高層建筑采用天然地基的可行性分析

施文俊，王 飛

（常州市中元建設(shè)工程勘察院有限公司，江蘇 常州 213300）

1 概述

隨著城市建設(shè)中高層建筑的發(fā)展，采用的樁基礎(chǔ)工程也越來越多，而樁基礎(chǔ)對環(huán)境的影響不容忽視。其中，短期影響包括施工時(shí)噪聲及振動(dòng)的污染和危害、地基的擠壓危害，另外鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工過程也會影響地下水系統(tǒng)。長期影響則更為嚴(yán)重。目前，對于廢棄工程樁的利用和清除尚未取得較為有效的辦法，而廢棄樁對于今后的城市地下綜合管網(wǎng)、城市地下快速交通線和地下建筑的大規(guī)模建設(shè)都有長遠(yuǎn)的影響?；诖?，文章以常州市某高層建筑為例，討論并分析了在高層建筑建設(shè)中采用天然地基方案的可行性，得出結(jié)論：在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可操作性等角度考慮，高層建筑采用天然地基為更優(yōu)選擇。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況和特征

該建設(shè)場地內(nèi)含2幢21層住宅（地下1層），該2幢高層建筑尺寸（長×寬）分別為36.0m×19.2m、36.6m×18.3m，高度為60.9m，剪力墻結(jié)構(gòu)，±0.00為黃海高程4.45m，基礎(chǔ)埋深為-1.55m，基底平均壓力值分別為313kPa和315kPa，原地面標(biāo)高平均為黃海高程4.22m。

2.2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

地區(qū)地質(zhì)分布主要是第四系覆蓋層，為全新統(tǒng)現(xiàn)代沉積以及更新統(tǒng)沉積物。該場地除表層①素填土土層地質(zhì)年代為Q4外，其余②黏土～⑨粉砂層均為第四系長江沖積土層，地質(zhì)年代為Q3。

場地內(nèi)地下水有上層滯水和承壓水。上層滯水主要分布于地表松散填土層內(nèi)，含水層為①素填土，勘察期間測得穩(wěn)定水位（為黃海高程）為3.67～4.07m，平均為3.83m；承壓水埋藏于④粉土、⑤粉砂至⑨粉砂層中，在勘察期間測得承壓水穩(wěn)定水位（為黃海高程）為-1.95～-2.03m，平均為-2.0m。

2.3 基坑坑底穩(wěn)定性

影響坑底穩(wěn)定性的地下水為淺層承壓水，勘察期間實(shí)測承壓水水頭（為黃海標(biāo)高）為-2.00m，結(jié)合地區(qū)年最高水頭特征，經(jīng)計(jì)算，在基坑開挖時(shí)不會產(chǎn)生突涌。

2.4 地基承載力

據(jù)建筑物的基礎(chǔ)埋深、基底壓力、上部荷載情況，結(jié)合勘察成果，擬建物若采用天然地基淺基礎(chǔ)，選用③粉質(zhì)黏土層上為基礎(chǔ)持力層，則④粉土為其下臥層，采用旁壓試驗(yàn)及其他勘察手段綜合確定其地基承載力。旁壓試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)如表1所示；土的厚度、物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力如表2所示；勘探孔平面布置圖如圖1所示。

表1 旁壓試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

2.5 天然地基分析與評價(jià)

（1）強(qiáng)度驗(yàn)算。第一，持力層強(qiáng)度驗(yàn)算。以2號樓為例，進(jìn)行持力層強(qiáng)度驗(yàn)算，基礎(chǔ)埋深為現(xiàn)地面下5.77m，基礎(chǔ)持力層為③層粉質(zhì)黏土，該層承載力特征值為280kPa，其持力層強(qiáng)度可按兩種方法驗(yàn)算。按《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 72—2017）附錄B中B.0.1計(jì)算承載力極限值，其承載力fu計(jì)算公式如下：

根據(jù)計(jì)算，可得fu=664kPa；fak=fu/K。取安全系數(shù)K=2.5，則fak=266kPa。

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）第5.2.4條，深度修正公式如下：

可算得修正后地基承載力fa=349kPa。

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）第5.2.5條計(jì)算地基承載力特征值，其計(jì)算公式如下：

表2 各層土的巖土工程指標(biāo)

圖1 勘探孔平面布置圖

可算得fa=334kPa。2號樓基底壓力設(shè)計(jì)值為313kPa，由此可知，以上兩種計(jì)算方式計(jì)算的持力層強(qiáng)度均能滿足要求。

第二，下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。以2號樓為例，進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)場地地層情況，該場地持力層在③層粉質(zhì)黏土（fak=280kPa），下臥層為④粉土層（fak=260kPa）、⑤粉砂層（fak=250kPa），構(gòu)成軟弱下臥層，應(yīng)進(jìn)行下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算?，F(xiàn)對④粉土層、⑤粉砂層強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算：按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）第5.2.4條及5.2.7-1條，其計(jì)算公式如下：

經(jīng)計(jì)算：④粉土層pz=233.6kPa，pcz=95.5kPa，faz=367.8kPa； ⑤ 粉 砂 層pz=233.6kPa，pcz=109.4kPa，faz=445.2kPa；滿足上式要求。

（2）地基均勻性評價(jià)。根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，擬建住宅地基持力層同屬一個(gè)地貌單元及工程地質(zhì)單元，分布穩(wěn)定，工程特性均一；持力層底面坡度≤10%，持力層及其下臥層在基礎(chǔ)寬度方向的厚度差值＜0.05b（b為基礎(chǔ)寬度）；各鉆孔地基變形計(jì)算深度范圍內(nèi)當(dāng)量模量Esmax/Esmin（Esmax=15.19，Esmin=14.44）近似為 1.00，計(jì)算值小于不均勻系數(shù)界限值K。按《高層建筑巖土工程勘察標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 72—2017）表8.2.4，K值為1.77。因此，結(jié)論為均勻地基。

（3）沉降計(jì)算。以2號樓為例來計(jì)算，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011），建筑基底面積按建筑邊線每邊各擴(kuò)出1.0m計(jì)算，相應(yīng)于準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面處附加壓力取P0=170kPa，采用如下公式計(jì)算對建筑物的角點(diǎn)進(jìn)行沉降計(jì)算：

計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3可知，擬建住宅整體傾斜值＜0.0025，平均沉降量及傾斜值均滿足規(guī)范要求。

表3 擬建住宅天然地基沉降估算表

3 結(jié)論

高層建筑由于其上部豎向與水平荷載大，基礎(chǔ)埋置較深，各工程地質(zhì)條件又不相同，采用的基礎(chǔ)方案各異。文章通過分析與探討，明確了天然地基土的評價(jià)方法，評價(jià)采用天然地基的可能性，從其強(qiáng)度、均勻性、沉降等各方面進(jìn)行評價(jià)。得出結(jié)論：在持力層的強(qiáng)度滿足要求的情況下，從地基土均勻性及沉降方面計(jì)算其穩(wěn)定性，在滿足建筑安全的前提下，采用環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可操作性強(qiáng)的天然地基方案是合理可行的，值得推廣。