某建筑物基础方案分析

摘要:文章根据工程地质条件及建筑物性质选择建筑物的基础类型,对已确定桩基础进行桩型分析,同时提出了桩基施工中的注意事项,为其他同类问题提供借鉴。

关键词:建筑基础;地基基础;桩基础;桩型

中图分类号:TU435文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0135-02

随着工程建设快速发展,越来越多的建筑天然地基无法满足承载力要求,特别是高层建筑需要使用深基础,这就需要对建筑场地进行勘探和分析,以确定建筑物使用基础类型。

一、建筑物概况

建筑物由两座主楼、裙楼、艺术剧院及纯地下室(无上部建筑)组成;整个地块均设有三层地下室,框架结构,高度为14.80米,设计地面标高为7.80米;其中两座主楼均为50层,高度220m,框架-核心筒结构,设计单柱最大荷重为90000kN,基底压力为850kN/m2;裙楼为7层,高度27.80m,框架结构,设计单柱荷重为12000kN;艺术剧院为1～3层,高度23.00米,框剪结构,设计单柱荷重为10000kN;纯地下室设计单柱最大荷载约6500kN。各建筑物对差异沉降敏感,建筑安全等级为二级。建筑物分布如图1所示:

地块勘探成果:按建筑地块,网格状布设钻探孔位,其勘探成果见表1:

在全分化花岗岩和强分化花岗岩层中遇较大孤石,钻遇率9.3%;地下潜水面较浅,地面下0.2m就是稳定静水面,地下水对砼结构具弱腐蚀性,对钢结构具中等腐蚀性。

二、基础方案分析

根据建筑物性质,设计荷重及所处地段工程地质条件的差异,对建筑物地基基础方案进行分析:

(一)主楼(A、B)

根据场地地面设计标高和岩土层结构分析,按地下室基底设计标高-7.00m开挖后,坑底岩性主要由粉质粘土②及残积粘性土④组成,以上两层地基承载力特征值相当(均为200kPa),经深宽修正后地基承载力可达380kPa,地基承载力无法满足主楼采用天然地基筏形基础的荷载要求,故主楼不具备采用天然地基筏形基础的条件,应采用桩筏复合基础。

桩型选择要做到经济合理、技术可行,除应满足建筑物结构荷载、变形的要求外,同时需考虑成桩的可能性以及对周边环境的影响。本场地各风化带基岩的埋深变化很大,(碎块状)强风化花岗岩⑥顶板埋深为69.70～95.30m(标高-63.28m～-88.73m),中风化花岗岩⑦顶板埋深77.40～105.10米(标高为-70.65m～-98.53m),埋藏均较深,扣除地下室以后埋深一般大于60m,故不宜采用人工挖孔灌注桩;由于本场地孤石埋深为32.90～53.20m,多集中在40～48m,主要分布在全风化花岗岩⑤和(散体状)强风化花岗岩⑥之中,因此,不适宜采用全套管取土桩方案,也不适宜采用全套管取土桩+PHC桩的组合桩。主楼荷重较大、且较为集中,预应力混凝土管桩单桩承载力无法满足主楼的荷载要求,且场地地下水对钢结构具中等腐蚀性,对管桩接桩部位的防腐处理较困难,故不宜采用预应力混凝土管桩;因此,根据建筑物性质、场地工程地质和周边环境条件,大直径冲、钻孔灌注桩或大直径锤击沉管灌注桩,或者TSC桩(薄壁钢管离心混凝土管桩)均较适宜,下面就各种桩型具体情况进行分析:

1.冲、钻孔灌注桩。采用冲、钻孔灌注桩一般以(碎裂状)强风化花岗岩⑥作为桩端持力层(局部该层埋藏较深地段则以(散体状)强风化花岗岩⑥作为桩端持力层),桩径采用φ1500～1800mm,有效桩长一般在65m左右。该桩具单桩承载力大、桩径、桩长可根据设计要求选择,能适应各岩土层;但容易出现孔斜、卡钻、掉钻等事故,桩身质量不易控制,常常出现孔底沉渣过厚、桩身缩径、夹泥等问题,影响桩基承载力,且过厚、过浓的泥浆,若处理不当,影响桩周侧阻力的发挥;本场地发育有孤石,冲孔施工时易沿孤石面产生偏斜,而纠偏工作需要较长时间,且嵌岩施工时速度慢、工期较长,同时施工过程中的废排量大,易污染环境。为了有效控制长桩的孔底沉渣,用孔底高压注浆的方案,同时选择有丰富施工经验的队伍,采用气举反循环方法进行处理。

