某工程基础选型分析

■郎国宏 ■厦门市住宅设计院有限公司，福建 厦门 361000

1 地质状况

(1)场地存在较多土洞、溶洞及灰岩临空面等不良地质作用，须进行补强处理。

(2)基础底部土层为厚度不均的粉质粘土(3)或泥质卵石层(4)。

(3)场地大部分区域强风化岩层缺失，由含角砾粉质粘土层(6)直接进入中风化岩层(11)，一部分由红粘土层(8)直接进入中风化岩层(11)，另有局部中风化层(11)上存在软弱层粉质粘土层(7)。

(4)中风化岩层埋深变化较大，从8 米至30 米以上不等，且存在较大范围的陡坡，坡度超过30°。

2 工程概况

(1)本工程设计为6 度抗震，地震加速度为0.05g，基本风压为0.45kN/m2，场地类别为II 类。

(2)本工程采用剪力墙结构形式，上部为32 层，2 层地下室，y 向最大宽度为15.7m，最小宽度为9m。

(3)本工程结构总质量约为38000t，最大倾覆弯矩为y 向风荷载产生的，约490000kN·m，无零应力区。

3 对比分析

纯天然地基承载力远小于本工程基础所需承载力要求，传统的桩基承台或桩筏基础，由于造价相对较高，已被否定，而岩层距基础底尚有距离，因此岩石锚杆基础也被排除在外。若要降低基础部分的造价，则必须充分利用地基土的承载力。因此，本次分析主要针对能较大限度利用地基土承载力且造价相对较低的筏板基础+复合地基形式进行分析，以及对组成复合地基的多种桩型进行比较。

(1)基础按复合地基上的筏板计算，则复合地基承载力特征值需要750kN/m2，其中最大反力为900kN/m2。

(2)选用预应力管桩作为复合地基的桩体材料。以桩径0.5m 计算，桩身混凝土强度等级为C80，则桩身强度控制时，承载力特征值为2400kN。

基坑底为粉质粘土及泥质卵石，粉质粘土地基承载力特征值为180kN/m2，泥质卵石地基承载力特征值为350kN/m2，以对承载力不利的粉质粘土地基为例计算。

根据复合地基承载力计算公式得700kN/m2，不能满足工程所需承载力。

若充分考虑地基土的承载力，基坑开挖深度为8m，地基土卸载应力为8* 16=128kN/m2，则基底土的承载力修正为180 +128=308kN/m2，桩土复合地基中桩分担的承载力约为450kN/m2。桩布置间距取2m 时，每根桩承载力特征值为1800kN ＜24000kN，可行。

管桩按最较短桩长计算，侧阻及端阻计算时，取侧阻计算长度为8m，极限侧阻力标准值取60kPa，极限端阻力标准值取14000kPa，则桩承载力特征值为1750kN ＜1800kN，所以按照地勘所提供计算参数，计算结果不能满足工程所需的承载力。

若进行静载试验，试验结果为:地基土承载力特征值达到320kN/m2，而桩承载力特征值达到1750kN 时，或地基土承载力特征值达到300kN/m2，而桩承载力特征值达到1800kN 时，或复合地基荷载板试验承载力特征值达到750kN/m2时，预应力管桩复合地基方案可行。

该方案优点是施工周期短，造价较低，缺点是管桩无法进入中风化岩层，在陡坡桩尖容易失稳，桩承载力不能得到很好的保证。

(3)选用人工挖孔桩作为复合地基的桩体材料。以桩径1.2m 计算，桩身混凝土强度等级为C35，则桩身强度设计值为:0.7* 16.7* 103* 3.14159* 0.62=13220kN。若以此作为控制值，则桩承载力特征值约9800kN。

基坑底为粉质粘土及泥质卵石，粉质粘土地基承载力特征值为180kN/m2，泥质卵石地基承载力特征值为350kN/m2，以对承载力不利的粉质粘土地基为例计算。

若充分考虑地基土的承载力，基坑开挖深度为8m，地基土卸载应力为8* 16=128kN/m2，则基底土的承载力修正为180 +128=308kN/m2，则桩土复合地基中桩分担的承载力约为450kN/m2。桩布置间距取4.5m 时，每根桩承载力特征值为9100kN ＜9800kN，可行。

