金燦國，王建華

（1、廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣州510010；2、清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京100012）

1 工程概況

某工程位于山西省太原市小店區(qū)，學(xué)府東街以北，太堡路以東。包括6#～9#四棟高層住宅，C4#樓（商業(yè)）、D2#（地下車庫）共6 個(gè)子項(xiàng)（見圖1），總建筑面積約12.4萬m2，如圖1所示，其中6#樓32層，總高96.25 m；7#樓31 層，總高93.30 m；8#樓29 層，總高95.80 m；9#樓31層，總高95.80 m；地下車庫頂板上覆土厚2 m；每棟樓均設(shè)2 層地下室。住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用墻下布樁承臺(tái)，地下車庫采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。承臺(tái)底絕對(duì)標(biāo)高802.35～804.75 m。

圖1 住宅和地下車庫平面布置Fig.1 Layout Plan of Residence and Underground Garage

2 地質(zhì)條件

圖2 典型工程地質(zhì)剖面Fig.2 Typical Engineering Geological Profile

表1 各土層參數(shù)指標(biāo)Tab.1 Parameters of Each Soil Layer

表2 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.2 Design Parameters of Pile Foundation

圖2為場地內(nèi)典型工程地質(zhì)剖面，各土層參數(shù)指標(biāo)詳見表1，樁基設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表2，天然地基綜合評(píng)價(jià)及全部消除濕陷性時(shí)濕陷處理建議深度詳見表3。擬建場地未見地下水，地基土對(duì)混凝土具微腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。

表3 天然地基綜合評(píng)價(jià)及濕陷處理建議深度Tab.3 Recommended Depth of Comprehensive Evalua?tion and Collapse Treatment of Natural Foundation

3 地基處理方案

依地勘報(bào)告可知，第②層濕陷性粉土、第③層濕陷性粉土，為本場地自重濕陷土層，6#、7#及9#樓地基濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)，8#樓地基濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)，C-4#樓地基濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)，D-2#樓（地下車庫）地基濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)～Ⅳ級(jí)。

《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范：GB 50025-2004》［1］第6.1.1條規(guī)定，甲類建筑應(yīng)消除地基的全部濕陷性或采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性黃土層，或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性黃土層上。

本項(xiàng)目主樓地基基礎(chǔ)落在第2 層濕陷性粉土層，地基承載力特征值為145 kPa，下臥層為第3 層濕陷性粉土層，地基承載力特征值為180 kPa，濕陷性粉土評(píng)價(jià)為自重濕陷Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí)。本項(xiàng)目基底反力最大的樓棟為6#樓，地上32 層，地下2層，1 m 厚的基礎(chǔ)，假定標(biāo)準(zhǔn)層荷載15 kN∕m2，地下層荷載20 kN∕m2，基礎(chǔ)容重25 kN∕m3；高層住宅剪力墻結(jié)果，基礎(chǔ)第一方案采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深7 m。

基底反力標(biāo)準(zhǔn)值初估為：32×15+2×20+1×25=545 kPa；修正后地基承載力特征值：fak=145+0.3×20×（6-3）+1.5×20×（7-0.5）=358 kPa＜545 kPa。

采用天然地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行地基處理或采用樁基礎(chǔ)解決承載力問題；［2］同時(shí)6#～9#樓基底下濕陷性粉土厚15～19 m，需要解決土層濕陷性問題，解決濕陷性問題有3種方法：采用復(fù)合地基消除濕陷性、采用樁基礎(chǔ)穿透全部濕陷性土層或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性土層上；故采用復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)均能解決承載力和土層濕陷性：2種問題。

首先考慮采用復(fù)合地基，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ 79-2012》［3］可知，復(fù)合地基承載力不宜大于天然地基承載力的3 倍，145×3=435 kPa＜545 kPa，復(fù)合地基無法滿足承載力要求，故考慮采用樁基礎(chǔ)，為了最大化提高樁使用效率，樁徑暫取700 mm（樁徑盡量小于800 mm，避免因?yàn)榇笾睆綐哆M(jìn)行樁基承載力折減降低樁使用效率），樁長取40 m（保證長徑比小于60，避免樁曲屈），樁端持力層為粉土，樁端持力層極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值1 600 kPa，偏小，屬于端承摩擦樁，經(jīng)計(jì)算單樁承載力特征值1 200 kPa，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ 94-2008》［4］，樁間距取3 倍的樁徑，單樁受荷標(biāo)準(zhǔn)值為2.1×2.1×sin60°×545=2 403 kPa ＞1 200 kPa，仍不滿足地基承載力要求；經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)由于濕陷性粉土層厚15～19 m，這部分土層不僅不能提供正摩擦阻力，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，故我們通過采用素土擠密樁的方式處理濕陷性，濕陷性粉土層樁側(cè)負(fù)摩阻力轉(zhuǎn)化為樁側(cè)正摩阻力，此時(shí)計(jì)算單樁承載力特征值為2 300 kPa ＞2 196 kPa，滿足地基承載力要求，故第一種基礎(chǔ)方案主樓采用滿堂樁筏基礎(chǔ)，同時(shí)采用素土擠密樁消除濕陷性［5］，提高單樁承載力；車庫采用柱下樁基+防水板，但不消除土層濕陷性。