2.大直径锤击沉管灌注桩。本场地孤石埋深在32.90～53.20m,多集中在40～48m,且场地全风化岩⑤顶板埋深26.20～61.20m,(散体状)强风化花岗岩⑥顶板埋深29.60～67.60m,因此,本场地基本适宜采用大直径锤击沉管灌注桩。采用该桩型一般以(散体状)强风化花岗岩⑥作为桩端持力层(局部残积土④埋藏较深则以该层作为桩端持力层),桩径采用φ700mm～800mm,采用大功率(7吨以上)的锤击沉管灌注桩,有效桩长一般在24～42m左右(大部分在32～38m)。对埋深较浅就遇到孤石桩点,采用补桩增强的措施,对个别无法施工的桩点,采用引孔措施。

采用大直径锤击沉管灌注桩桩孔施工受地下水影响小,孔壁稳定性相对较好,不存在接桩、砍桩问题,抗水平力较强,成桩质量较易控制。其不足之处就是挤土效应明显,施工中局部地下水水头较高时,易造成混凝土离析,影响桩身质量;且该桩型施工时会产生较大噪音、废气、振动,对周边居民影响大。

3.TSC桩(薄壁钢管混凝土管桩)。TSC桩型一般选择以(散体状)强风化花岗岩⑥(局部地段夹有微风化岩孤石地段则以全风化岩⑤作为桩端持力层)作为桩端持力层,桩径采用φ50～600mm,在桩端进入持力层1.0m的情况下,有效桩长可达36.0～52.0m左右。同样,该桩型选择也和大直径锤击沉管灌注桩施工相仿,同样受场地孤石分布埋深的影响,因此,基本适宜采用薄壁钢管混凝土管桩施工。该桩具有较高的竖向和水平承载力(φ500mm的TSC桩桩身承载力特征值为3300kN、极限弯距大于240kN·m),成桩质量易于控制,单桩承载力稳定可靠,且机械施工速度快,无环境污染。场地地下水对钢结构具中等腐蚀性,对接桩部位及桩身的防腐处理均具有一定的难度,应选取有代表性地段进行试桩,并进行必要的检测,以校验桩基设计参数、成桩质量和单桩承载力。

(二)艺术剧院

艺术剧院为1～3层,设有三层地下室,地下室基坑开挖至设计坑底标高后,坑底地基土主要为粉质粘土②及残积粘性土④,以上两层地基承载力特征值相当(均为200kPa),经深宽修正后地基承载力可达380kPa,可满足建筑物采用天然地基筏形基础的荷载要求,艺术剧院可以采用天然地基筏形基础,以粉质粘土②及残积粘性土④作为基础持力层。由于建筑物对差异沉降敏感,为避免因与主楼建筑采取不同的基础型式而引起不均匀沉降,艺术剧院亦可采取与主楼一样的桩基方案,一般选择以(散体状)强风化花岗岩⑥作为桩端持力层,但为经济可适当调小桩径及桩长。

(三)纯地下室(无上部建筑)

地下室基坑开挖至设计坑底标高后,坑底岩性主要由粉质粘土②和残积粘性土④组成(局部地段为中砂③),考虑到建筑物整体性,为加强建筑物的整体刚度,纯地下室采用天然地基筏基方案,以粉质粘土②和残积粘性土④(局部为中砂③)作为基础持力层。另外也可结合抗浮设计,采用与主、裙楼相同的桩基方案,一般选择以(散体状)强风化花岗岩⑥作为桩端持力层,同样可适当调小桩径及桩长。

三、结语

建筑物基础是建筑物根本,在设计基础方案时必须详细分析场地工程地质条件、建筑物性质,并设计出科学合理基础方案。在特定有孤石的地层,桩点施工时可以采取补桩增强的措施,对个别无法施工的桩点,采用引孔措施。在已确定使用桩基时应严格控制成桩质量,并注意在桩基施工过程中尽量减少对居民、环境影响。

参考文献

[1]岩土工程勘察规范(GB50021-2001)[S].

[2]建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].

作者简介:杨义刚(1979-),男,中国地质大学(武汉)工程学院研究生,研究方向:建筑工程。