閻波，李智明，曹源，趙健 （中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

1 工程概況

武漢某教學(xué)綜合樓為地下一層和地上六層框架結(jié)構(gòu)，地上建筑總高度22.500m，平面為凹字形，尺寸為52.2m×55.3m，柱網(wǎng)尺寸為8.1m～9.0m，地下室層高為5.7m，一層層高為4.5m，二～六層層高均為3.6m，在標(biāo)準(zhǔn)組合工況下，最大柱底力約為6000kN，圖1為地上結(jié)構(gòu)平面布置圖。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，擬建場地地質(zhì)條件較為復(fù)雜，本文以該工程為例，充分利用地基承載力，針對各種基礎(chǔ)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選取合適的基礎(chǔ)型式。

2 場地工程地質(zhì)條件

根據(jù)本次地質(zhì)勘察資料，本場地在勘探深度28.50m范圍內(nèi)所分布的地層除表層分布有填土(Qml)外，上部土層為第四系全新統(tǒng)沖積成因一般黏性土（Q4al），中部土層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積成因黏性土（Q3al+pl），下伏三疊系白云巖（T）。各巖土層工程地質(zhì)特征分述如下。

第(1)層雜填土。結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均，物理力學(xué)性質(zhì)差異性大。

第(2-1)層淤泥質(zhì)黏土。呈流塑狀態(tài)，高壓縮性，強(qiáng)度低，普遍分布，層厚較厚，不能作為擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。

第(2-2)層黏土。呈可塑狀態(tài)，該土層具中等壓縮性，強(qiáng)度一般，局部缺失，層厚較薄，不宜作為擬建建筑物地基基礎(chǔ)持力層。

第(3-1)層黏土。呈硬塑狀態(tài)，該土層具中等偏低壓縮性，強(qiáng)度較高，分布均勻，層厚較厚，可作為擬建建筑物天然地基基礎(chǔ)持力層及樁基持力層。

第(3-2)層含礫黏土。呈硬塑狀態(tài)，該土層具中等偏低壓縮性，強(qiáng)度較高，局部缺失，層厚相對較厚，可作為擬建建筑物天然地基基礎(chǔ)持力層及樁基持力層。

第(4)層中風(fēng)化白云巖。強(qiáng)度高，可視為無壓縮變形巖層，分布均勻，厚度較大，是良好樁基礎(chǔ)持力層及下臥層。

同時(shí)，經(jīng)鉆探揭露，場區(qū)巖溶見洞率約3.70%，屬巖溶微發(fā)育地段，規(guī)模較小，埋深較大，屬埋藏型巖溶，場區(qū)未發(fā)現(xiàn)土洞。若采用中風(fēng)化白云巖做樁基持力層，樁基施工前需進(jìn)行施工勘察。

場地各地基巖土層的承載力特征值fak及壓縮模量Es(1-2)值如下表1所示，典型工程地質(zhì)剖面圖如圖2所示。

各地基巖土層的承載力 表1

圖2 工程地質(zhì)剖面圖

3 地基基礎(chǔ)選型

3.1 天然地基

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）[4]規(guī)定，本項(xiàng)目地基承載力可進(jìn)行寬度和深度修改，通過圖2可知，基礎(chǔ)底絕大部分處于第（2-2）層黏土層，根據(jù)初步推算，擬采用整筏基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋置深度自室外地面算起，筏板厚度暫取600mm。修正后地基承載力特征值如 下 ：fb=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)，其中 fak=120kPa，ηb=0，ηd=1.0，γm=18kN/m3，室外天然地面標(biāo)高為21.53m，基礎(chǔ)底標(biāo)高為16.6m，則d=21.53-16.6=4.93m，經(jīng)計(jì)算，修正后地基承載力特征值fa=199.74kPa,低于標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)底面邊緣最大壓應(yīng)力值Pkmax=220kPa。

通過上述計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)修正后的地基承載力低于標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)底面邊緣最大壓應(yīng)力值，采用天然地基方案不可行。

3.2 預(yù)應(yīng)力管樁

依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，根據(jù)場地工程地質(zhì)條件，結(jié)合擬建建筑工程特性，推薦采用的樁基礎(chǔ)型式為鉆孔灌注樁及預(yù)應(yīng)力管樁，成樁均是可行的。

本節(jié)先對預(yù)應(yīng)力管樁方案進(jìn)行論述，預(yù)應(yīng)力管樁樁端持力層可選(3-2)層黏土，其樁基設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

預(yù)應(yīng)力管樁樁基設(shè)計(jì)參數(shù) 表2

依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）[7]，經(jīng)過計(jì)算可知，當(dāng)以第（3-2）層為持力層，單樁承載力特征值為770kN，樁長為9.8m～12.5m，共需布置525根工程樁，3根試樁，管樁樁基平面布置圖見圖3。

圖3 管樁平面布置圖

3.3 鉆孔灌注樁

依據(jù)場地工程地質(zhì)條件和擬建建筑工程特性，地勘報(bào)告建議也可使用鉆孔灌注樁，本節(jié)對鉆孔灌注樁方案進(jìn)行論述。

當(dāng)選用鉆孔灌注樁時(shí)，樁端持力層為第(4)層中風(fēng)化白云巖，但是地勘資料表明，經(jīng)鉆探揭露，場區(qū)巖溶見洞率約3.70%，屬巖溶微發(fā)育地段，規(guī)模較小，埋深較大，屬埋藏型巖溶，樁端應(yīng)穿過溶洞進(jìn)入穩(wěn)定基巖，樁基施工前需進(jìn)行施工勘察，鉆孔灌注樁樁基設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。

