高層建筑基礎的優(yōu)化設計分析
關鍵詞：巖溶, 復合地基,筏板基礎,基礎優(yōu)化
一、工程總概況
某住宅小區(qū)是由8 棟住宅樓組合而成，塔樓部分擬建地上33 層，地下2 層，裙樓部分地下2 層，地上無建筑，為帶局部轉換的剪力墻結構，如圖1 所示。本文先從先行施工的C5~C8 的部分基礎介紹其優(yōu)化過程。
本小區(qū)工程原設計基礎形式是沖孔灌注樁，因為要考慮到地下樁端的持力層為溶洞底面之下的微風化泥巖又或者是灰?guī)r，因此從中加大原主樁的承受力。從工程的地質(zhì)報告可以看出C5、C8 棟場地地質(zhì)情況呈良好狀況，而C6、C7棟的地質(zhì)情況則較為復雜，地下溶洞發(fā)育較為寬廣，加上底板以下的土層分布有兩層砂層以及局部土洞，關于地下溶巖的目前發(fā)展情況，地質(zhì)報告不詳，因此需要在工程樁施工中加大力度，已經(jīng)完成大約130 根，在這一130根樁中大部分位于C5 和C8 塔樓的范圍內(nèi)。而在C6、C7 塔樓范圍內(nèi)樁的施工過程當中，由于地下溶巖的發(fā)育較好，在打樁過程中時常發(fā)生塌孔狀況，給施工進度受到阻滯。下文根據(jù)綜上所述的施工現(xiàn)場的情況，因而決定對C5~C8 的基礎方案進行優(yōu)化。
二、分析工程地質(zhì)條件
根據(jù)地質(zhì)的巖土勘察及超前鉆探報告中可以看出，該工程的場地地質(zhì)是屬于沖積階地，地面相近平坦。而在實際的場地上第四系覆蓋層中包括有人工填土、沖積淤泥質(zhì)土、砂層、粉質(zhì)粘土及殘積土，下伏白堊系和三疊系沉積巖所形成的。
而場地地下水主要為沖積區(qū)內(nèi)第四系孔隙潛水以及深部基巖裂隙、巖溶水。在勘探過程中水位掩深在1.9~2.3m之間。場地內(nèi)砂層、巖溶發(fā)育，地下水豐富況與江水系存在強烈的水力聯(lián)系，水文地質(zhì)條件較為復雜。
場地巖溶類別呈現(xiàn)有2 種：①第四系覆蓋灰?guī)r的淺覆蓋巖溶，呈東、西條帶狀，形成南北走向，在東條帶上有C6、C7棟建筑;②灰?guī)r上覆泥巖及第四系蓋層的埋藏型巖溶。根據(jù)前期勘探資料可以看出，后者發(fā)展的態(tài)勢相對比較弱，前者的發(fā)展態(tài)勢則較為強烈。巖溶成長的特征有：灰?guī)r(淺覆蓋巖溶區(qū))巖面起伏波動劇烈，溶溝(槽)極為發(fā)育;在鉆孔時遇到巖溶洞隙率達到75%;溶洞的豎向分叉而形成的多層洞穴甚至會涌動出4、5 層的洞穴，因為受到構造的控制，發(fā)生主導方向為南北向并相互聯(lián)通，而在平面上又形成網(wǎng)狀巖溶以及裂隙管道。巖溶洞穴頂板厚度不足3m 的達68.4%，這一數(shù)據(jù)說明溶洞頂板過薄是其發(fā)良不同層面的特征;洞穴充填率77.8%，但這一充填率是流塑狀粉質(zhì)粘土且不穩(wěn)定，造成工程上難以取用，再加上地下豐富與江水系存在強烈的水力聯(lián)系，所以溶洞受其江水的水位變化影響著。
三、實施基礎優(yōu)化方案
根據(jù)場地范圍內(nèi)的溶洞發(fā)展狀況來看，綜上所述進行考慮上部結構的承載情況和施工現(xiàn)場進度來分析，對C5~C8 基礎建設進行優(yōu)化，因此綜合上述情況可以采用以下3 種打樁基礎建設：
㈠采用沖孔灌注樁基礎
以上已分析過，C5 及C8 塔樓范圍內(nèi)地下溶洞發(fā)育不良，而且從施工進度已反映出C8 塔樓沖孔樁已基本上完成，加上C5 塔樓的沖孔樁也已完成約30 根，從這一基礎上證明了沖孔樁在C5 及C8兩塔樓范圍已實踐了此操作是可行的，因此本次基礎修改方案中的C5、C8 塔樓范圍的工程樁是按原設計樁基礎去操作的。
�、娌捎梅ぐ寤A和復合地基
從勘探的報告顯示C6、C7 塔樓范圍由于巖溶發(fā)育較好，造成樁基施工強度加大，故而設計方案改為由筏板基礎+復合地基基礎。筏板總長約64m、寬約40m。由于C5 與C6、C7 與C8 交接部位的建筑位置空隙限制，只能出挑約100mm�？蛇@出挑長度不夠造成局部應力集中現(xiàn)象，因而設計中只能通過加大板厚和提高此區(qū)域地基的承載力這一措施去改善。經(jīng)過試算出，筏板基礎厚度設計為1.8m，核心筒部位為2.2m，引發(fā)C5、C6 與C7、C8 交接部位為2.2m。轉換柱下布置板下墩的厚為2.2m。因此以C6 棟核心筒為例來驗算如下：
A、抗沖切驗算：um=22.3m， 內(nèi)筒最大荷載Nmax=36974kN，筏板最大荷載9.8578×105kN，筏板底面積2617.8m2，平均基底反力376.6kPa;沖切錐體底面積51.73m2，沖切力Fl=17495kN。F1/ umh0=454.8<0.7 hpft / =808.3，驗算符合所需。
