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地方高層建筑地基基礎設計探微

1地基基礎設計方案選擇

①根據該建筑物承載力要求,通常場地地層巖性特征滿足上部建筑物承載力要求時,設計選擇天然獨基、條基和筏板是較為經濟合理的。該工程為一層地下室基坑開挖后基礎基本可以直接坐落在圓礫層上,為了準確地確定地基承載力特征值,在場地內隨意抽取了4個點進行淺層平板載荷試驗工作。試驗用的承壓板為圓板,面積為0.5m2,每個測試點基坑寬度8m×8m,并保持試驗土層的原狀結構和天然濕度,平整底面后用中細砂平整。試驗嚴格按《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2002)附錄C《淺層平板載荷試驗要點》中的要求進行,以確定淺部地基土層承壓板下的承載力。從現場所選的4個點做的載荷壓板試驗結果看,只有兩個點滿足設計要求的承載力特征值,另外兩個點遠遠低于設計要求。分析其原因,發現圓礫層修正后的地基承載力特征值能滿足建筑物對地基持力層的強度要求,其下臥層強風化泥巖層卻不能滿足強度要求。因此,該項目的基礎形式不宜采用天然獨基、條基和筏板方案的基礎設計。

②當天然獨基、條基和筏板不能滿足上部建筑物承載力要求時,才可能采用樁基礎設計,而靜壓樁和鉆孔樁均為樁基礎類型。靜壓樁是利用施工終止壓力評估的單樁承載力,具有直觀、迅速的特點,是其它樁型無法比擬的。現場選取了8個點做靜壓樁,3根試驗樁均在進入中風化泥巖層后約1m就壓不下去了,另外兩根則無法穿過砂礫層,多根樁達不到設計要求的有效樁長,故方案二無法實行。分析其原因:根據巖土工程勘察報告地質鉆孔揭露表明,其圓礫層、泥巖埋深可以達到6m深,但是,實際上場地地層埋深變化較大,試驗處圓礫層、泥巖埋深僅達4.50m,其靜壓樁長有效長度無法滿足設計要求。事實上南寧市很多高層建筑出現的基礎施工問題,很多都是靜壓樁無法穿過密實的砂礫層進入到圓礫層。如原廣西建設廳辦公住宅樓項目,就是因為大量的靜壓樁無法達到設計深度,使得有效樁長達不到設計要求,即使采用引孔、導孔也難達到目的;鉆孔樁具有單樁承載力大、抗震性能好、施工效率高、費用低廉及在施工過程中噪音小、公害少等優點。現場做了9個鉆孔樁,由于地下水量較大成孔縮徑嚴重,導致樁的完整性差(經低應變測試多為三類樁),后經載荷試驗,其結果表明,所測試的3根試驗樁的單樁豎向承載力特征值分別為720kN、840kN、840kN,均達不到設計要求的1200kN。

③當樁基礎設計與場地地層巖性特征不符時,結構工程師應與巖土工程師密切配合,反向思維采用復合地基處理,將場地地層進行加固,使其地基承載力特征值滿足強度要求后,再選擇設計天然獨基、條基和筏板基礎。在地基處理(CFG樁)完成28天后,隨機抽選了71根基樁進行低應變法檢測,以檢測施工的CFG樁樁身結構完整性。低應變法檢測所檢測的71根基樁中I類樁49根,占總檢測數的69%;II類樁22根,占總檢測數的31%。根據低應變法檢測結果表明,所施工的工程樁樁身結構完整性均滿足設計要求。在現場選取了4個點做復合地基靜載荷試驗,地基處理的承載力滿足要求。以最大沉降差與平均邊(取值為10m)相對比,得出各棟建筑最大基礎傾斜,均小于《建筑地基基礎設計規范》中高層建筑的基礎傾斜允許值5mm。根據沉降觀測數據分析,其平均沉降量、平均沉降速度,均小于《建筑地基基礎設計規范》中規定的沉降量允許值6.67mm/次(根據中壓縮性土在施工期間完成的沉降量為20%~50%,施工期間需觀測16次,可得其階段沉降量允許值200×50%÷(16-1)=6.67mm),沉降幅度在規定安全范圍內。根據試驗結果表明,建筑物沉降變形可滿足規范要求,該場采用CFG樁進行地基處理的方案是可行的。根據荷載試驗結果可知,CFG樁地基處理的承載力特征值為500kPa,滿足設計要求。

