巖溶地區(qū)商業(yè)綜合體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

趙 斐，張龍生

（廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 廣州 510620）

1 工程概況

某商業(yè)、辦公綜合體項(xiàng)目位于廣州市白云區(qū)，東望白云山風(fēng)景，西抵機(jī)場(chǎng)高速，北觀白云公園，南眺廣州城區(qū)，地理位置、景觀條件優(yōu)異。

本項(xiàng)目規(guī)劃用地面積約為15 200 m2，總建筑面積約113 901.1 m2；±0.000標(biāo)高為15.5 m，擬建3層地下室（功能為機(jī)動(dòng)車庫(kù)及非機(jī)動(dòng)車庫(kù)、廚房、設(shè)備房等），建筑面積約36 761.7 m2；地上擬建17 層，其中裙樓5 層，塔樓12層，結(jié)構(gòu)高度度69.3 m，建筑面積77 139.4 m2。項(xiàng)目建筑效果、結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1、圖2所示。

圖1 建筑效果Fig.1 Architectural Renderings

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型Fig.2 Structural Calculation Model

2 工程地質(zhì)

本項(xiàng)目場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí)場(chǎng)地（中等復(fù)雜場(chǎng)地），地基等級(jí)為一級(jí)地基（復(fù)雜地基），巖土工程勘察等級(jí)為甲級(jí)，場(chǎng)地由上到下覆蓋巖土層情況，如表1所示。場(chǎng)地有31 個(gè)鉆孔存在溶洞，1 個(gè)鉆孔存在土洞。場(chǎng)地基底巖石為可溶性灰?guī)r，在地下水流的滲流作用下，地下水沿裂隙及含有炭質(zhì)薄膜相對(duì)軟弱的灰?guī)r巖層走向流動(dòng)，使基巖緩慢溶蝕而形成，淺部基巖與上部孔隙水活動(dòng)交替較強(qiáng)烈，土洞及溶洞之間存在密切的關(guān)系，存在土洞的地段，其附近必有溶洞或溶隙存在。場(chǎng)地鉆探揭露溶洞有3種類型：充填溶洞、半充填溶洞及空洞。溶洞對(duì)樁基潛在一定的危害性［1］，溶洞頂微風(fēng)化巖頂面厚度分布為0.3～1.5 m。但鉆（沖）孔樁樁基穿過溶洞嵌入連續(xù)的微風(fēng)化巖或連續(xù)厚度較大的微風(fēng)化巖中，上覆的溶洞對(duì)樁基穩(wěn)定性影響甚微。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Physical and Mechanical Parameters of Soil Layers

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于建設(shè)單位發(fā)生變更，原項(xiàng)目停止?，F(xiàn)場(chǎng)已按原設(shè)計(jì)完成支護(hù)樁（尚未出土）、工程樁的施工，如圖3 所示。新的建筑方案調(diào)整豎向構(gòu)件位置，如圖4所示，結(jié)構(gòu)布置內(nèi)筒和外筒之間梁板結(jié)構(gòu)改為平板，樓層重量從原設(shè)計(jì)的12 kN/m2增加至17 kN/m2［2］，需重新進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

圖3 已經(jīng)施工的工程樁Fig.3 Engineering Piles that Have been Constructed

圖4 新舊方案豎向構(gòu)件示意Fig.4 Drawings of Old and New Vertical Components

原基礎(chǔ)采用嵌巖灌注樁基礎(chǔ)，平均樁長(zhǎng)7～15 m，直徑為1.0～1.8 m，承載力如表2所示。

表2 原灌注樁承載力Tab.2 Bearing Capacity of the Original Perfusion Pile

3.1 確定已施工樁的利用原則

⑴對(duì)已施工的199 條樁進(jìn)行抽芯檢測(cè)［3］，以反饋樁身缺陷情況及深度、沉渣厚度、持力層厚度，樁底持力層連續(xù)厚度要求按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007—2011》［4］規(guī)定的“3D及5 m 較大值”確定，D為樁徑，抽芯后的數(shù)據(jù)如下：①樁底持力層連續(xù)厚度≥5 m且無沉渣，62根；②樁底持力層連續(xù)厚度≥5 m但有沉渣大于50 mm，26根；③無法取樣，18根；④樁底持力層連續(xù)厚度＜5 m 且樁底溶洞已完成注漿，43 根；⑤樁底持力層連續(xù)厚度＜5 m但樁底溶洞未注漿，50根。

