軟土地基減沉復(fù)合疏樁設(shè)計工程實踐

黃如碧

（福建眾合開發(fā)建筑設(shè)計院有限公司 福建 福州 350004）

0 引言

淤泥等軟土地質(zhì)一直為沿江、沿海新建工程項目設(shè)計的難題。其在海陸交互沉積作用下淤積而成的屬性，使其力學(xué)強(qiáng)度低、壓縮性高、工程性能差，較難成為建筑基礎(chǔ)持力層。在建筑基礎(chǔ)設(shè)計時一般選用其下部力學(xué)性能較好的風(fēng)化巖層作為持力層，配合樁基等深基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)方案。這樣雖然避開了天然基礎(chǔ)地基承載力及沉降設(shè)計無法滿足規(guī)范要求的痛點，但在建筑物層數(shù)較低時，顯然經(jīng)濟(jì)性較差。在天然地基基礎(chǔ)不滿足沉降要求的情況，通過配合錨桿靜壓樁及沖孔灌注樁等方案對比，選取經(jīng)濟(jì)性較高的減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)方案。并通過工程實際沉降觀測數(shù)據(jù)，驗證了前期設(shè)計的可行性，對遇到相同現(xiàn)狀項目的設(shè)計單位及建設(shè)單位都具有一定的參考價值。

1 工程概況

船政衙門及前后學(xué)堂項目1# 樓（以下簡稱本工程）位于福州市馬尾區(qū)青洲路北側(cè)，馬尾造船廠舊址內(nèi)，是“馬尾·中國船政文化城”的重要組成部分。本工程為地上2 層，總建筑面積約750m2，建筑高度約12.9m，為典型的文化重現(xiàn)建筑。結(jié)構(gòu)采用框架體系，結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)為：設(shè)防烈度為7 度、設(shè)防類別丙類、III 類場地、基本風(fēng)壓0.7KN/m2、框架抗震等級三級、基礎(chǔ)設(shè)計等級乙級，建筑結(jié)構(gòu)平面布置如下：

2 原始設(shè)計資料

圖1 建筑平面圖

圖2 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)布置圖

由建設(shè)單位提供的巖土工程勘察報告顯示，本工程上部土層為填土及沖淤積層，下部為基巖風(fēng)化帶，按其成因、力學(xué)強(qiáng)度不同從上而下分別為：①雜填土、②淤泥、②-1 粉質(zhì)粘土、③全風(fēng)化花崗片麻巖、④-1 散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖、④-2 碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖、⑤中風(fēng)化花崗片麻巖。具體參數(shù)詳表1、表2：

表1 地基基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)表

表2 樁基設(shè)計參數(shù)一覽表

3 天然地基基礎(chǔ)設(shè)計方案

根據(jù)巖土工程勘察報告對上述地基各土層工程地質(zhì)性能評價，結(jié)合擬建建筑結(jié)構(gòu)、荷重，以及設(shè)計地面整平標(biāo)高要求，從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性角度出發(fā)，優(yōu)先考慮梁板式筏型基礎(chǔ)的天然地基方案，持力層采用換填砂層，基礎(chǔ)埋深0.60m，換天后基礎(chǔ)地基承載力特征值≥80.00kPa，基礎(chǔ)墊層以下1.00m 深度范圍內(nèi)用中粗砂震動分層夯實，分層鋪設(shè)厚度≤300mm，壓實系數(shù)≥0.97。平面尺寸 23.8m×24.2m，地基梁 300mm×1 000mm 和250mm×500mm，筏板厚400mm。地基承載力及沉降按基礎(chǔ)規(guī)范計算如下：

（1） 基底平均壓力為

Pk=（Fk+Gk）/A= （22867/1.35+575.96×20×0.6）/575.96=41.4 kPa ＜80kPa 滿足要求。

（2） 軟弱下臥層地基承載力按下式驗算

（3） 分層總和法計算筏板基礎(chǔ)沉降：

按公式列表計算筏板基礎(chǔ)沉降量如表3：

表3 筏板基礎(chǔ)分層總和法沉降計算表

綜上：最終計算得沉降量S=223.46mm。雖然采用天然地基基礎(chǔ)時基底應(yīng)力和軟弱下臥層承載力均滿足要求，但沉降量S=223.46mm，已超過地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范沉降量值，建筑后期極易發(fā)生傾斜、墻體開裂等破壞現(xiàn)場，影響建筑正常使用及存在安全隱患。

