西安某住宅項(xiàng)目地基基礎(chǔ)方案分析

陶雅

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

地基基礎(chǔ)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，負(fù)擔(dān)著整個(gè)建筑的安全，地基基礎(chǔ)的選型對(duì)整個(gè)建筑的安全至關(guān)重要[1]。淺基礎(chǔ)在高層建筑的造價(jià)一般占建筑造價(jià)的15%～20%[2]，而深基礎(chǔ)在高層建筑的工程造價(jià)占比20%～30%。合理的基礎(chǔ)方案保證地基基礎(chǔ)的安全性和工程造價(jià)的經(jīng)濟(jì)性，尤其特殊性土，如濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土、軟土等。濕陷性黃土主要分布在黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、山西、陜西、甘肅、寧夏、青海等地，地基濕陷會(huì)帶來(lái)基礎(chǔ)沉降的危害，故在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，需選擇適宜的地基處理方法來(lái)減少或消除地基的濕陷。

楊校輝等[3]在厚度大于36.5m 的濕陷性黃土場(chǎng)地進(jìn)行不同深度的擠密樁處理地基深層浸水載荷試驗(yàn)，不同深度的孔內(nèi)深層強(qiáng)夯處理地基載荷浸水試驗(yàn)，不打注水孔、埋設(shè)TDR 水分計(jì)的原位浸水試驗(yàn)，從而使得濕陷性黃土地區(qū)在處于大厚度自重狀態(tài)下地基處理深度和濕陷性評(píng)價(jià)等難題得到解決。余東[4]在實(shí)際案例中針對(duì)銀昆高速濕陷性黃土填方路基和挖方路基采取了相應(yīng)的路基處理方案并進(jìn)行了路基處理效果分析。韓炎[5]結(jié)合實(shí)際案例，說(shuō)明了灰土換填的施工原理，并分析與探討灰土換填處理濕陷性黃土路基施工工藝。張?jiān)Ｆ絒6]結(jié)合工程案例，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上比選出最佳的處理方案。

在前人研究的基礎(chǔ)上，本文以濕陷性黃土復(fù)雜地質(zhì)條件下西安某住宅項(xiàng)目為例，探討在濕陷性黃土復(fù)雜地質(zhì)條件下地基基礎(chǔ)方案選型建議，為類(lèi)似濕陷性黃土下的其他住宅項(xiàng)目地基基礎(chǔ)方案提供一定的參考。

1 工程項(xiàng)目概況

擬建的住宅小區(qū)項(xiàng)目位于西北某省，擬建項(xiàng)目包括16 棟塔樓及其下部單層地下室、一獨(dú)立幼兒園，各塔樓均采用剪力墻結(jié)構(gòu)，總高度介于46.6～58m。塔樓范圍以外地下室采用框架結(jié)構(gòu)，單層地下室總高度4.2m。

2 工程地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

擬建場(chǎng)地位于西北某省，場(chǎng)地地形平坦，地面高程介于447.87～449.22m，最大高差1.35m。場(chǎng)地地貌單元為渭北黃土臺(tái)塬。

2.2 地層分布

根據(jù)本項(xiàng)目勘探結(jié)果，場(chǎng)地地層由人工填土，第四紀(jì)晚、中更新世風(fēng)積黃土和殘積古土壤組成。現(xiàn)按層序分述如下：①耕土Q4pd：黃褐色，土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松、雜亂，含植物根系較多。該層層底深度0.3～0.5m，平均層厚為0.36m。②黃土Q3eol：褐黃色，土質(zhì)較為均勻，大孔隙發(fā)育，含云母、蝸牛殼及少量氧化鐵等。堅(jiān)硬～硬塑，具中等～強(qiáng)烈濕陷性和自重濕陷性，屬中～高壓縮性土。該層層底深度9.6～13.5m，平均層厚為10.79m。③古土壤Q3el：棕紅色，土質(zhì)較均勻，可見(jiàn)大孔隙，成塊狀結(jié)構(gòu)，氧化鐵及鈣質(zhì)結(jié)核少量，鈣質(zhì)結(jié)核在底部局部相對(duì)富集。硬塑，具輕微～中等濕陷性和自重濕陷性，屬中壓縮性土。該層層底深度12.2～15.5m，平均層厚為2.79m。④1和④黃土Q2eol為褐黃色，土質(zhì)較均勻，可見(jiàn)針狀孔隙發(fā)育，偶見(jiàn)鈣質(zhì)結(jié)核，含少量氧化鐵及黑色鐵、錳質(zhì)斑點(diǎn)。硬塑～可塑或可塑～軟塑（水位附近軟塑）。屬中壓縮性土。地下水位主要位于該層頂部。⑤古土壤Q2el為棕紅色，土質(zhì)較均勻，可見(jiàn)針狀孔隙，成塊狀結(jié)構(gòu)，有氧化鐵及鈣質(zhì)結(jié)核少量，鈣質(zhì)結(jié)核含量在底部增多。可塑，屬中壓縮性土。⑥～⑩地層為黃土和古土壤互層。