2地基基礎設計方案比選的結論

通過以廣西地礦局市場運作房作為工程實例驗證,高層建筑地基基礎設計合理準確的選定非常重要。靜壓樁方案所進行的壓根試驗樁無法穿入圓礫層,進入泥巖效果不好,無法達到設計要求的有效樁長;而長螺旋鉆孔壓灌鋼筋混凝土樁方案在進行豎向抗壓靜載試驗后發現,所測試的試驗樁的單樁豎向承載力特征值也達不到設計要求;CFG樁復合地基方案通過荷載試驗,CFG樁地基處理的承載力特征值滿足設計要求。經過3種方案的現場試驗檢測,方案一、二均無法滿足設計要求,僅方案三達到了設計要求,故該項目采用CFG樁復合地基處理+筏板的基礎方案更為合理有效。

3地基基礎設計選擇遇到的問題

高層建筑地基基礎設計無法按原設計施工的原因是多方面的,現詳細分述如下:

①地質勘察的問題。由于建筑場地及其經濟等條件的限制,勘察施工過程中往往很難查明場地內及其附近埋藏的管道、線路以及地下水涌水等詳細情況,所提供的地層物理力學參數指標不全面,另外,勘察技術人員對建筑結構設計不了解,給出的建筑基礎類型或地基處理建議不盡合理。如廣西通業房地產開發的飛揚通業寫字樓,由于巖土工程勘察報告提供的地層巖性不確定性、地下水涌水量沒有量化,使原先設計挖孔樁施工不到30%,被迫撤出改用鉆孔樁,結果鉆孔樁也無法施工,最后改用CFG樁地基處理達到設計承載力要求后,鋪設筏板基礎才得以完成基礎施工,為此,該工程工期多花了一倍時間。

②設計方面的問題。對場地巖土勘察報告等資料了解不透,對一些地質概念缺乏了解,對巖土勘察報告中提供的參數應用范圍不理解,對所提供的建筑基礎方案的推薦利弊不能得出一個準確判定,結果基礎施工先后采用天然地基獨立柱、筏基礎、筏(箱)基礎、樁基礎等方案也沒有解決問題的例子屢見不鮮。如廣西藥用植物園職工住宅樓工程,因設計考慮不周,沒有仔細分析巖土工程勘察報告,基礎類型盲目采用靜壓樁施工,結果在實際施工過程中由于基底多地段圓礫層埋深淺,靜壓樁無法壓入圓礫層中,致使靜壓樁有效長度無法滿足規范要求,致使3棟高層建筑物基礎重新設計施工,由原設計靜壓樁改為長螺旋鉆孔樁,才使得基礎達到規范要求。

③施工質量的問題。在現行管理體制下,施工單位分包現象普遍存在,分包單位在工作范圍的界定上很難做到明確具體。主觀上各單位在利益的驅使下,總希望相關單位承擔更多的工作,往往造成工序上的遺漏,人為帶來一些問題,增加了協調管理的復雜性。此外,施工組織管理不健全,施工人員、管理人員的素質參差不齊,也會給施工中相關人員協調工作帶來困難。如南寧市第二人民醫院新建門診綜合樓,最初基礎設計施工是采用人工挖孔樁,兩層地下室基坑開挖深度較大,要求地下水位降水要達到一定深度,結果在其施工過程中,由于地下水沒有達到設計要求,在整個施工帶水作業中無法進行人工挖孔樁施工,挖孔樁被迫改為旋挖機施工。

4結語

高層建筑地基基礎設計選擇是整個結構設計中的一個重要組成部分,直接關系到工程造價、施工難度和工期,因此應認真研究場地巖土性質和上部結構特點,通過綜合技術經濟比較確定高層建筑的地基基礎設計選擇,除地基基礎應滿足現行規范允許的沉降量和沉降差的限值外,整體結構應符合規范對強度、剛度和延性的要求,安全可靠、經濟合理才是設計選擇的標準。從理論上設計計算來說,其選擇方法較容易,而實際上每一個方法都有一個使用條件,很多時候往往是施工工藝無法滿足設計要求,使得地基基礎設計方案的選擇夭折。針對南寧地區高層、超高層的建筑,如果基礎底主要持力層有遇粗砂或圓礫,且地下水位高時,那么在樁基礎設計中,采用靜壓樁或鉆孔灌注樁時就要謹慎從事。大量事實證明,當靜壓樁基礎施工遇到密實的粗砂或圓礫時,靜壓樁均無法通過,即使采用引孔、導孔都無法滿足設計要求,對此,建議反向思維采用復合地基處理,采用CFG樁是非常合理、快捷的好方法。

作者:徐建華 朱真 鄧山 單位:廣西地礦建設工程有限公司


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