丘陵地帶建筑基礎(chǔ)設(shè)計探討

付 修 兵

(南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司，江蘇 南京 210002)

丘陵地帶建筑基礎(chǔ)設(shè)計探討

付 修 兵

(南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司，江蘇 南京 210002)

結(jié)合具體工程實例，探討了丘陵地帶建筑的基礎(chǔ)設(shè)計，針對基礎(chǔ)持力層變化大、基礎(chǔ)同時存在整體抗浮或局部抗浮問題，因地制宜，采用了不同的基礎(chǔ)形式，可供南京類似地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計參考。

地基基礎(chǔ)，嵌巖擴底樁，筏板基礎(chǔ)，錨桿

1 工程概況

項目位于南京市鐘山風(fēng)景區(qū)的紫金山東側(cè)丘陵地帶，由18棟別墅組成。

01,03,05,07,10,11,15,18棟為A1套型，地下1層，地上2層。04,06,09,13,17棟為A3套型，地下2層，地上2層。02,08,12,14,16棟為B1套型，地下2層，地上2層。各棟別墅均為框架結(jié)構(gòu)。

2 場地概況

根據(jù)地勘報告，擬建場地標(biāo)高在32.18 m～43.98 m之間。原為農(nóng)田，后經(jīng)附近工程施工中的挖土或垃圾堆填，現(xiàn)已整平，局部有堆土。鉆孔揭露深度內(nèi)，表層為人工填土層，其下為晚更新世沉積土、基巖。各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)地勘報告，地下室抗浮設(shè)計水位可按整平地面下1.0 m考慮。參照建筑總圖，每棟別墅室內(nèi)外高差約0.5 m，故抗浮設(shè)計水位取0.00以下1.5 m。對A3,B1套型別墅，兩層地下室深8.5 m，底板厚0.5 m，則地下室底板所受向上水浮力為：10×(8.5+0.5-1.5)-25×0.6=60 kN/m2；對A1套型別墅，1層地下室深4.5 m，底板厚0.4 m，則地下室底板所受向上水浮力為：10×(4.3+0.4-1.5)-25×0.4=22 kN/m2。

通過上部結(jié)構(gòu)傳來自重與水浮力比較，對A3,B1套型別墅，除地下室外墻外，其余柱下均需抗浮；對A1套型別墅，除內(nèi)天井處幾個框架柱外，其余柱均不需要抗浮。

3 基礎(chǔ)設(shè)計

圖1～圖4給出了有代表性的四棟別墅的工程地質(zhì)剖面圖，從圖中可以看出，本項目基礎(chǔ)設(shè)計比較復(fù)雜，主要表現(xiàn)在以下三點：

1)由于項目地處丘陵地帶，場地地基存在多樣性，為不均勻地基?；A(chǔ)底板的持力層相差較大，如06棟基礎(chǔ)底板落在基巖上，01,12棟基礎(chǔ)底板落在③層晚更新世沉積土上，而18棟基礎(chǔ)底板落在①層填土上。

2)雖每棟別墅基底面積不大，但即使在同一棟別墅下，基礎(chǔ)底板持力層也有差異，如06棟基礎(chǔ)底板落在⑤-1或⑤-2基巖上。

3)基礎(chǔ)在承擔(dān)上部荷載的同時，還存在整體或局部抗浮問題。

針對每棟別墅基底持力層的差異，結(jié)合結(jié)構(gòu)整體抗浮或局部抗浮問題，采用了四種不同的基礎(chǔ)類型。

3.1人工挖孔嵌巖擴底樁(抗壓+抗拔)