2.3 地下水

本項(xiàng)目地下水為潛水類(lèi)型，水位位于④黃土層頂部。以地下徑流和大氣降水補(bǔ)給為主，并通過(guò)地下徑流和自然蒸發(fā)排泄?？辈炱陂g屬平水期，水位埋深介于15.00～16.90m，水位標(biāo)高介于436.41～439.00m。根據(jù)已有地勘資料，本項(xiàng)目地下水位年變化幅度為1～2m。

3 項(xiàng)目地勘地基基礎(chǔ)方案建議

擬建場(chǎng)地分布的②黃土、③古土壤和④1黃土均具濕陷性和自重濕陷性。據(jù)探井土樣的室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，擬建場(chǎng)地濕陷性和自重濕陷性黃土的下限分布深度為13.20～16.00m。按《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算的自重濕陷量為Δzs=221～346mm，判定本項(xiàng)目場(chǎng)地屬自重濕陷性黃土區(qū)域，地基濕陷等級(jí)為Ⅱ（中等）級(jí)。部分建筑物不能直接采用天然地基方案，必須進(jìn)行地基處理。

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》3.0.1 條應(yīng)將項(xiàng)目中的高層建筑劃分為乙類(lèi)建筑，對(duì)于自重濕陷性黃土地基處理厚度不應(yīng)小于濕陷性土層厚度的2/3，且下部未處理濕陷性黃土層的剩余濕陷量不應(yīng)大于150mm?？辈靾?bào)告建議高層住宅樓可先采用素土擠密樁法預(yù)處理地基，然后再采用樁基礎(chǔ)或素混凝土樁（CFG 樁）方案。素土擠密樁處理深度應(yīng)至④1黃土層中上部，以消除地基全部濕陷性。擬建高層住宅樓也可直接采用墻下樁基礎(chǔ)方案，樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮上部自重濕陷性土層對(duì)樁的負(fù)摩阻力。

3.1 素混凝土樁復(fù)合地基

當(dāng)采用此方案時(shí)，應(yīng)先消除地基全部濕陷性，然后再采用CFG 樁方案。樁端宜至⑤古土壤層或其下地層中。在施工前，復(fù)合地基須進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)并在小范圍的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，以此來(lái)確定樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距等設(shè)計(jì)參數(shù)和其適宜性。樁的極限側(cè)阻力和端阻力標(biāo)準(zhǔn)值建議如表1 所示。設(shè)計(jì)時(shí)樁側(cè)阻力特征值qsi與端阻力特征值qp可按表1 中相應(yīng)的qsik和qpk建議值除以2使用。復(fù)合地基承載力應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，施工與檢測(cè)應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的規(guī)定。按類(lèi)似條件下的工程經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)擬建建筑物的實(shí)際沉降量將不會(huì)大于50mm。

表1 樁的極限側(cè)阻力和端阻力標(biāo)準(zhǔn)值建議

3.2 樁基礎(chǔ)方案

樁基持力層選擇根據(jù)土工分析結(jié)果、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)分布的⑤古土壤及其下土層的工程性能較好，均可作為樁端持力層使用，可采用樁基方案或素土擠密后的樁基方案。

3.3 樁型與樁基設(shè)計(jì)應(yīng)注意問(wèn)題

（1）由于項(xiàng)目分布的地層③古土壤層底部鈣質(zhì)結(jié)核較多，如果采用預(yù)制樁（或PHC 管樁），會(huì)發(fā)生沉樁困難的可能性。

（2）采用鉆孔灌注樁方案時(shí)，應(yīng)選擇適宜的設(shè)備，盡可能采用干作業(yè)工藝減少沉渣過(guò)厚問(wèn)題，以提高單樁承載力。

（3）根據(jù)地區(qū)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，若采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，管內(nèi)泵壓混凝土后插筋工藝或采用旋挖鉆機(jī)干作業(yè)成孔施工，單樁承載力將比參數(shù)估算值有明顯提高。當(dāng)采用泥漿護(hù)壁成孔時(shí)，應(yīng)注意泥漿的有序排放，防止對(duì)環(huán)境的污染。

（4）從經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件考慮，應(yīng)盡可能采用墻下或柱下布樁形式。