福建地区人工挖孔桩桩长必须控制在15m 以内，侧阻及端阻计算时，取侧阻计算长度为12m，挖孔桩扩大头直径为3m，极限侧阻力标准值取65kPa，极限端阻力标准值取1500kPa，则桩承载力特征值为5270kN ＜9100kN，所以按照地勘所提供计算参数，计算结果不能满足工程所需的承载力。

若进行静载试验，试验结果为:地基土承载力特征值达到400kN/m2，而桩承载力特征值达到7100kN 时，或地基土承载力特征值达到300kN/m2，而桩承载力特征值达到9100kN 时，则人工挖孔桩复合地基方案可行。

该方案有对不利地质状况的处理能力比较强，造价上也有优势，但是承载力计算数值与工程所需数值相差较大，实现比较困难。

(4)选用全套管取土灌注桩作为复合地基的桩体材料。按嵌岩桩设计，以桩径1m 计算，桩身混凝土强度等级为C35，则桩身强度控制时，承载力特征值为7300kN。

基坑底为粉质粘土及泥质卵石，粉质粘土地基承载力特征值为180kN/m2，泥质卵石地基承载力特征值为350kN/m2，以对承载力不利的粉质粘土地基为例计算。

根据复合地基承载力计算公式得560kN/m2，不能满足工程所需承载力。

若充分考虑地基土的承载力，基坑开挖深度为8m，地基土卸载应力为8* 16=128kN/m2，则基底土的承载力修正为180 +128=308kN/m2，则桩土复合地基中桩分担的承载力约为450kN/m2。桩布置间距取4m 时，每根桩承载力特征值为7200kN ＜7300kN，可行。可进行复合地基荷载板试验对其进行验证。

管桩按最较短桩长计算，侧阻及端阻计算时，取侧阻计算长度为8m，极限侧阻力标准值取60kPa，极限端阻力标准值取18000kPa，则桩承载力特征值为7400kN ＞7200kN，则计算结果能满足工程所需的承载力。

该方案解决了管桩无法进入中风化岩层，在陡坡桩尖容易失稳，桩承载力不能得到很好的保证的问题，对土层中的不利地质情况也能很好的处理，缺点是造价较高。

(5)选用冲孔灌注桩作为复合地基的桩体材料。计算模式同全套管取土灌注桩，但是造价相对较高，工期较长。

4 桩土共同作用

充分利用桩间土的承载力时，关键是使桩和土在受力过程中变形协调一致，因此，如何更好的利用桩间土的承载力，使其共同受力，是值得进一步进行分析。

应力相当时，混凝土桩的沉降变形或者压缩变形量，远远小于土的压缩变形量，这就需要在共同作用时增加桩的变形量，或者减少土的变形量。

目前方法有:a)加砂石褥垫层，增加桩的向上刺入变形;b)做非嵌岩桩，增加桩的向下刺入变形;c)桩顶加调节器，增加桩顶压缩变形;d)先使用土的承载力，桩先不受力，间少桩土共同作用时土的变形。

5 最终选型

综合以上各种桩型，比较造价及可行性分析，确定采用预应力管桩作为桩体材料，设置砂石褥垫层，做复合地基处理;基础形式为梁板式筏板基础;复合地基实施前且需做荷载板试验，以提供设计依据;对于场地内的土洞、溶洞等进行注浆补强处理。最终确定形式为如下示意图:

筏板基础示意图

6 结束语

对于此类桩土共同作用的广义复合地基，仍有很大的探讨空间，比如长短桩设计、桩顶调节器的使用等等，可以根据各工程情况提出更加合理、适用、安全、经济的基础设计方法。

［1］宰金珉.桩土明确分担荷载的复合地基桩基及其设计方法［J］.建筑结构学报，1995，16(4).

［2］任光勇，张忠苗，宋仁乾.桩身混凝土在竖向荷载作用下的压缩量试验研究［J］.岩土力学与工程学报，2004，23(2).

［3］中国建筑科学研究院.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.

［4］龚晓南.广义复合地基理论及工程应用［J］.岩土工程学报，2007，29(1):1-13.