南寧市高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及問題探討

陸金逢

摘要：隨著南寧市經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程的步伐也隨之加快，高層建筑近年來猶如雨后春筍般矗立于南寧盆地之上，高層建筑群已是反映南寧市經(jīng)濟(jì)繁榮以及社會進(jìn)步的重要標(biāo)志。在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)選型是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文結(jié)合南寧市地質(zhì)條件及個人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對南寧市高層建筑基礎(chǔ)類型的適用性、基本設(shè)計(jì)方法等方面進(jìn)行分析與探討，以供同行商榷參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑，樁基礎(chǔ) ，樁筏基礎(chǔ) ，泥巖

Abstract: with the rapid economic development of nanning city, the pace of urbanization process has accelerated, high-rise buildings in recent years have mushroomed in nanning stands above a basin, high-rise buildings already is a reflection of the economic prosperity and nanning an important symbol of social progress. In the high-rise building foundation design, selection of the design of foundation is a key link, combining with the nanning geological conditions and the individual design experience of nanning city high-rise building foundation types of applicability, basic design method and so on, were analyzed and discussed, for peer reference points.

Keywords: high buildings, pile foundation, the pile raft foundation, mudstone

中圖分類號：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

1.前言

隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，改革開放短短30多年，千百幢各種類型的高層建筑在各大中城市中聳起。我國地域遼闊，各地區(qū)的地質(zhì)條件差別極大、地震區(qū)覆蓋面又很廣，因而各地高層建筑的基礎(chǔ)形式多種多樣。有采用筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及少數(shù)條形基礎(chǔ)的，也有采用大直徑嵌巖樁、中長混凝土預(yù)制樁和超長鋼管樁的。在基礎(chǔ)選型時必須考慮建設(shè)場地的地質(zhì)條件，合理選擇基礎(chǔ)持力層，同時還應(yīng)考慮施工周期，工程投資等綜合因素。

2.高層建筑基礎(chǔ)類型

在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，由于上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載大，基礎(chǔ)底面壓力也很大，一般的獨(dú)立基礎(chǔ)已不能滿足承載力的技術(shù)要求，因此，應(yīng)采用特殊形式的基礎(chǔ)，其常用的有如下幾種類型：

2.1交梁式條形基礎(chǔ)

當(dāng)高層建筑上部的柱子傳來的荷載較大而單獨(dú)基礎(chǔ)或柱下條形基礎(chǔ)均不能滿足地基承載力要求時，可在柱網(wǎng)下縱橫兩向設(shè)置鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，這樣就形成了交梁式基礎(chǔ)。這種結(jié)構(gòu)的形式比單獨(dú)基礎(chǔ)的整體剛度好，有利于荷載分布。

2.2筏板基礎(chǔ)

若上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載很大，可將條形基礎(chǔ)的底面積擴(kuò)大為整板基礎(chǔ)，簡稱筏板基礎(chǔ)。采用筏板基礎(chǔ)不僅能使地基土單位面積的壓力減小而且提高了地基土的承載能力，增強(qiáng)了基礎(chǔ)的整體性，并可以減少高層建筑的不均勻沉降。

箱形基礎(chǔ)

當(dāng)高層建筑的上部結(jié)構(gòu)荷載較大，底層墻柱間距過大，地基承載能力相對較低，采用筏板基礎(chǔ)不能滿足要求時，可采用箱形基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土底板、頂板和縱橫交錯的隔墻組成的一個空間的整體結(jié)構(gòu)，這樣基礎(chǔ)自身剛度很大，可以減少高層建筑的不均勻沉降，同時還可作為地下室。

樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)是高層建筑常用的基礎(chǔ)形式，具有承載能力大，能抵御復(fù)雜荷載以及能良好地適應(yīng)各種地質(zhì)條件的優(yōu)點(diǎn)，尤其是對于軟弱地基土上的高層建筑，樁基礎(chǔ)是最理想的基礎(chǔ)形式之一。一般樁基礎(chǔ)可選用預(yù)制鋼筋混凝土樁、灌注樁和鋼管樁等。常用的樁基礎(chǔ)支撐型式按樁的傳力及作用性質(zhì)可分為端承樁、摩擦樁基礎(chǔ)。

混合基礎(chǔ)

隨著高層建筑的發(fā)展，采用多種基礎(chǔ)的混合型式，如樁筏基礎(chǔ)，樁箱基礎(chǔ)等等。

3. 南寧市高層建筑基礎(chǔ)的應(yīng)用現(xiàn)狀及問題

根據(jù)相關(guān)資料，邕江6級階地共分八種地層組合模型，其中有三種最為典型：一是標(biāo)準(zhǔn)型：填土層～粘性土層～圓礫層～泥質(zhì)巖層，二是含人工填土型，三是南寧特有的含灰色軟土型地層組合模型，針對上述地層組合模型，南寧的高層建筑多采用支承于圓礫層或泥巖、砂巖層的樁基礎(chǔ)，因階地抬高或分布區(qū)域的變化，典型地層組合模型中各地層厚度會發(fā)生變化、甚至缺失，并由此派生出許多巖土工程問題。