（5）為了減小樁長(zhǎng)，提高樁基承載力，建議對(duì)濕陷性土層進(jìn)行預(yù)擠密處理。

（6）④黃土層呈可塑～軟塑狀態(tài)，尤其水位附近成孔時(shí)可能發(fā)生縮孔現(xiàn)象，施工時(shí)應(yīng)采取預(yù)防措施。

（7）無(wú)論采用哪種樁型，全面沉樁施工前均應(yīng)進(jìn)行試樁，從而最終確定樁長(zhǎng)、樁的豎向承載力和適宜的施工工藝。工程樁施工完成后，應(yīng)按有關(guān)規(guī)定對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)，以確保成樁質(zhì)量。

3.4 樁機(jī)沉降估算

樁基沉降估算，按地區(qū)類(lèi)似條件下的樁基沉降觀測(cè)資料，預(yù)計(jì)擬建住宅樓（15F～20F）的實(shí)際沉降量將不會(huì)大于40mm。

4 設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)選型

《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)濕陷性黃土地基的處理方式主要有：墊層法、強(qiáng)夯法、預(yù)浸水法、擠密法、注漿法，其中墊層法適用于地下水位以上，處理深度1～3m 較為經(jīng)濟(jì)；強(qiáng)夯法適用于Sr≤60%的濕陷性黃土，處理深度介于3～12m；擠密法適用于Sr≤65%、ω≤22%的濕陷性黃土，處理深度介于5～25m；預(yù)浸水法適用于濕陷程度中等～強(qiáng)烈的自重濕陷性黃土場(chǎng)地，處理深度≤6m；注漿法適用于可灌性較好的濕陷性黃土，注漿效果需要現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。案例項(xiàng)目地基處理方案主要基于以下考慮因素，最終確定高層建筑采用素土擠密消除黃土濕陷性后增設(shè)CFG 樁的地基處理方案，基礎(chǔ)形式考慮結(jié)構(gòu)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)荷載大小等因素采用1100mm 的筏板基礎(chǔ)；對(duì)于幼兒園與純地下室部分考慮基底壓力均小于濕陷性黃土的濕陷起始?jí)毫?，采用天然地基作為基礎(chǔ)的持力層，基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)。

（1）自重濕陷性黃土厚度主要分布于9～10m。

（2）項(xiàng)目位于鬧市區(qū)不允許采用對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大干擾與破壞的處理方案。

（3）保證施工進(jìn)度的要求。

《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定擠密法處理后的平均擠密系數(shù)≥0.93，大面積置換率時(shí)可采用預(yù)鉆孔擠密法，預(yù)鉆孔直徑宜為0.30m～0.60m，擠密后成樁直徑宜為0.40～0.80m。

案例項(xiàng)目因大面積置換，設(shè)計(jì)要求預(yù)鉆孔0.40m，擠密后樁體直徑≥0.55m，樁長(zhǎng)10m。樁間土經(jīng)成孔擠密后的平均擠密系數(shù)應(yīng)≥0.93，最小擠密系數(shù)應(yīng)≥0.88，樁體夯實(shí)平均壓實(shí)系數(shù)≥0.97，素土樁間距S 的計(jì)算如式（1）所示。

取素土樁間距S 為0.90m。

因案例項(xiàng)目所在位置的濕陷性黃土自身地基承載力特征值fak已接近180kPa，與《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》對(duì)于素土擠密樁地基處理后地基承載特征值接近，因此，素土擠密樁的作用主要考慮為消除黃土濕陷性，地基承載力的提高僅考慮CFG 樁的作用。結(jié)合各高層建筑基底壓力，最終確定CFG 樁樁徑0.40m、樁間距2.0m、有效樁長(zhǎng)22m 且應(yīng)穿透⑤古土壤層后以⑥黃土層為持力層，最終形成的復(fù)合地基承載力特征值fak≥370kPa，單樁承載力特征值Ra≥1000kN。

項(xiàng)目最終的CFG 復(fù)合地基方案（局部）如圖1 所示。

日前案例項(xiàng)目已竣工投入使用，基礎(chǔ)沉降值與設(shè)計(jì)估算值吻合度較高，均處于規(guī)范限值內(nèi)，地基基礎(chǔ)處于安全狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合工程地質(zhì)勘察資料詳細(xì)介紹項(xiàng)目土層特性并根據(jù)土層特性依據(jù)規(guī)范進(jìn)行地基基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)，文末形成如下建議以供其他設(shè)計(jì)人員參考：①自重濕陷性黃土場(chǎng)地應(yīng)根據(jù)其濕陷性類(lèi)別及等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的地基處理。②濕陷性地基的處理方案可結(jié)合項(xiàng)目自身特點(diǎn)從規(guī)范建議的處理方式中選取，以免設(shè)計(jì)不當(dāng)。③濕陷性黃土場(chǎng)地地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注重工后沉降觀測(cè)，密切掌握沉降發(fā)展態(tài)勢(shì)并與預(yù)估沉降走勢(shì)對(duì)比來(lái)驗(yàn)證是否與設(shè)計(jì)成果一致。