某軟土地基基礎(chǔ)選型分析

張鵬，王飛宇 （安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230002）

1 項(xiàng)目工程概況

1.1 工程概況

項(xiàng)目位于安徽省滁州市，該項(xiàng)目共有5個(gè)單體，其中2個(gè)主教學(xué)樓（北側(cè)4層，無(wú)地下室；南側(cè)4層，一層地下室），1個(gè)禮堂（2層），2個(gè)連廊（西側(cè)帶電梯樓梯共5層；東側(cè)2層），建筑面積5681.8m2，其中地上5284.1m2，地下設(shè)備用房397.7m2，建筑功能為教室、辦公等，一層建筑平面圖如圖1所示。

圖1 一層建筑平面布置圖

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為二組，場(chǎng)地屬于襄河河漫灘地貌，場(chǎng)地屬于中軟場(chǎng)地土，場(chǎng)地類別為II類，建筑抗震屬于一般地段。擬建樓為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g(第二組),設(shè)計(jì)特征周期值為0.40s[1]。

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)本項(xiàng)目的相關(guān)巖土工程勘查報(bào)告，場(chǎng)地內(nèi)及周邊地區(qū)未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)作用，場(chǎng)地穩(wěn)定性較好，且場(chǎng)地地面較開(kāi)闊，地形起伏小，適宜進(jìn)行本工程的建設(shè)。場(chǎng)地土層分別為①層耕土、②層粉質(zhì)黏土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④層粘土、⑤層中砂層。其中②層土層厚度較小，最少只有0.6m，而軟土層③層厚度約為8.9m-11.1m。土層相關(guān)參數(shù)如下表所示。

預(yù)制靜壓樁 水下鉆孔樁 水泥攪拌樁地層編號(hào)壓縮模量Es(MPa)1 雜填土 20 18 8 2 粉質(zhì)粘土 130 7.08 40 38 22巖土名稱承載力特征值fak(kPa)Qsik Qpk Qsik Qpk Qsik Qpk(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)3淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土80 4.60 25 22 13 4 粘土 175 9.31 80 8 40 5 中砂 190 54 3800 53 1500 28 190

1.3 上部結(jié)構(gòu)布置及特點(diǎn)

本工程采用框架結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力構(gòu)件為框架柱。相鄰結(jié)構(gòu)單體層數(shù)不同，報(bào)告廳中存在中空區(qū)域，且僅南側(cè)主樓下設(shè)有地下室，以上情況造成柱底荷載分布不均勻。通過(guò)以上特點(diǎn)可知沉降控制和承載力控制為該項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素[2]。

2 天然基礎(chǔ)方案

一般來(lái)說(shuō)，多層建筑宜優(yōu)先選用天然基礎(chǔ)，本項(xiàng)目基礎(chǔ)持力層可位于②層粉質(zhì)黏土，承載力及彈性模量較為合適，經(jīng)復(fù)核持力層土層厚度及持力層以下土層承載力，發(fā)現(xiàn)②層粉質(zhì)黏土較薄，最小僅有0.6m，且其下③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層較厚且不均勻，而承載力特征值僅為80kPa,壓縮模量?jī)H為4.6MPa,綜合復(fù)算軟弱下臥層承載力及基礎(chǔ)沉降[2]，該基礎(chǔ)選用天然基礎(chǔ)無(wú)法滿足承載力及沉降要求，故放棄天然基礎(chǔ)方案。

3 樁基方案

由于場(chǎng)地內(nèi)③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層較厚、且其承載力小，壓縮模量小，故可選用樁基礎(chǔ)方案。

對(duì)于鉆孔灌注樁，場(chǎng)地內(nèi)⑤層中砂層易在施工時(shí)坍塌，施工質(zhì)量不易保證，故本工程采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC樁）的基礎(chǔ)方案。樁基選用PHC-600-AB-110，,樁端進(jìn)入⑤層中砂層，對(duì)無(wú)地下室區(qū)域，基礎(chǔ)采用柱下樁基承臺(tái)，有效樁長(zhǎng)18m,單樁承載力約為1100kN，柱下樁數(shù)為2根～4根；設(shè)地下室區(qū)域，基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，有效樁長(zhǎng)18m,單樁承載力約為1100kN。具體布置如圖2所示。

