某商业综合体地基基础方案选型

　　【摘要】：以钻孔灌注桩后注浆技术在高层建筑基础工程中的应用为例，结合地质条件及工程实际，详细分析了该项目设计中各种基础方案选用的可能性，并对最终采用的基础的方案提出合理的施工要求。相关结论可供类似工程参考。
　　【关键词】：承载力特征值；CFG桩复合地基；钻孔灌注桩；后注浆；预应力混凝土管桩
　　1工程概况：
　　本工程位于河南省洛阳市，地下3层，裙房地上3层或7层，塔楼地上22层。其建筑功能为：地下三层为车库及设备用房，地下二层为车库及设备用房，地下一层为超市、车库及设备用房，一层为百货、室内步行街及餐饮，二至五层为百货、室内步行街及餐饮，六层为百货、室内步行街、自助KTV及餐饮，七层为影城、餐饮及健身会所，八至二十二层为塔楼。塔楼采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构，裙房及地下车库部分采用现浇钢筋混凝土框架结构。
　　本工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，场地特征周期0.35s，结构阻尼比0.05。本工程塔楼八至二十二层为标准设防类，其余部分抗震设防类别为重点设防类。塔楼部分地基基础设计等级为甲级；商业部分地基基础设计等级为甲级。
　　2场地工程地质条件：
　　拟建场地地貌单元属于洛河Ⅱ级阶地，除表层为填土外，分布的地基土主要为冲、洪积作用形成的黄土状粉质粘土、粉土及砂卵石等。拟建场地为非自重湿陷性黄土场地，（4）、（5）、（6）层的平均湿陷起始压力可按300kPa考虑，若建筑物的基底压力小于其湿陷起始压力，地基可按一般性地基进行设计。
　　勘察期间，各钻孔内均见地下水，地下水初见水位埋深在自然地面下7.30～19.30m之间，地下水稳定水位埋深在自然地面下7.10～19.10m之间。该地下水类型为潜水，主要由大气降水及河水补给，赋水量较大，水位年变化幅度2.0m左右。其地下水稳定水位受洛河水位影响较大，特别是洛河橡皮坝的蓄水情况直接影响稳定水位的高低。
　　场地西北侧分布一古城墙，为夯土城墙，厚度约3.5米左右，文物局要求采取措施进行保护。
　　各地基土承载力特征值及压缩模量
　　地基土层层名 承载力特征值fak(kPa) 压缩模量Es（1-2）(MPa)
　　（2）黄土状粉质粘土夹粉土 110 9.1
　　（3）黄土状粉质粘土 170 10.9
　　（4）黄土状粉质粘土夹粉土 160 9.6
　　（5）黄土状粉质粘土 180 10.3
　　（6）黄土状粉质粘土夹粉土 150 9.5
　　（7）卵石 550 40.0*
　　(7-1)含粉质粘土卵石 300 24.0*
　　(7-2)含砾粉质粘土 160 15.0*
　　(7-3)含圆砾中砂 200 16.0*
　　(7-4)卵石 400  31.0* 
　　3设计要点：
　　该项目地下三层，负三层地面标高为-14.150，基础埋深较深，落在第5或6层黄土状粉质粘土层上。该土层在大压力下具有非自重湿陷性。基础底距第7层卵石层及其互夹层很近，最浅处3米左右，最深处8米左右，平均为5米左右。基坑较深，场地内地下水位相对较高。场地内存在需要保护的古城墙，且古城墙紧贴建筑物外墙，对地基基础的选型存在影响。
　　4地基基础方案的分析：
　　4.1基础设计荷载：
　　根据计算分析结果可知，塔楼相应于荷载效应标准组合作用时，基础底面处的平均压力值pk=490kPa；裙房相应于荷载标准组合下柱底轴力为以下数值：7层影厅部位为11500kN，7层一般部位为9900kN，3层部位为6000kN，4层部位为7000kN。
　　4.2裙房CFG桩复合地基方案：