⑵根據(jù)抽芯數(shù)據(jù)，舊工程樁未經(jīng)處理不能按滿承載力進(jìn)行取值。根據(jù)樁底持力層連續(xù)厚度情況分段計(jì)算，對(duì)樁底持力層厚度小于5 m 且尚未進(jìn)行樁底溶洞注漿［6］的，按注漿體強(qiáng)度4 MPa進(jìn)行假定計(jì)算，逐條計(jì)算這些已施工鋼筋混凝土灌注樁實(shí)際可取的單樁承載力，具體如下：

情況一：2 m≤樁底持力層連續(xù)厚度＜5 m，以注漿體強(qiáng)度4 MPa、微風(fēng)化灰?guī)r強(qiáng)度30 MPa，計(jì)算承載力。

情況二：樁底持力層連續(xù)厚度＜2 m，樁底5 m 深度范圍之注漿體及微風(fēng)化灰?guī)r的強(qiáng)度，均以4 MPa 進(jìn)行計(jì)算承載力。

⑶根據(jù)實(shí)際可取的單樁承載力，建設(shè)單位從經(jīng)濟(jì)性考慮，對(duì)持力層的注漿處理，有如下建議：

①如通過對(duì)樁底溶洞注漿手段能產(chǎn)生較大經(jīng)濟(jì)效益的（如較大減小地基處理面積等），后續(xù)對(duì)樁底持力層厚度＜5 m 且尚未進(jìn)行樁底溶洞注漿的樁底，進(jìn)行注漿處理。

②如通過對(duì)樁底溶洞注漿手段能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益有限的（如實(shí)際提供的樁基承載力較小等），對(duì)該樁的樁底溶洞不進(jìn)行注漿，該樁按作廢處理。

根據(jù)上述3 個(gè)方面情況，最終確定已經(jīng)施工樁的利用方案為：

①已經(jīng)施工且100%承載力的樁數(shù)量93條；②已經(jīng)施工且70%承載力的樁數(shù)量14條；③已經(jīng)施工考慮為廢樁的數(shù)量為92條。

基礎(chǔ)的新設(shè)計(jì)方案如圖5所示。

圖5 新基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案Fig.5 New Foundation Design Scheme

3.2 基礎(chǔ)承載力設(shè)計(jì)

根據(jù)舊樁利用原則，采用舊樁（樁基礎(chǔ)承載力折減使用）+新樁（補(bǔ)樁）+防水板的思路，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)：

⑴東塔核心筒，采用已施工灌注樁基礎(chǔ)+新增灌注樁基礎(chǔ)［6］。

⑵東塔外圍框架，大部分采用已施工灌注樁基礎(chǔ)+新增灌注樁基礎(chǔ)，局部受場(chǎng)地基坑支護(hù)水平梁影響采用微型鋼管樁基礎(chǔ)。

⑶西塔核心筒，采用已施工灌注樁基礎(chǔ)+新增灌注樁基礎(chǔ)+微型鋼管樁基礎(chǔ)［7］（豎向構(gòu)件貼著地下室側(cè)壁灌注樁基礎(chǔ)無施工作業(yè)面）。

⑷西塔外圍框架，大部分采用已施工灌注樁基礎(chǔ)+新增灌注樁基礎(chǔ)，局部采用微型鋼管樁基礎(chǔ)（豎向構(gòu)件貼著地下室側(cè)壁灌注樁基礎(chǔ)無施工作業(yè)面）。

⑸裙樓部分，采用補(bǔ)充微型鋼管樁基礎(chǔ)或已施工灌注樁基礎(chǔ)可以滿足承載力要求不補(bǔ)樁。

補(bǔ)充的灌注樁基礎(chǔ)，直徑均為1 m，持力層為微風(fēng)化灰?guī)r，入巖深度1 m，單樁豎向抗壓承載力7 000 kN，單樁豎向抗拔承載力1 000 kN。