經(jīng)過與甲方溝通，當(dāng)?shù)睾笞{技術(shù)比較成熟，甲方建議采用后注漿工藝提高單樁承載力特征值，減少樁數(shù)；在甲方的建議下，我們?nèi)圆捎盟赝翑D密樁的方式處理濕陷性，同時(shí)結(jié)合樁側(cè)樁端后注漿及干作業(yè)的施工方式進(jìn)一步提高單樁承載力［6］，經(jīng)計(jì)算此時(shí)單樁承載力特征值可達(dá)3 500 kPa，基礎(chǔ)型式可由滿堂樁筏基礎(chǔ)改為聯(lián)合承臺(tái)樁基礎(chǔ)+防水板，同時(shí)減少樁數(shù)，如圖3 所示；車庫仍采用柱下樁基+防水板，不消除土層濕陷性的方案；此種方案作為第二方案供甲方比選。

圖3 6#樓樁基布置示意圖Fig.3 Pile Foundation Layout of Building 6

甲方預(yù)算部門經(jīng)過比選，第二種基礎(chǔ)方案省近1 000萬元，選擇第二種基礎(chǔ)方案更為安全經(jīng)濟(jì)合理。

本工程主樓6#～9#樓參考地勘建議，根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)，采用素土擠密樁消除地基土層濕陷性，土擠密樁樁徑依經(jīng)驗(yàn)取0.40 m，正三角形布置，樁體材料為素土，壓實(shí)系數(shù)不宜小于0.97；依據(jù)文獻(xiàn)［3］第7.5.2 條，樁孔按照等邊三角形布置，ρdmax及ρd由地勘單位提供，ηc取0.95，樁孔間距布置估算如下：

式中：s為樁孔之間的中心距離（m）；d為樁孔直徑（m）；ρdmax為樁間土的最大干密度（t∕m3）；ρd為地基處理前土的平均干密度（t∕m3）；ηc為樁間土經(jīng)成孔擠密后的平均擠密系數(shù)，不宜小于0.93。

如表4所示，經(jīng)過估算后樁間距取0.90 m；主樓基底下濕陷性粉土厚16～19 m，最初素土擠密樁樁長取19 m，由于施工機(jī)械及施工成本方面考量，甲方建議樁長取14 m；查地勘報(bào)告，勘察未見地下水，且14 m以下濕陷性系數(shù)很?。?］，經(jīng)復(fù)核14～19 m 此范圍自重濕陷量小于5 mm，對(duì)樁基承載力影響極小，故最終選擇素土擠密樁樁徑取0.40 m，樁距0.9 m，樁長14 m，同時(shí)采用2種措施防止水進(jìn)入濕陷性土體內(nèi)［8］：

⑴主樓及地下車庫均設(shè)置防水板，防水板下均設(shè)置500 mm 厚3∶7 灰土墊層，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95；防止地下室內(nèi)生活用水滲入土體內(nèi)。

⑵在場地周圈采用直徑為400 mm 的封閉樁，樁長為18 m，二排樁相切錯(cuò)位布置，樁長螺旋鉆機(jī)成孔，防止場地外的水進(jìn)入場地內(nèi)。

表4 估算擠密樁間距Tab.4 Estimated Spacing of Compaction Piles

地基處理施工前，在現(xiàn)場選擇有代表性地段進(jìn)行試驗(yàn)或試驗(yàn)性施工，驗(yàn)證消除濕陷性的效果，再進(jìn)行地基處理施工。

4 主樓地基處理后土層濕陷性檢測結(jié)果

4.1 樁間土檢測結(jié)果

4.1.1 樁間土濕陷性

根據(jù)4個(gè)探井（每個(gè)主樓下取一個(gè)探井）在樁長深度范圍間隔1.0 m 所取土樣進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5 濕陷性檢測結(jié)果Tab.5 Test Results of Collapsibility

4.1.2 樁間土最小擠密系數(shù)

各探井樁間土最小擠密系數(shù)評(píng)價(jià)如表6所示。

表6 樁間土最小擠密系數(shù)Tab.6 Minimum Compaction Coefficient of Soil between Piles

4.2 樁體土檢測結(jié)果

根據(jù)14 個(gè)樁體探土樣的土工試驗(yàn)結(jié)果，各探井樁體土壓實(shí)系數(shù)平均值評(píng)價(jià)如表7所示。

表7 樁體土壓實(shí)系數(shù)Tab.7 Compaction Coefficient of Pile Soil

4.3 小結(jié)