3.1 地層組合模型問題

在南寧Ⅰ級、Ⅱ級階地最為常見的最為典型的、所特有的標(biāo)準(zhǔn)型模型上建造高層建筑，若設(shè)一層地下室，有時基坑開挖4～5m，造成硬可塑粘性土層厚度過薄，下臥層不能滿足強(qiáng)度與變形要求，因此常常采用靜壓方樁與預(yù)應(yīng)力管樁。設(shè)二層地下室時，因基坑開挖10m，造成軟土層厚度過薄，造成采用靜壓方樁與預(yù)應(yīng)力管樁，不能滿足規(guī)范對樁長的要求，大家往往采用灌注長樁或以泥質(zhì)巖作為樁端來提供承載力。實(shí)際上對同一個高層建筑物地下空間開挖的程度不同，也就是當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)深淺不同時，就出現(xiàn)了樁長是否一定都要達(dá)到基巖的問題。南寧某單位在同一場地（二級階地）建設(shè)兩棟30層建筑，上部結(jié)構(gòu)型式完全的一致，但設(shè)置的地下室一個為一層，另一個為兩層。其地層組合模型為“填土層～粘性土層～軟弱土層～圓礫層～泥質(zhì)巖層”，一層地下室底板至園礫層頂面的距離大于6m而設(shè)計(jì)成靜壓樁，而二層地下室的底板至圓礫層頂面的距離小于6m，僅為4～5m，因無法滿足規(guī)范對樁長的要求，設(shè)計(jì)采用灌注樁并以下覆泥巖作為樁端持力層，樁長普遍長度為30m，由此增加近400萬元的投資。若以基底地基土作為天然地基持力層，經(jīng)深寬修正計(jì)算發(fā)現(xiàn)，基底壓力僅大于地基承載力100kPa左右，而僅僅為彌補(bǔ)100kPa的承載力，卻采用了樁長超過30m的樁基，不僅增加了工程造價，而且拖延了工期，可見該設(shè)計(jì)是存在缺陷的。

3.2 樁端持力層問題

按南寧市勘察規(guī)范，圓礫層對于預(yù)制樁其端阻極限值最高可達(dá)10000kPa，灌注樁其端阻極限值可達(dá)3000kPa，而天然地基承載力則在500kPa左右。如果以截面積為1㎡的樁基來做個假設(shè)計(jì)算，不計(jì)算側(cè)摩阻力，預(yù)制樁的極限承載力達(dá)10000kN，灌注樁極限承載力達(dá)3000kN，而天然地基承載力則在500kPa左右。如果對樁基取安全系數(shù)為2，則單位面積上預(yù)制樁與灌注樁承受的荷載分別為達(dá)5000 kN和至少1500 kN，而將淺基礎(chǔ)按墩對待，進(jìn)行深度修正（以埋深5.5m計(jì)算），修正后的地基承載力只有700 kPa左右，即單位面積上承受的荷載為700 kN。在同樣地層組合結(jié)構(gòu)下，按樁基對待與按天然地基對待，承載力最大競相差了7倍，如果靜壓樁截面積取0.25㎡，兩者也相差近4倍。這樣的結(jié)果令工程設(shè)計(jì)者無所適從，由于應(yīng)用上偏差引發(fā)許多工程問題。

此外，地質(zhì)報告提供的圓礫卵石層的物理力學(xué)參數(shù)都是通過動力觸探等試驗(yàn)提出的，加之圓礫卵石層有一定的離散型，各部分的松散程度不一，作為高層建筑地基存在不均勻沉降的隱患，勘察在沒有采取其它可靠試驗(yàn)手段基礎(chǔ)上便建議鉆孔灌注樁以泥巖作為持力層，從而導(dǎo)致樁基過長，施工困難，投資較大等問題。而實(shí)際上南寧盆地邕江兩岸廣泛分布的圓礫屬第四系中更新統(tǒng)白沙組河流相沖積地層，由于沉積時代老，顆粒組成較均勻，又經(jīng)歷濕熱化作用，大部分故呈密實(shí)狀態(tài)，具高強(qiáng)度的特點(diǎn)，是理想的樁端持力層?；A(chǔ)方案設(shè)計(jì)時應(yīng)對局部松散地方考慮采用灌漿加固地基等方法，并進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)對比分析，以選擇最優(yōu)方案。

結(jié)語

在南寧特殊二元結(jié)構(gòu)地層中進(jìn)行高層建筑基礎(chǔ)方案設(shè)計(jì)，首先要以精確的地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，地層組合、持力層性狀是決定高層建筑地基的主要因素，其次，要考慮建筑結(jié)構(gòu)本身的承載力要求，建筑的豎向壓力對地基產(chǎn)生的影響，為使樁基設(shè)計(jì)做到既安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效，勘察時應(yīng)采用多種試驗(yàn)手段加強(qiáng)研究場址內(nèi)圓礫、泥巖的地質(zhì)特征及其樁基豎向承載性能，在吸取其他高層建筑成功設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，建立地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度參數(shù)，不斷完善現(xiàn)有的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，滿足不算增長的高層建筑復(fù)雜的地基設(shè)計(jì)需求。

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