微型鋼管樁基礎(chǔ)，鋼管直徑168 mm，壁厚10 mm，成孔直徑219 mm，持力層為微風(fēng)化灰?guī)r，鋼管樁有效嵌微風(fēng)化巖深度1m、要求樁端下微風(fēng)化巖連續(xù)厚度≥2 m。單樁豎向抗壓承載力600 kN，單樁豎向抗拔承載力300 kN；微型鋼管樁基礎(chǔ)靜載試驗(yàn)結(jié)果，如表3所示。

表3 微型鋼管樁基礎(chǔ)靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總Tab.3 Summary of Static Load Test Results for Micro Steel Pipe Pile Foundations

由于項(xiàng)目場(chǎng)地西側(cè)臨近地鐵2號(hào)線（正常運(yùn)營(yíng)，不可中斷），地鐵單位要求臨近地鐵范圍不可進(jìn)行振動(dòng)施工。微型鋼管樁基礎(chǔ)采用無振動(dòng)施工［8］，灌注樁采用全套管全回轉(zhuǎn)施工。

3.3 抗浮設(shè)計(jì)

地下室底板面標(biāo)高-13.4 m，地下室底板厚度0.7 m，建筑首層室內(nèi)外高差0.2 m。根據(jù)地勘資料，抗浮設(shè)計(jì)水位取在室外地面［9］，即水頭高度為13.4-0.2+0.7=13.9 m。從控制成本的角度考慮，抗浮設(shè)計(jì)［10-13］采用抗拔樁的方式，已施工的灌注樁無法滿足抗拔要求時(shí)，局部設(shè)置抗拔錨桿，具體如下：

⑴承臺(tái)由已施工灌注樁基礎(chǔ)+后施工灌注樁基礎(chǔ)抗浮。

⑵承臺(tái)由已施工灌注樁基礎(chǔ)+后施工微型鋼管樁基礎(chǔ)抗浮。

⑶承臺(tái)由已施工灌注樁基礎(chǔ)（如裙樓范圍在不補(bǔ)充樁基礎(chǔ)的情況下，原有灌注樁基礎(chǔ)可以滿足豎向承載力要求），通過局部增加抗拔錨桿抗浮。

4 專家評(píng)審意見

該項(xiàng)目存在已施工灌注樁與新柱網(wǎng)不對(duì)應(yīng)、新方案建筑較原方案建筑自重大、原已施工灌注樁的樁底持力層缺陷、土方已挖至基底、基坑水平撐已施工完畢等不利因素。

為對(duì)原已施工灌注樁的質(zhì)量進(jìn)行判定、采用合理可行的地基與基礎(chǔ)處理方案以承載擬建建筑。經(jīng)與專家論證，形成意見如下：

⑴基坑已開挖，受場(chǎng)地限制原因，原已施工的“2 m≤樁底持力層連續(xù)厚度＜5 m”的及后續(xù)的鋼筋混凝土灌注樁承載力檢測(cè)方法可為“高應(yīng)變”。

⑵已施工灌注樁的抽芯資料可作為樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)。

⑶新增鋼管樁可采用1.25 m×1.25 m 的間距布樁，鋼管樁需采取切實(shí)有效措施保證持力層厚度。

⑷如施工前的試樁檢測(cè)成果可行，?168 鋼管樁的單樁承載力特征值可取600 kN。

5 結(jié)語

⑴本項(xiàng)目位于巖溶地區(qū)，且在原設(shè)計(jì)的工程樁完成施工的情況下，方案變化后的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)核心問題為：實(shí)際可取的單樁承載力。

⑵綜合成本方面，同時(shí)考慮原已施工灌注樁的樁底持力層缺陷、土方已挖至基底、基坑水平撐已施工完畢等現(xiàn)不利因素，對(duì)原已施工灌注樁的質(zhì)量判定后，得出已施工灌注樁（折減承載力）+新增灌注樁（高層塔樓）+新增鋼管樁基礎(chǔ)（裙樓）方案是可行的。

⑶該項(xiàng)目運(yùn)用了大量的?168 鋼管樁，單樁承載力特征值取600 kN，可供同類工程參考。