⑴根據(jù)4個(gè)探井所取樁間土樣的土工試驗(yàn)結(jié)果，在樁長深度范圍內(nèi)有3 個(gè)土樣未消除濕陷，其余土樣均消除濕陷，主樓樁基均不考慮樁頂1 m范圍承載力。

⑵樁間土最小擠密系數(shù)平均值為0.95～0.99，滿足規(guī)范和計(jì)算取值要求。

⑶樁體壓實(shí)系數(shù)如表7所示，壓實(shí)系數(shù)平均值為0.96～0.98，滿足規(guī)范要求。

5.1 樁基檢測

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，每棟樓均設(shè)有3 個(gè)單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)。

以7#樓為例，單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)現(xiàn)場共測試3 個(gè)載荷點(diǎn)，分別為ZH-1，ZH-2，ZH-3；具體設(shè)計(jì)參數(shù)和試驗(yàn)檢測參數(shù)如表8、表9所示。

根據(jù)3根試樁的單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范：JGJ 106-2014》［9］第4.4.2條判定，結(jié)果如表10所示。

根據(jù)3 根試樁的單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)文獻(xiàn)［9］第4.4.3條規(guī)定：本批試樁（有效樁長41.0 m）的單樁豎向抗壓極限承載力算術(shù)平均值為8 055 kN，極差為145 kN，其極差不超過平均值的30%，故取算術(shù)平均值8 055 kN 為本批試樁（有效樁長41.0 m）的單樁豎向抗壓承載力極限值。大于設(shè)計(jì)要求的單樁豎向抗壓承載力極限值7 200 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 沉降觀測結(jié)果

5 樁基檢測及沉降觀測結(jié)果

表8 設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.8 Design Parameters

表9 試驗(yàn)檢測參數(shù)Tab.9 Test Parameters

目前該小區(qū)各住宅樓及地下車庫均已封頂，后澆帶已封閉?，F(xiàn)仍以7#樓為例，給出沉降觀測結(jié)果。高層建筑沉降發(fā)展一般經(jīng)歷3 個(gè)階段，即自重應(yīng)力階段、附加應(yīng)力階段和恒應(yīng)力階段，而自重應(yīng)力階段加附加應(yīng)力階段的沉降稱為施工沉降。由表10 可知試驗(yàn)樁沉降值最大14.17 mm，計(jì)算沉降和施工沉降如表11所示，計(jì)算沉降，參考文獻(xiàn)［10］，可認(rèn)為主體封頂時(shí)完成的沉降量占最終沉降量70% 左右，因此預(yù)估本樓的最終沉降不超過18 mm，滿足規(guī)范要求。

表10 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果Tab.10 Test Results of Vertical Compressive Static Load of Single Pile

表11 沉降計(jì)算及觀測Tab.11 Settlement Calculation and Observation

6 結(jié)論

結(jié)合在較厚濕陷性粉土上建設(shè)高層住宅這一工程實(shí)例，得出以下結(jié)論：

⑴本項(xiàng)目經(jīng)過前期基礎(chǔ)方案比選，采用素土擠密樁的方式處理深厚濕陷性粉土，同時(shí)結(jié)合樁側(cè)樁端后注漿及干作業(yè)的施工方式，可以大幅度的提高單樁承載力，減少樁數(shù)，主樓基礎(chǔ)型式可由滿堂樁筏基礎(chǔ)優(yōu)化為聯(lián)合承臺(tái)樁基礎(chǔ)+防水板，經(jīng)甲方預(yù)算部門估算可節(jié)省近1 000萬元。

⑵本項(xiàng)目采用2 種措施防止水進(jìn)入濕陷性土體內(nèi)：①主樓及地下車庫均設(shè)置防水板，防水板下均設(shè)置500 mm 厚3∶7 灰土墊層，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95，防止地下室內(nèi)生活用水滲入土體內(nèi)；②在場地周圈采用直徑為400 mm 的封閉樁，樁長為18 m，二排樁相切錯(cuò)位布置，樁長螺旋鉆機(jī)成孔，防止場地外的水進(jìn)入場地內(nèi)。

⑶當(dāng)濕陷性土層較厚時(shí)，素土擠密樁較長，基于施工機(jī)械及施工成本的考量，較深處土層濕陷性系數(shù)很小，自重濕陷量也很小，可以不處理，經(jīng)濕陷性檢測結(jié)果表明，四處探井處1 m 處外，均消除濕陷性，效果明顯。

⑷對(duì)單樁進(jìn)行豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明地基承載力及變形均能滿足設(shè)計(jì)要求，且試驗(yàn)結(jié)果均好于計(jì)算結(jié)果；目前已封頂主體的沉降觀測結(jié)果亦均小于計(jì)算結(jié)果。因此，在較厚濕陷性土中采用素土擠密樁消除濕陷性+后注漿+干作業(yè)施工可大幅度提高單樁承載力，由此證明這種處理方法是安全合理的，且該方法能夠減少樁數(shù)、提高施工速度、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，可作為類似地質(zhì)條件下地基基礎(chǔ)處理方式之一。