復(fù)雜地質(zhì)條件下帶裙房高層建筑疏樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

摘 要：介于天然地基和常規(guī)地基基礎(chǔ)之間的過渡基礎(chǔ)形式的疏樁基礎(chǔ)是一種復(fù)合樁基，現(xiàn)今已被廣泛應(yīng)用在多層民用建筑中，但是還是較少被應(yīng)用在帶裙房的高程建筑施工中。本文將結(jié)合某一級(jí)復(fù)雜地質(zhì)條件的小區(qū)施工建設(shè)項(xiàng)目，簡(jiǎn)要研究了在該小區(qū)高層住宅中應(yīng)用疏樁基礎(chǔ)，其結(jié)果表明取得較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益，希望能對(duì)類似路面帶裙房高程建筑工程起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：疏樁 復(fù)合樁基 高層建筑

一、引言

介于天然地基和常規(guī)地基基礎(chǔ)之間的疏樁基礎(chǔ)是一種考慮對(duì)樁和層臺(tái)底基層共同承擔(dān)的荷載的復(fù)合樁基。應(yīng)用疏樁基礎(chǔ)能夠取得幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)螛赌軌虺袚?dān)極限承載力的荷載；使用少量樁就可以將沉降控制在允許的范圍內(nèi)；減少用樁數(shù)量，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)承臺(tái)下地基土承擔(dān)的荷載進(jìn)行考慮，采取樁-土-臺(tái)共同工作的方式。

二、工程概況

本工程為某一級(jí)小區(qū)住宅施工建設(shè)項(xiàng)目，按照規(guī)范方法需要液化判別地基上部的-1粘質(zhì)粉土、-2砂質(zhì)粉土和-3粉砂層，對(duì)其進(jìn)行7度的近震測(cè)試，從而判斷出該地基土是一種不液化土，但是下部第四系覆蓋層中有土洞存在，將其劃屬為不利抗震的地段。

三、比較和選擇基礎(chǔ)方案

本住宅區(qū)具有較大的上部荷載，并且不可以將沉降縫設(shè)置在主樓和地下車庫(kù)之間，由于建筑物要求較高的沉降和不均勻變形的要求，再加上不良的巖溶和土洞地質(zhì)發(fā)育導(dǎo)致場(chǎng)地的地質(zhì)條件變得極為復(fù)雜，所以基礎(chǔ)方法的選取將會(huì)對(duì)工程的安全性和總費(fèi)用造成直接影響。按照結(jié)構(gòu)所要求的沉降和不均勻沉降，可以對(duì)以下基礎(chǔ)方案進(jìn)行選擇：

1.地基處理。高層住宅基底20m深度范圍內(nèi)主要是由-1粘質(zhì)粉土、-2砂質(zhì)粉土和-3粉砂層組成，其中后面兩層土具有較大的厚度和較高的力學(xué)強(qiáng)度和中等壓縮性。對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算發(fā)現(xiàn)，如果使用天然的地基，持力層使用-2砂質(zhì)粉土，修正其基礎(chǔ)深度和寬度，可以確定地基承載力基本達(dá)到基底壓力的要求，但是具有過大的沉降，不適合進(jìn)行使用。如果在上部地基中采取振沖碎石樁法進(jìn)行處理，使得基礎(chǔ)直接位于加固后的人工地基上，但是無法按照現(xiàn)有的處理方式進(jìn)行處理深度，這是因?yàn)橛邢鄬?duì)軟弱土層⑤號(hào)和⑦號(hào)夾在20～35m深度范圍內(nèi)，易導(dǎo)致主樓和裙房車庫(kù)相鄰基礎(chǔ)上具有較大的沉降差，因此不適合采取該方式。

2.常規(guī)樁基礎(chǔ)。綜合考慮到上部結(jié)構(gòu)荷載和地層分布情況，使用具有較大直徑的鉆孔灌注樁，并選取基巖作為持力層，能夠滿足正常地質(zhì)條件下的高層建筑的規(guī)范要求。但是由于該場(chǎng)地地下存在溶洞，按照現(xiàn)有的方法和勘探設(shè)備，是無法對(duì)溶洞、土洞的大小和范圍進(jìn)行探明。如果是使用常規(guī)基礎(chǔ)對(duì)溶洞和土洞進(jìn)行穿透則存在較大的難度和較多的施工隨機(jī)性因素，所以不適宜使用該方式。

3.疏樁基礎(chǔ)。如果持力層使用-2砂質(zhì)粉土，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算和修正后，地基承載力能夠達(dá)到基底壓力的要求。如果對(duì)具有較大間距的摩擦樁進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟贾?，使得上部荷載由基礎(chǔ)下的地基土和樁共同分擔(dān)，按照沉降要求確定出樁數(shù)，不僅能夠在允許范圍內(nèi)控制基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降，還可以防止基底附加應(yīng)力全部被常規(guī)樁基傳遞到地層深部而對(duì)巖溶的穩(wěn)定性造成影響，所以疏樁基礎(chǔ)的方案是可以考慮使用的。