圖2 PHC樁基平面布置圖

由于樁基穿過(guò)軟弱土層，直接進(jìn)入⑤層中砂層，可有效減小基礎(chǔ)沉降和柱間相對(duì)沉降差，計(jì)算結(jié)果表明承載力和沉降均能滿足相關(guān)要求[3]。該方法承載力高，沉降小，傳力明確，施工周期較短，技術(shù)上較為適用于本工程。但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘，發(fā)現(xiàn)周邊有較多已建居民建筑，進(jìn)出場(chǎng)地的道路狹窄，在無(wú)法選擇錘擊設(shè)備的情況下，靜力壓樁機(jī)及運(yùn)送管樁的卡車無(wú)法進(jìn)入場(chǎng)地，故放棄該方案。

4 水泥攪拌樁復(fù)合地基

在軟土地基，采用復(fù)合地基能夠較好地解決基礎(chǔ)承載力和沉降的問(wèn)題，根據(jù)當(dāng)?shù)匾延械墓こ探?jīng)驗(yàn)并結(jié)合地勘單位的意見(jiàn)，本項(xiàng)目選擇水泥土攪拌樁復(fù)合地基解決天然基礎(chǔ)承載力不足及沉降過(guò)大的問(wèn)題[4]。

設(shè)計(jì)取水泥土攪拌樁樁徑500mm，樁長(zhǎng)14m，樁端持力層為⑤層中砂層，樁間距為0.8m，樁身90天齡期立方土抗壓強(qiáng)度為1.5MPa，單樁承載力特征值為73.5kN，水泥土攪拌樁采用濕法工藝，其加強(qiáng)后復(fù)合地基承載力特征值為160kPa.基礎(chǔ)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，南側(cè)帶地下室主樓采用筏板基礎(chǔ)。通過(guò)復(fù)合地基加強(qiáng)后，基礎(chǔ)承載力可滿足要求，基礎(chǔ)沉降與相鄰柱基之間沉降差也能滿足要求[2]。樁基布置見(jiàn)圖3.

水泥土攪拌樁施工機(jī)械較PHC樁的壓樁機(jī)械較小，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘能夠進(jìn)入場(chǎng)地進(jìn)行施工作業(yè)，綜合以上特點(diǎn)，本工程基礎(chǔ)選用水泥土攪拌樁復(fù)合地基。

水泥土攪拌樁法是現(xiàn)代處理軟土地基的一種極為有效成熟的方法。水泥土攪拌樁復(fù)合地基是由水泥土攪拌樁、樁間土、褥墊層和基礎(chǔ)一起共同工作，形成整體受力變形協(xié)調(diào)的共同體，其控制沉降和提高承載力有著較多的應(yīng)用[4]。但由于水泥土攪拌樁樁身強(qiáng)度低，對(duì)地基承載力提高有限，更適用于本工程這種軟土地區(qū)的多層框架結(jié)構(gòu)。同時(shí)水泥土攪拌樁還具有施工方法簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度高，施工速度快，經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)。

圖3 水泥土攪拌樁平面布置圖

5 總結(jié)

本文對(duì)軟土地基多層框架建筑的實(shí)際工程案例進(jìn)行分析，綜合考慮建筑物所處的地基特點(diǎn)、周邊環(huán)境及施工的難易程度進(jìn)行基礎(chǔ)選型分析。經(jīng)承載力復(fù)核及地基沉降復(fù)核，本工程選用PHC管樁基礎(chǔ)及水泥土攪拌樁復(fù)合地基基礎(chǔ)均能滿足規(guī)范對(duì)承載力及沉降的要求，且施工方案均為可行。但由于場(chǎng)地所處環(huán)境的限制，PHC管樁運(yùn)輸及壓樁設(shè)備運(yùn)輸不便，故本項(xiàng)目最終選擇水泥土攪拌樁復(fù)合地基的基礎(chǔ)形式。

在軟土地基區(qū)域，由于基礎(chǔ)下某層土承載力低，壓縮模量小，厚度較厚且分布不均勻，如采用天然基礎(chǔ)，經(jīng)常面臨承載力不足及沉降不足等問(wèn)題[2-5]，需采取其他的基礎(chǔ)形式。PHC樁與水泥土攪拌樁復(fù)合地基通過(guò)選擇合適的樁端持力層，均能較好地解決承載力與沉降的問(wèn)題。但該兩種不同的基礎(chǔ)形式，對(duì)施工要求、場(chǎng)地要求各不相同，且各有各的適用范圍，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況合理的選擇基礎(chǔ)形式。