以01,12棟為例，基礎(chǔ)底板落在③-2粉質(zhì)粘土上。最初考慮采用筏板基礎(chǔ)+抗浮錨桿的基礎(chǔ)形式。但地下室底板所受向上水浮力60 kN/m2，水頭壓力比較大；錨桿需穿過③-2粉質(zhì)粘土，錨入⑤-2中風(fēng)化砂巖，錨桿自由度過長，永久防腐措施要求比較高。此外由于地下水位是隨季節(jié)不斷變化的，錨桿的拉力也隨之變化發(fā)生，若采用非預(yù)應(yīng)力錨桿則會產(chǎn)生較大的變形，不利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。省審圖中心的專家也因錨桿③-2土層的防腐耐久性不支持采用此種結(jié)構(gòu)方案。

但如采用人工挖孔嵌巖擴底樁也有以下兩個問題：

1)目前對擴底抗拔樁的研究仍不完善，擴底樁的設(shè)計、試驗資料較少，擴底抗拔樁的理論尚未完善。特別是對于巖石中的擴底抗拔樁的工程資料更少。JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范雖給出了擴底樁的抗拔承載力計算公式，但主要是針對砂土、黏性土和粉土。

2)從13—13′工程地質(zhì)剖面圖可以看出，J23勘探點基礎(chǔ)板底距入⑤-2中風(fēng)化砂巖只有3 m，J21勘探點基礎(chǔ)板底距入⑤-2中風(fēng)化砂巖有7 m，樁長較短，嚴(yán)格說是挖孔擴底墩。針對這兩個問題，咨詢了樁基規(guī)范的起草人，認(rèn)為可以采用(JGJ 94—2008)第5.4.6條的公式估算基樁的抗拔承載力，同時需要現(xiàn)場基樁抗拔靜載試驗進行驗證。

12棟采用一柱一樁的基礎(chǔ)形式，柱下最大向下軸力標(biāo)準(zhǔn)值(1.0恒+1.0活)1 500 kN，最大向上軸力標(biāo)準(zhǔn)值[1.05×(1.0浮-1.0自重)]900 kN。

以J21勘探點為計算點，樁徑0.9 m。樁長只有4.6 m，故基樁抗壓、抗拔承載力計算，均不考慮⑤-2以上土層的側(cè)阻力。

按建筑樁基技術(shù)規(guī)范公式(5.3.9-3)，擴底抗壓樁抗壓承載力特征值：

Qsa=0.5×ζrfrkAp=

0.5×0.88×17 930×0.25×3.14×0.81=5 016 kN。

按建筑樁基技術(shù)規(guī)范公式(5.4.6-1)，擴底抗拔樁抗拔承載力特征值：

Tua=0.5×∑λiqsikuili=

0.5×0.9×350×3.14×1.5×1.6=1 186 kN。

在現(xiàn)場，選了3根樁進行單樁豎向抗拔靜載試驗，編號1號、2號、3號，樁長分別為3.78 m，4.16 m，4.83 m。整個試驗按相關(guān)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進行，由樁的荷載—位移曲線，3根試驗樁在達到其最大加載量時樁頂?shù)奈灰戚^小，且其荷載—位移曲線仍呈緩變發(fā)展趨勢，雖較難準(zhǔn)確推斷試驗樁的極限承載力，但可明確判斷3根試驗樁的極限抗拔力均大于1 800 kN，滿足其設(shè)計承載力的要求。

3.2筏板基礎(chǔ)(抗壓)+巖石錨桿(抗拔)

以06棟為例，基礎(chǔ)底板以下為⑤-1強風(fēng)化砂巖或者⑤-2中風(fēng)化砂巖，可作為持力層，同時⑤-2中風(fēng)化砂巖可作為錨桿的錨固段，因此選用筏板基礎(chǔ)(抗壓)+巖石錨桿(抗拔)的基礎(chǔ)形式。

筏板500 mm，局部底板沖切不足的柱下增加下柱墩。

每根錨桿采用1Φ28,HRB400鋼筋，孔徑100，單根錨桿設(shè)計抗拔承載力特征值120 kN，桿體進入⑤-2中風(fēng)化砂巖的錨固長度不小于3.5 m。錨桿水泥砂漿強度為30 MPa；灌漿前應(yīng)將錨桿孔清洗干凈。采用二次注漿。