四、計(jì)算疏樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

例如17號(hào)樓的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，該樓地上有15～16層，地下一層，采取框架結(jié)構(gòu)，10500㎡的建筑面積，建筑單體上部荷載效應(yīng)具有150929KN標(biāo)準(zhǔn)組合值和142958KN準(zhǔn)永久組合值。

1.驗(yàn)算基底附加壓力。選擇0.6m直徑的鉆孔灌注樁和⑧層的樁端持力層、25m的有效樁長(zhǎng)、平板式筏板的基礎(chǔ)，按照外墻挑出1.5m，得到724.3㎡的基底總面積，40KN/㎡的地下室和底板總和荷載。持力層使用-2層，按照規(guī)范方法對(duì)天然地基進(jìn)行寬度和深度的修整，則具有295kpa的承載力特征值。天然地基承載力相比較于修正后的地基承載力特征值而言，是符合要求的。

2.確定樁數(shù)。

2.1確定常規(guī)樁基樁數(shù)。為了方便進(jìn)對(duì)樁數(shù)和基礎(chǔ)沉降的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算研究，按照相等面積、形心基本重合的原則先簡(jiǎn)化基礎(chǔ)底面成45×16.1m的規(guī)則矩形。從表1中的數(shù)據(jù)可以得出單樁豎向承載力具有1207kN的特征值和0.141的端阻比。按照常規(guī)的設(shè)計(jì)方案，單樁承載力設(shè)計(jì)值為732KN，需要200根樁。

2.2確定疏樁基礎(chǔ)樁數(shù)。按照200根的常規(guī)樁基樁數(shù)、1/3的常規(guī)樁基樁數(shù)和0根樁數(shù)這三種情況，分別對(duì)均勻布樁時(shí)候基礎(chǔ)中心處沉降進(jìn)行計(jì)算，在線性變化的假定下，描繪出基礎(chǔ)中心沉降量S和樁數(shù)n之間的關(guān)系。

3.基巖頂面或溶洞頂面附加應(yīng)力分析。由于⑧-2a粘土混碎石土層下面有較大埋藏深度本的溶洞存在，如果對(duì)其使用常規(guī)樁基的基礎(chǔ)形式，不處理潛在的巖溶，當(dāng)基底的附加應(yīng)力傳遞到地層深部的時(shí)候會(huì)對(duì)巖溶的穩(wěn)定造成影響，使用疏樁基礎(chǔ)則是可以減少溶洞頂面的附加應(yīng)力。隨著不斷增加的樁數(shù)，基巖頂面的附加應(yīng)力也在不斷增大，尤其是使用常規(guī)樁基數(shù)時(shí)候具有最大的應(yīng)力。通過觀察其變化過程可以看出，初期增大幅度比較明顯。具有10%的基巖頂面的附加應(yīng)力和自重應(yīng)力比值，而采取60根樁的疏樁基礎(chǔ)則具有8.5%的比值。所以可以得出，在一定程度上復(fù)合樁基能夠?qū)⒒鶐r頂面的附加應(yīng)力降低。

4.基礎(chǔ)筏板內(nèi)力有限元分析。采取SUPER SAR有限元分析軟件，在對(duì)樁-土-筏共同作用進(jìn)行考慮前提下，有限元分析其基礎(chǔ)，對(duì)上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)組合下實(shí)際傳到底板面的墻、柱荷載進(jìn)行計(jì)算，除了17號(hào)樓筏板需要1.2厚度，其他都是選取1m厚度，純車庫(kù)的筏板取0.6m厚度。從筏板彎矩計(jì)算結(jié)果可以得出，小范圍內(nèi)有2790KN的筏板最大彎矩值出現(xiàn)。相比較天然地基而言，使用疏樁之后，明顯減小了筏板的彎矩，并且也有效的控制了主樓和裙房間的沉降差。通過觀測(cè)計(jì)算結(jié)果可以得出，沿著主樓和裙房之間的帶裙房高層建筑剖面的沉降曲線是一條“緩變形”。主樓和裙房之間的沉降差造成不大的筏板內(nèi)力，采取一定的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的方法來處理主樓和車庫(kù)交接范圍筏板是能夠滿足規(guī)范要求的。

五、結(jié)語

疏樁基礎(chǔ)作為一種復(fù)合樁基，其可以通過采取較少樁數(shù)量以達(dá)到控制沉降和節(jié)省成本等效益。針對(duì)當(dāng)前疏樁基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)例較小情況，文章通過結(jié)合連體地下車庫(kù)實(shí)例，結(jié)合建筑物沉降要求高和存在巖溶地質(zhì)特點(diǎn)，最終選取疏樁基礎(chǔ)的方案，合理地確定出疏樁基礎(chǔ)樁數(shù)。通過有限元分析結(jié)果表明，使用疏樁之后，明顯減小了筏板的彎矩，并且也有效的控制了主樓和裙房間的沉降差，為同類工程提供有價(jià)值參考實(shí)例。

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