　　本工程裙房面积较大，分布范围大，开挖较深，若采用扩底桩时，降低地下水位面积较大，不经济。根据场地岩土工程地质条件和当地已有建筑经验，可以考虑采用刚性桩（CFG（水泥、粉煤灰、碎石）桩或素混凝土桩）对地基土进行加固，提高地基土的承载力，与原土层一同形成强度高的复合地基，其上采用单独基础或筏板基础。
　　CFG桩设计参数
　　土层序号 桩的极限侧阻力标准值
　　qsik(kPa) 桩的极限端阻力标准值
　　qpk（kPa）
　　⑵ 28 
　　（3） 48 
　　（4） 46 
　　（5） 60 
　　（6） 52 
　　(7) 130 2600
　　（7-1） 70 
　　（7-2） 60 
　　（7-3） 64 
　　（7-4） 110 2200
　　以51#钻孔揭露的地层估算，桩径为0.5m，桩长约为5.0m，经计算单桩竖向承载力特征值为498KN，刚性桩复合地基承载力特征值约为360kPa左右。
　　采用刚性桩进行地基处理以后复合土层的模量建议按下表采用：
　　层号 正三角形布桩，桩径为0.50m，桩长为5.0m，桩间距1.5m，复合地基承载力特征值
　　取360kPa，加固区土的模量提高系数取2.0。
　　 复合土层的模量（MPa）
　　（4） 21
　　（5） 23
　　（6） 21
　　选择各钻孔处柱基沉降量估算结果如下表所示：
　　孔号 等效基础长宽（m） 基底标高（m） 基底压力（KPa） 沉降量（mm） 沉降差（mm） 倾斜值（多层部分容许值为0.003）
　　47# 6.0×6.0 132.3 266 10.7 0.7 0.00002
　　51# 6.0×6.0 132.3 266 10.0  
　　4.3裙房天然地基方案：
　　若直接采用天然地基上的片筏基础，由工程地质剖面图1-1’到11-11’可知，基础持力层将落在（5）黄土状粉质粘土和（6）黄土状粉质粘土夹粉土层上。该两层土分布广泛，强度相对较高，适合作为基础持力层和下卧层。
　　4.4塔楼大直径扩底灌注桩基础方案：
　　根据场地的工程地质条件，第（7）层卵石层分布相对比较稳定，强度较高而变形较小，且其层顶距基础底面约3.0m～7.0m左右，是良好的桩端持力层。根据洛阳市区建筑经验，市区高层多采用以卵石层为持力层的人工成孔扩底灌注桩基础方案。此种方案施工简便，单桩承载力高，变形较小，且施工质量易于控制，对周边环境的影响也较小。考虑到本建筑物的结构特点，可采用人工成孔的大直径扩底灌注桩基础方案，以⑺卵石层作为桩端持力层。采用人工挖孔扩底灌注桩时，地基土层的桩基设计参数按下表采用：
　　地基土层桩基设计参数表（干作业挖孔桩）
　　土层序号 桩的极限侧阻力标准值
　　qsik(kPa) 桩的极限端阻力标准值
　　qpk（kPa）
　　⑵ 28 
　　（3） 48 
　　（4） 46 
　　（5） 60 
　　（6） 52 
　　(7) 130 4200（D=800mm，清底干净）
　　（7-1） 70 
　　（7-2） 60 
　　（7-3） 64 
　　（7-4） 110 3000（D=800mm，清底干净）
　　现以15#钻孔资料为例，桩顶埋深按-15.5m计，取桩身径d=1.0m，桩扩底直径D=2.0m，将上部强度较低的（7-1）含粉质粘土卵石和（7-2）含砾粉质粘土挖除，以⑺卵石为桩端持力层，桩长约为7.0m左右，由于桩身较短，将桩侧阻力作为安全储备，则按上式计算单桩竖向承载力特征值为4800KN。经计算，大直径扩底桩沉降量为19.9mm，可以满足相关规范的要求。
　　4.5塔楼冲钻孔灌注桩基础方案
　　根据建筑物的荷载特点，以及现有的地基条件，采用桩基础方案时，选择可穿透相对软弱层，采用（7）层卵石作为桩端持力层的冲钻孔灌注桩。桩基设计时土层桩基设计参数建议值见下表：