鉆孔灌注樁樁基設(shè)計(jì)參數(shù) 表3

依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）[7]，經(jīng)過計(jì)算可知，當(dāng)以第（3-2）層為持力層，單樁承載力特征值為4200kN，樁長為13.7m～15.9m，共需布置127根工程樁，3根試樁，鉆孔灌注樁樁基平面布置圖見圖4。

圖4 鉆孔灌注樁平面布置圖

3.4 CFG復(fù)合地基

通過本文第3.1節(jié)天然地基方案可知，天然地基承載力僅比標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)最大壓應(yīng)力值略小，對天然地基進(jìn)行處理也是一種較好的選擇。工程地質(zhì)勘察報(bào)告亦建議可使用CFG樁進(jìn)行處理后再采用筏板基礎(chǔ)，處理深度至（3-1）層黏土，處理后的地基土應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度檢測。

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，結(jié)合本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，并參照現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范規(guī)程綜合分析，CFG樁設(shè)計(jì)樁基設(shè)計(jì)參數(shù)如表4所示。

CFG樁樁基設(shè)計(jì)參數(shù) 表4

CFG樁選用直徑500mm的長螺旋灌注樁，依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）[7]，經(jīng)過計(jì)算可知，當(dāng)以第（3-1）層為持力層，樁長為6m時(shí)，單樁承載力特征值為400kN。再依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）[5]。

通過上述計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)處理后的地基承載力高于標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基礎(chǔ)底面邊緣最大壓應(yīng)力值，采用CFG復(fù)合地基方案可行，共需布置899根工程樁，3根試樁，CFG復(fù)合地基平面布置圖見圖5。

圖5 CFG復(fù)合地基平面布置圖

4 地基基礎(chǔ)型式比選

本文通過多天然地基、預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁和CFG復(fù)合地基進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，其中預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁和CFG復(fù)合地基三種方案是可行的，通過對安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工工期和施工難度等方面進(jìn)行對比，選擇一種最優(yōu)方案。

4.1 安全性比較

預(yù)應(yīng)力管樁持力層為（3-2）層含礫黏土層，CFG復(fù)合地基長螺旋鉆孔灌注樁持力層為（3-2）層黏土層，鉆孔灌注樁持力層為（4）層中風(fēng)化白云巖層，因中風(fēng)化白云巖層存在地巖溶發(fā)育特征，可能存在溶洞，安全性比預(yù)應(yīng)力管樁CFG復(fù)合地基略低。

4.2 經(jīng)濟(jì)性比較

根據(jù)上述三個(gè)方案的工程量和綜合單價(jià)，可得出各方案的總造價(jià)，通過表5可知，CFG復(fù)合地基造價(jià)最優(yōu)，其次為預(yù)應(yīng)力管樁，最后為鉆孔灌注樁。

經(jīng)濟(jì)性對比 表5

4.3 施工工期比較

預(yù)應(yīng)力管樁施工工藝采用預(yù)應(yīng)力管樁機(jī)，CFG復(fù)合地基采用長螺旋灌注樁。鉆孔灌注樁旋挖鉆機(jī)，施工速度預(yù)應(yīng)力管樁最快，同時(shí)不存在混凝土齡期影響，故施工工期最短。鉆孔灌注樁需要布置鋼筋籠和泥漿護(hù)壁，同時(shí)需進(jìn)行施工勘察（一樁一孔），施工工期最長。長螺旋灌注樁因不存在布置鋼筋籠、泥漿護(hù)壁和施工勘察，但是需考慮混凝土齡期影響，施工工期優(yōu)于鉆孔灌注樁，但是不如預(yù)應(yīng)力管樁。

4.4 施工難度比較

預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁、長螺旋灌注樁，是目前工程建設(shè)中常用的基礎(chǔ)型式，施工工藝成熟，均需要大型設(shè)備進(jìn)場，施工難度均不大，尋找相應(yīng)的施工單位均不存在問題，各種方案均不存在施工難度大的問題。

4.5 綜合比較

為便于建設(shè)方綜合考慮，選擇最適合本工程的基礎(chǔ)方案，設(shè)計(jì)對預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁和CFG復(fù)合地基三個(gè)方案從“優(yōu)”“良”“中”三個(gè)等級(jí)進(jìn)行評價(jià)，各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果評價(jià)等級(jí)詳表6。

綜合對比表 表6

5 結(jié)論

本教學(xué)綜合樓工程層數(shù)不高，但是地質(zhì)條件較復(fù)雜，各種基礎(chǔ)型式都似乎都可以采用，但又無法確定哪一種是最優(yōu)選擇，故通過對各種方案從不同方面進(jìn)行對比，確定采用CFG復(fù)合地基是最優(yōu)選擇。

本文通過各種準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對比，有利于選取合理的基礎(chǔ)型式，選取的基礎(chǔ)型式在安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工工期、施工難度上都具有較大的優(yōu)勢，滿足了建設(shè)方的使用需求，取得滿意的效果，并獲得了建設(shè)方和其他參建單位的認(rèn)可。目前該項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂，長期沉降觀測數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求。