強(qiáng)夯處理，強(qiáng)夯處理影響深度不小于8 m，壓實(shí)度不小于0.94，以加強(qiáng)地基土對(duì)基礎(chǔ)的約束。2)周圈地梁加強(qiáng)。沿塔樓周邊地梁設(shè)置深地梁300×1 000，地梁埋深不低于室外地面0.50 m，內(nèi)部樁間地梁加強(qiáng)為300×750。3)加強(qiáng)樁頂配筋。對(duì)樁頂部8 m范圍內(nèi)配筋按最小配筋率0.4%設(shè)置附加筋，樁頂5 m范圍內(nèi)箍筋加密，使樁基具有較強(qiáng)的抵抗水平作用的能力。

通過采取以上措施，加強(qiáng)地基土對(duì)樁基礎(chǔ)的約束剛度，增強(qiáng)樁的水平承載力，加高塔樓周邊地梁及其埋深，將地震作用有效傳遞到地基土中。

5 基礎(chǔ)高差處理措施

相鄰建筑物基礎(chǔ)底標(biāo)高不在同一標(biāo)高時(shí)，為確保鄰近建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定性、避免相鄰建筑物基礎(chǔ)相互影響，通常要求相鄰基礎(chǔ)凈距大于基底高差，即滿足剛性角要求。本工程西側(cè)道路標(biāo)高比小區(qū)內(nèi)庭低5 m～7.10 m，沿街商業(yè)底標(biāo)高平道路，內(nèi)庭為車庫和部分塔樓，部分區(qū)域基礎(chǔ)為挖方區(qū)，該區(qū)域基礎(chǔ)若需滿足剛性角要求，則要求上部車庫和塔樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)深埋，且影響區(qū)域較大，考慮到該區(qū)域?yàn)橥诜絽^(qū)，中風(fēng)化泥巖完整性較好，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，巖石破裂角按45°保守考慮，位于破裂區(qū)域以外穩(wěn)定巖體區(qū)域的上部車庫及塔樓基礎(chǔ)按淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)典型剖面圖如圖1所示。同時(shí)下部剛性角影響范圍內(nèi)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)考慮上部淺基礎(chǔ)的應(yīng)力疊加影響，下部樁基礎(chǔ)的附加應(yīng)力簡化處理按距獨(dú)立基礎(chǔ)中心1b處附加應(yīng)力為0.1p，2b處附加應(yīng)力為0.02p，3b處附加應(yīng)力為0.01p[5](b為獨(dú)立基礎(chǔ)的寬度；p為基底豎向附加均布荷載),然后相應(yīng)增大樁基嵌巖深度。通過這樣處理后，可以減少上部基礎(chǔ)石方開挖，降低基礎(chǔ)處理費(fèi)用。

6 橢圓樁嵌巖深度確定

樁基規(guī)范樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)根據(jù)嵌巖深徑比確定，對(duì)圓樁可直接查表，本工程部分樁為橢圓樁，如何確定橢圓樁嵌巖深度是本工程需要解決的問題。根據(jù)黃求順教授等人的試

驗(yàn)研究，嵌巖樁嵌入部分的承載力可將樁視為如圖2所示的擴(kuò)底端承樁，圓形嵌巖樁嵌入部分的承載力特征值可用下式表示：

Rpa=faAp1=faAp(1+2ntanθ)2。

經(jīng)對(duì)國內(nèi)外60余例試樁資料分析對(duì)比，當(dāng)取θ=1.5°時(shí)，按上式計(jì)算有足夠的安全度，該計(jì)算方法已被重慶市地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[3]采用。對(duì)于橢圓樁可按照?qǐng)A樁作同樣的推導(dǎo)，取θ=1.5°求得不同嵌入深度的β值。根據(jù)上式可得橢圓樁承載力綜合系數(shù)β，見表3。

表3 橢圓樁承載力綜合系數(shù)β

mn1230.21.0941.1951.3000.41.0891.1811.2770.61.0841.1701.260注:c為橢圓樁截面直段尺寸;n為嵌巖深度hr與樁直徑d之比;β值可按線性插值法計(jì)算;m為樁截面直段c與樁徑d之比

7 結(jié)語

1)樁基規(guī)范嵌巖樁承載力計(jì)算采用巖石單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，沒有考慮巖石完整性，對(duì)于完整基巖，計(jì)算的樁承載力偏低，這種情況下可以根據(jù)巖石載荷試驗(yàn)，采用基巖承載力特征值計(jì)算(新的重慶市地基規(guī)范改為按地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值)，以區(qū)別考慮基巖完整性對(duì)樁承載力的影響。建議國標(biāo)樁基規(guī)范增加此部分內(nèi)容。

2)對(duì)無地下室的高層建筑，當(dāng)采用樁基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)采取措施，例如加深周邊地梁、加強(qiáng)基底下一定范圍地基土對(duì)基礎(chǔ)的約束剛度等，來保證地震作用的有效傳遞，確保高層建筑物的地基穩(wěn)定性、抗滑移要求。

3)對(duì)于基底不在同一標(biāo)高的相鄰基礎(chǔ)，高差較大時(shí)，在確保上部基礎(chǔ)地基穩(wěn)定的情況下，可采取淺埋上部基礎(chǔ)，下部基礎(chǔ)考慮上部基礎(chǔ)附加應(yīng)力影響的方法，減少上部基礎(chǔ)土石方開挖，降低造價(jià)。

4)對(duì)橢圓樁，建議參照重慶市地基規(guī)范計(jì)算嵌巖深度和承載力提高系數(shù)。

5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，靈活運(yùn)用國家規(guī)范和地方規(guī)范，可合理降低工程造價(jià)，節(jié)約投資。

[1] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] DBJ 50—047—2006，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 李廣信，張丙印，于玉貞.土力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

Design of the foundation for a mountainous building

Wang Yonghua

(ChongqingMunicipalDesigningResearchInstitute,Chongqing400020,China)

Combining with the mountainous building engineering geology conditions, the paper explores the building pile foundation design scheme, introduces the building bottom rock-socketed design and foundation height difference processing methods, and explores oval pile rock-embedded depth determining methods, which has provided some guidance for similar engineering construction.

pile foundation, rock-socketed pile, foundation embedded depth, oval pile

1009-6825(2017)01-0078-03

2016-10-27

王永華(1975- )，男，碩士，高級(jí)工程師

TU473

A