B、抗剪驗算：筒外h0處邊長29.2m，面積51.73m2，剪力Vs=599.13kN m<0.7 hp ftbwh0=1569，符合要求。其余結果顯示，柱及剪力墻下筏板的沖切都符合要求，而筏板的配筋也在預算的合理范疇內(nèi)。
從以上計算結果顯示，筏板基底反力約400kPa，核心筒及C6、C7 交接位置基底反力約500kPa， C5 與C6、C7 與C8 交接部位基底反力約500kPa，故上述各部位設計要求筏板下地基經(jīng)處理后承載力特征值分別為500，550，600kPa，轉換柱下板跨要求為450kPa。筏板計算模型變形模量按30MPa 考慮，計算結果顯示筏板上柱與剪力墻之間的不均勻沉降最大值小于0.0025 倍柱距，達到其基礎設計方案要求。地基采用CFG 樁復合地基形式，樁徑400，樁身為C25 素混凝土，根據(jù)地基承載力學來說，采用正方形或三角形布樁，分攤平衡力，樁距為1m，樁底進入強風化巖2～3m 或坐落于中微風化巖面。單樁承載力特征值根據(jù)地基承載力要求設計為320～410kN， 施工完成后為410～560kPa，這一系列數(shù)據(jù)顯示，也考慮到地基深度從而去修正，也滿足了設計的要求。
㈢天然基礎+抗拔錨桿
由于塔樓范圍外只建2 層地下室，地面以上又沒有附屬的裙樓，該部分柱承載少，可改用采用開挖方式，然后做墊層，放大腳，做地梁，角柱的天然基礎。持力層為粉質(zhì)粘土層，承載力特征值要求為200kPa。此外由于上部負荷較少，存在上浮力，故在天然基礎內(nèi)加設抗拔錨桿，單錨抗拔力設計值220kN，錨桿為150，嵌固層為中風化以上巖層，入巖長度為3m。計算結果顯示天然基礎沉降約32mm，小于0.005 倍柱距，也滿足了基礎設計的規(guī)范要求。
四、進行沉降處理及溶土洞處理
㈠在多種基礎之間結構分縫處理
由于C5～C8 范圍采用了沖孔灌注樁、筏板、天然基礎三種不同的基礎形式，通過物理學的力學以及物體的運動和熱脹冷縮的因素，所以在它們之間要通過設沉降縫或后澆帶來調(diào)整其沉降的因素。具體做法如下：筏板基礎與樁基之間設沉降縫，寬150mm，位于沉降縫處的地下室外墻設后澆帶(后澆帶1)，待塔樓結構及隔墻砌筑完成15d 后可進行澆搗;筏板基礎與天然基礎之間設調(diào)節(jié)豎向沉降后澆帶(后澆帶3)，待塔樓結構及隔墻砌筑完成15d 后進行澆搗;樁基與天然基礎之間設調(diào)節(jié)沉降后澆帶(后澆帶2)，待首層樓面結構完成15d 后進行澆搗。底板分縫如圖2 所示。
由于底板設沉降縫及沉降后澆帶，負1 層及首層結構也需要在相應部位設置沉降后澆帶，除對應底板設沉降縫的部位改為設沉降后澆帶外，其余對應部位均按底板相應位置設沉降后澆帶。
㈡對于土洞溶洞處理
第一：源于此場地內(nèi)覆蓋砂層存在著大量的土洞，為保證CFG 樁成樁的質(zhì)量，設計要在樁基施工前后進行對土洞的妥善處理。處理如下：施工前采用瓜米石、中粗砂、水泥對土洞進行灌填，保證成樁質(zhì)量;施工后采用單管旋噴樁對已灌填土洞進行加固， 防止水位變化時使土洞性態(tài)也發(fā)生變化從而破壞其樁的承載力。
第二：由于場地內(nèi)溶洞部分頂板較薄，防止復合地基在使用時會發(fā)生整體坍塌的問題，采用注漿方法對溶洞頂板厚度小于3m 的溶洞進行加固處理。根據(jù)現(xiàn)場注漿孔揭示的溶洞填充情況確定灌注材料和注漿次數(shù)�？障丁⒘严恫涣嫉牡囟�，可采用填充，先灌注水泥砂漿，重復采用水泥漿二次注漿對其加固;對于不可充填或水泥砂漿不能注滿的溶洞，先灌注中粗砂或碎石對溶蝕腔體進行充填，再灌注水泥砂漿，反復進行水泥漿三次注漿的加固。
此外，施工過程中應反復對基礎沉降的觀測，加強對CFG 樁和溶洞、土洞處理的檢測，確保工程的質(zhì)量。
五、方案的總結
綜觀上述，根據(jù)場地實際情況，此設計方案采用了沖孔灌注樁基礎、筏板基礎+CFG樁復合地基、天然基礎。這三種基礎是在原基礎設計方案上進行優(yōu)化，并采取物體的特征結合結構分縫的措施處理不同基礎沉降的問題，做好沉降觀測工作，確保建筑質(zhì)量的安全。在復合地基設計中考慮到對土洞、溶洞的處理以保證CFG樁復合地基的安全可靠性。經(jīng)過專家審核，此設計方案可行，這設計方案也符合生產(chǎn)安全、科學實踐、經(jīng)濟合理的原則。
參考文獻
[1] JGJ 79-2002 建筑地基處理技術規(guī)范[S]
[2] GB 50007-2002 建筑地基基礎設計規(guī)范[S]
