3m厚素填土场地某建筑物的基础形式选择

谢敏杰

摘要：某调度中心为五层框架结构，位于地源热泵机房附近，上部素填土较厚，约3.0m，总建筑面积3976.9m2，三排柱子，柱距7.2m，单柱最大轴力设计值约6000kN。文章阐述了较为可行的利用天然地基的独立基础方案和换填垫层的独立基础方案的设计要点及参数选取，并对其经济性进行了对比，最终选择了利用天然地基的独立基础方案，为业主节省了投资。

关键词：素填土；天然地基；换填垫层；经济性

1工程概况

某調度中心为五层框架结构，位于郑州市，场地属冲积平原，地势平坦开阔，西北侧为一层地源热泵动力机房，北侧为一片空地，东侧为员工食堂及两层乘务员调度及候乘楼。该调度中心一层、四层层高3.9m，二、三层层高3.6m，五层层高5.7m，室内外高差0.6m，建筑高度21.3m，总建筑面积3976.9m2。其用途多为办公，抗震设防类别为丙类，抗震等级为7度（0.15g），设计使用年限50年，采用三排柱子，柱距7.2m，顶层为大空间会议室和调度中心，为满足使用功能，顶层局部进行抽柱处理，单柱最大轴力设计值约6000kN。

场区内自上而下土层分布如下：

①素填土（Q4ml）：黄褐色，稍密，稍湿，主要以粉土为主，层底埋深3.0m左右，平均厚度3.0m，分布于场区地层上部。

②粉土（Q4al）：黄褐色，稍密，稍湿～湿，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等，局部夹粉质黏土薄层，层底埋深6.50～7.90m，平均厚度4.26m，地基承载力特征值120kPa。

③中砂（Q4al）：黄褐色，中密，饱和，级配不良，主要矿物成分为石英、长石等，层底埋深9.30～11.10m，平均厚度3.06m，地基承载力特征值180kPa。

④细砂（Q4al）：黄褐色、青灰色，密实，饱和，级配不良，主要矿物成分为石英、长石等，层底埋深14.70～18.40m，平均厚度4.92m，地基承载力特征值190kPa。

④1粉土（Q4al）：黄褐色，中密，湿，干强度低，韧性低，摇振反应中等，无光泽反应，层底埋深12.70～16.20m，平均厚度1.97m，地基承载力特征值130kPa。

⑤细砂（Q4al）：黄褐色、青灰色，密实，饱和，级配不良，主要矿物成分为石英、长石等，最大揭露厚度13.50m，地基承载力特征值240kPa。

2基础方案

基础形式的选择应在满足使用、安全、经济并且便于施工等条件下综合考虑，择优选择。由于该场地存在较多地暖井，不适合做桩基础，不适合采用CFG桩复合地基，故拟采用独立基础形式。鉴于素填土较厚，考虑两种基础方案：

方案一、第二层粉土地基承载力特征值120kPa，可以作为持力层，开挖全部素填土，基础埋深3.6m；

方案二、鉴于素填土较厚，基础埋深2.0m，基底采用三七灰土换填至第二层粉土（约1.6m厚）。

3设计要点及参数

当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：

（1）[1]，式中为修正后的地基承载力特征值（kPa）；为地基承载力特征值（kPa）；、为基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数，按基底下土的类别取值；为地基底面以下土的重度（kN/m3），地下水位以下取浮重度；为基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3），位于地下水位以下的土层取有效重度；b为基础底面宽度，当基础底面宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；d为基础埋置深度（m），宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。

三七灰土换填垫层底面处的附加压力值可按下式计算：

（2）[2] ，式中b、l分别为矩形基础底边的宽度和长度（m）； 为相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；为基础底面处土的自重压力值（kPa）；z为基础底面下垫层的厚度（m）；θ为垫层材料的压力扩散角（°）。

方案一基础埋深3.6m，设计持力层为第二层粉土，基础宽度修正系数为0.3，深度修正系数为1.5，地基承载力特征值为120kPa。

方案二基础埋深2.0m，基底下三七灰土换填1.5m，基础宽度修正系数为0.3，深度修正系数为1.0，地基承载力特征值结合公式（2）和灰土的最大承载力特征值为200～250kPa综合确定为200kPa。

4 计算结果分析

本工程计算采用的是中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部开发的建筑结构空间有限元分析计算软件JCCAD（2010版V2.1）。地面以下的主要工程量对比如下表一。

经预算员计算，方案一基础部分总投资59.6万元，方案二基础部分总投资82.6万元，方案一比方案二基础部分减少投资23万元，故选择方案一作为本工程的基础方案。

5 结论

根据以上方案比选，工程最终采用了天然地基上的独立基础方案，为业主节省了投资，也希望为类似工程提供参考。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2011

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2012