錨桿施工完成后，隨機選取了3根錨桿進行抗拔試驗。錨桿試驗采用分級加載，試驗的最終加載值為錨桿設(shè)計荷載的2倍。試驗證明，錨桿承載力均滿足設(shè)計要求。

3.3筏板基礎(chǔ)(抗壓)+局部人工挖孔樁(抗拔)

以01棟為例，基礎(chǔ)底板以下為③-3粉質(zhì)粘土，承載力特征值230 kPa，可作為上部結(jié)構(gòu)的持力層。除內(nèi)天井處幾個框架柱外，01棟其余柱均不需要抗浮，只需局部抗浮。

由3.1節(jié)分析，局部抗浮不宜選用抗浮錨桿?？紤]到01棟地上2層，地下1層，每個柱下豎向荷載較小，基礎(chǔ)整體沉降小。局部抗浮選用人工挖孔樁，以⑤-2中風(fēng)化砂巖為持力層，雖和筏板基礎(chǔ)是兩種不同的基礎(chǔ)形式，持力層也不同，但柱與柱沉降差滿足規(guī)范要求，是可行的。

筏板400 mm，局部底板沖切不足的柱下增加下柱墩。抗拔承載力特征值600 kN，樁徑0.9 m，進入⑤-2不小于1.4 m，沒有擴孔。

3.4人工挖孔樁(抗壓+抗拔)

以18棟為例，基礎(chǔ)底板以下為①層填土，松散，開挖難度大，天然地基不滿足設(shè)計要求。基底距③-3粉質(zhì)粘土有10 m，采用地基處理(強夯、高壓注漿)造價高，也不合適。故選用人工挖孔樁基礎(chǔ)+防水板的基礎(chǔ)形式。

樁以⑤-2中風(fēng)化砂巖為持力層，樁長約15 m。由于填土填齡短未完成固結(jié)，設(shè)計需考慮可能產(chǎn)生的負摩阻力影響。樁承載力計算時不考慮⑤-2以上土層的側(cè)阻力。

樁抗壓承載力特征值1 500 kN，抗拔承載力特征值600 kN，樁徑0.9 m，進入⑤-2不小于1.4 m，沒有擴孔。防水板厚400 m。

4 結(jié)語

在這個項目設(shè)計過程中，體會到在復(fù)雜的丘陵地帶進行基礎(chǔ)設(shè)計，應(yīng)仔細分析地質(zhì)勘查資料，并結(jié)合工程的具體特點，因地制宜的采用不同的基礎(chǔ)形式，解決基礎(chǔ)抗壓和抗浮的問題。

在丘陵地帶進行基礎(chǔ)設(shè)計，首要問題是確定基礎(chǔ)類型及持力層。采用人工挖孔嵌巖擴底樁、巖石錨桿抗浮時，在依據(jù)規(guī)范理論計算的同時，應(yīng)進行現(xiàn)場抗拔試驗，做到安全可靠。

[1] GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 吳劍虹.高層建筑地下室抗浮設(shè)計的幾個問題[J].廣東土木與建筑，2015(3)：62-64.

Discussionofdesignofbuildingfoundationinhillyarea

FuXiubing

(NanjingYangtzeRiverUrbanArchitecturalDesignCo.，Ltd，Nanjing210002，China)

Combined with concrete engineering projects, a design for building foundations in hilly area was discussed. Aiming at the existing problem of great deformation of bearing layer of foundation following overall anti-floating or the local anti-floating in the foundation, different forms of foundations were adopted according to actual conditions. It will provide a reference for the design of foundations in a similar area of Nanjing.

foundation, rock-embedded bottom-enlargement pile, raft-foundation, rock bolts

1009-6825(2017)29-0075-02

2017-08-05

付修兵(1979- )，男，高級工程師

TU475

A