　　地基土层桩基设计参数表（泥浆护壁钻（冲）孔桩）表13
　　地基土层 桩的极限侧阻力标准值
　　qsik(kPa) 桩的极限端阻力标准值qpk(kPa)(D≤800mm)
　　（2）黄土状粉质粘土夹粉土 26 
　　（3）黄土状粉质粘土 46 
　　（4）黄土状粉质粘土夹粉土 44 
　　（5）黄土状粉质粘土 60 
　　（6）黄土状粉质粘土夹粉土 50 
　　(7)卵石 120 2500
　　(7-1)含粉质粘土卵石 64 
　　(7-2)含砾粉质粘土 58 
　　(7-3)含圆砾中砂 60 
　　(7-4)卵石 100 2100
　　以7#钻孔揭露的地层估算，桩顶埋深按-15.5m计，桩顶标高为130.90m，桩径为0.80m，冲击成孔灌注桩有效桩长为17.0m，采取桩端后注浆技术前后，计算得单桩竖向承载力特征值分别为2800kN和4800kN。（桩端为卵石层，计算时，根据当地建筑经验，取2.0，取3.0）。
　　4.6地基基础方案确定
　　裙房如采用CFG桩复合地基，基础埋深较大，CFG桩桩长较短，一般在4～5米间，局部基础降标高处，桩长更短。由于CFG桩属于半刚性桩，接近刚性桩的受力性能，桩长过短不利于形成桩土复合地基。如采用独立基础，地基承载力如取值超过300kPa，则需考虑第5层、第6层土的非自重湿陷性，处理困难且成本较高；靠近古城墙位置处，CFG桩施工困难。裙房如采用天然地基上的筏板基础，筏板基础基底压力小于300kPa，小于第（5）层、第（6）层土的平均湿陷起始压力，地基基可按一般性地基进行设计；由于基础埋置较深，能够充分利用承载力深度修正的有利条件；能够加强基础的整体性，减少不均匀沉降。故经过充分比较论证，裙房基础采用天然地基上的筏板基础。
　　塔楼如采用大直径扩底灌注桩基础方案，桩长最长7米左右，最短达处只有3米左右，其作为桩的特性已经不明显，更适合按墩基础考虑，但现行规范对该基础形式尚未明确。本场地地下水受洛河水影响较大，人孔成孔需要大面积降水，风险较大，成本高。塔楼如采用冲钻孔灌注桩基础方案可以有效避免采用其他地基基础形式的不利因素，但是该方案存在施工速度较慢、工期较长，有噪音和泥浆污染问题。经过充分比较论证，塔楼基础采用冲钻孔灌注桩（后注浆）基础方案。
　　5.设计施工时应注意的问题：
　　5.1由于采用整体筏板式基础，不宜反映出结构局部的基底压力情况。如对于建筑物较小突出部分，如局部筏板较小，则该部分应单独验算其地基承载力。
　　5.2由于冲钻孔灌注桩施工周期较长，裙房施工进度相对快，且塔楼与裙房间基地压力相差较大，故塔楼与群房间设置沉降后浇带释放不均匀沉降产生的应力。沉降后浇带在塔楼主体完工且沉降稳定后封闭，由于时间跨度大，为了减少可能的降水费用，采用超前止水方案。
　　5.3塔楼冲钻孔灌注桩设计考虑筏板－桩－土共同作用体系，采用复合桩筏基础的设计理念。根据建筑物特点，对于核心筒区采用常规桩基，外框架区则采用复合桩基，节约投资。
　　5.4塔楼冲钻孔灌注桩设计施工时采用桩底与桩侧复式注浆。施工前进行注浆试验，优化并最终确定注浆参数。施工时严格控制水灰比、注浆压力、注浆时间、注浆量及注浆顺序等，确保施工质量。
　　6结论：
　　通过该工程的地基基础方案比较可知，对于复杂场地上的地基基础形式应进行认真分析；综合土层分布及硬土层的埋深情况、地下水埋深、上部荷载大小等情况综合选用合理的地基基础，以保证其可靠性和经济性。

《某商业综合体地基基础方案选型》

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