4 沖孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計方案

樁基礎(chǔ)優(yōu)先采用較為經(jīng)濟(jì)的管樁，但按福建省省規(guī)要求，樁基承臺底以下存在較厚的淤泥質(zhì)土層、淤泥層等，無法采用管樁?？紤]采用沖孔灌注樁方案，持力層選用⑤中風(fēng)化花崗片麻巖，樁徑800mm，按規(guī)范R=qpaAp+up∑qsiali（8.5.6-1），其中：

Ap—樁底端橫截面面積（m2）；

qpa、qsia—樁端、樁側(cè)阻力特征值（kPa）；

up—樁身周邊長度（m）；

li—巖層厚度（m）

結(jié)合樁基設(shè)計參數(shù)，易得單樁承載力為5000kN，有效樁長約37m，總樁數(shù)20 根，樁基成本接近45 萬元，靜載及場地平整回填約為20 萬元，造價較高。且鑒于灌注樁施工周期較長、現(xiàn)場場地較小、無法放置泥漿池、淤泥層較厚大噸位靜載設(shè)備不易布置等原因，工期及難滿足建設(shè)單位需求。故仍考慮采用天然地基基礎(chǔ)方案，進(jìn)一步研究如何減少建筑實際沉降量。

5 減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)方案

按計算，筏板基礎(chǔ)天然地基承載力滿足要求，筏板基礎(chǔ)的沉降量s=223.46mm，為了減小沉降，需考慮布置一定的摩擦型樁，作為復(fù)合基礎(chǔ)，減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)應(yīng)運(yùn)而生。

具體如文中結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)布置圖所示，考慮在建筑每柱周邊均勻設(shè)置四根錨桿靜壓樁，樁徑為300mmx300mm 方樁，樁長約20m，單樁承載力特征值250kN，施打時以壓樁力為主，控制壓樁力為500kN。施工完后按規(guī)范進(jìn)行單樁靜載試驗，數(shù)量為總樁數(shù)的1%且不少于3 根，靜載荷試驗值取500KN。按Bouissinesg 解計算土中附加應(yīng)力法及單向壓縮分層總和法，計算減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)沉降如下：

Zi、Zi-1—承臺底至第i 層、第i-1 層土底面的距離；—承臺底至第i 層、第i-1 層土底范圍內(nèi)的角點平均附加應(yīng)力系數(shù)；p0—按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久值組合計算的假想天然地基平均附加壓力（kPa）；Esi—第 i 計算土層的壓縮模量（MPa）；Bc—承臺等效寬度（m）；B、L—建筑物基礎(chǔ)外緣平面的寬度和長度（m）；Ac—樁基承臺總凈面積（m2）； —基樁刺入變形影響系數(shù)；F—作用于承臺底的總附加荷載（KN）；Ra—單樁承載力特征值（KN）；a、b—基礎(chǔ)長度、寬度（m）

基地附加壓力產(chǎn)生的沉降計計算如表4： Ss=36.66mm

表4 減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)沉降計算表

由樁土相互作用產(chǎn)生的沉降

d—樁身直徑；

Sa/d—等效距徑比；

Ssp=280×12/1.98×1.27×0.3/64=10.10mm

S=ψ（Ss+Ssp）=36.66+10.10=46.76mm。

綜上，得出最終計算得沉降量S=46.76mm，相比原天然地基沉降223.46mm 明顯減小，滿足正常使用及規(guī)范要求。本工程實際錨桿靜壓樁總樁數(shù)為72 根，樁基成本約18 萬元，靜載及場地平整換填約為10.3 萬元，筏板基礎(chǔ)約16 萬元。綜合考慮，相對原灌注樁方案節(jié)省成本約21 萬元，節(jié)省工期約15 天，滿足建設(shè)單位的進(jìn)度及成本要求。

6 工程實際沉降觀測結(jié)果

由建設(shè)單位提供的沉降觀測報告顯示本工程實際沉降過程如下表5：

表5 沉降觀測結(jié)果

由表中可知，最大沉降量為11mm，最后一次觀測的平均沉降速率小于0.04mm/d，趨于穩(wěn)定，實際沉降值滿足正常使用及設(shè)計規(guī)范要求。

7 結(jié)語

綜上所述，減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)能有效的控制天然地基基礎(chǔ)的沉降，減少工期，降低成本。本工程在擬建建筑層數(shù)較低、地質(zhì)條件較差的情況下，結(jié)合建設(shè)單位的進(jìn)度及成本要求，采用了最優(yōu)的基礎(chǔ)形式并獲得了較為成功的驗證。作為設(shè)計師更應(yīng)通過理論結(jié)合實際，設(shè)計出滿足國家安全、經(jīng)濟(jì)、適用等建設(shè)方針的作品。