高层建筑基础选型浅析

闫和雷 冯 将

（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610052）

1 工程概况

拟建工程位于南充市江东中路与上中坝大桥交汇处，场地西北方向紧邻嘉陵江，为9幢33层超高层住宅地下室一层和一幢52层五星级酒店地下室二层。总用地面积55275.00m2，总建筑面积308434.07m2。其用地红线距嘉陵江边约48.00m，该段嘉陵江河床宽50.00～100.00m，其嘉陵江水面高度约为262.09m，水深约为5.00～15.00m；河床底部为砂卵石土，局部已出露。在场地与嘉陵江之间为防汛大堤，其堤顶面宽度约4.00m，大堤顶面标高约为275.55。高出目前场地平均标高约1.40m。

2 工程地质条件

场区在地质构造属新华夏系四川沉降带内的川中褶皱带，处于川中东西向构造带偏东，南充背斜与西山向斜两褶皱带之间。上述两褶皱在该地区均为北西—南东走向，南北相距约12km，基本平行，地质构造简单。区域内岩层晚近期构造活动微弱，断裂构造不发育，区域稳定性好。场地基岩为侏罗系中统遂宁组泥岩（J2sn）,岩层倾角平缓，近于水平。

表1

表2

场地地貌上属于嘉陵江水系Ⅰ级堆积阶地。场地西北方向紧邻嘉陵江，其用地红线距嘉陵江边约48.00m，该段嘉陵江河床宽50.00～100.00m。本次勘察期间为枯水期，其嘉陵江水面高度约为262.09m，水深约为5.00～15.00m；河床底部为砂卵石土，局部已出露。在场地与嘉陵江之间为防汛大堤，其堤顶面宽度约4.00m，大堤顶面标高约为275.55。高出目前场地平均标高约1.40m。

勘察报告揭露的地层由上而下为第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲、洪积层（Q4al+pl）及侏罗系中统遂宁组（J2sn）泥岩层。

3 基础类型选择分析

3.1 桩基础

从场地工程地质条件出发，结合拟建建筑物性质，拟建工程可供选择桩基础类型为大直径人工挖孔灌注桩和钻（冲）孔灌注桩

3.1.1 单桩竖向极限承载力估算

利用岩石天然状态单轴抗压强度估算，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.3.9条计算单桩竖向极限承载力标准值（Quk）：计算结果见表1。

由于岩石单轴抗压试验与岩石作为地基时的实际受力状态存在明显差异；另外，由于基岩各风化带的划分只是相对的，受人为鉴别、野外钻探、现场取样等诸多因素影响，并且各风化带之间风化程度往往呈逐渐过渡，实际并无明确的分界线。因此，大直径嵌岩桩单桩承载力的现场试验结果往往与按岩石单轴抗压强度估算的结果具有一定的差异。因此从发挥地基潜力的角度讲，单桩承载力应通过现场桩静载试验确定。

3.1.2 桩基施工可能性分析

人工挖孔桩具有造价低、施工简单（可大面积展开），噪音小，易于清底，桩身质量易于保证和桩底岩层观察验槽工作易于进行等优点，但其施工时需采取人工降水措施将卵砾石含水层中地下水疏干，同时，施工时工人劳动强度大，危险性高。

对本工程而言，采用人工降水措施需将场地地下水降至中等风化泥岩顶板以下。无论理论计算还是工程实践，采用单一的管井降水措施，均不可能将基岩顶板以上的地下水疏干，在基岩顶板以上会存在2～3m的地下水，必须辅以孔内明排措施，进行水下挖孔作业。一方面由于场地上部弱透水层---粉土，呈稍密状态，其间分布有相对隔水的粉质粘土层，受其影响短时间内是不可能将其中地下水疏干，根据南充地区已有施工经验，要完全疏干粘性土、粉土层中的地下水所用时间将长达3～5个月，这样会严重影响工期。若强行施工，在滞留地下水的作用下，粉土呈流动状态，在该土层中进行人工开挖将很难保证桩孔成形，极易造成垮塌。

同时，由于本场地卵石土颗粒较小，卵石土以稍密、松散状态为主，在该段进行水下人工挖孔时，桩壁土极易垮塌，桩孔不能按设计要求成形，施工安全不能得到保证。

另一方面，由于卵石土中充填物主要为粉细砂，采取桩内明排，将大量抽走卵砾土中的粉细砂，影响到卵砾石土本身的性质，极大降低桩侧摩阻力，严重时会形成空洞，导致地面塌陷。

第三方面，拟建工程场地紧邻嘉陵江，且位于嘉陵江凹岸，属冲刷岸，抽水试验结果表明，场地砂卵石土渗透性达30m/d。嘉陵江水体与场地内地下水具有直接的水力联系，在丰水期，嘉陵江水将对场地地下水进行直接补给，形成江水倒灌，这无疑会极大地增加降水难度和降水处理造价。

钻(冲)孔灌注桩因其是以机械成孔，噪音大，费用高，设备投入量大，大量的泥浆排放困难。同时因孔底沉渣的存在将较大的影响桩端阻力的发挥。

其优点是可以在有地下水的条件下成孔成桩，不需降水就可以施工；同时，钻(冲)孔灌注桩是一项很成熟的施工工法，施工过程中，只要严格把握施工过程质量控制，特别是水下砼的浇筑，其桩身质量是完全能得到保证的；第三，因其在地面作业，施工安全，隐患较少。

综合上述分析，结合拟建工程场地的工程地质条件及已有的桩基础施工经验，拟建工程不宜采用人工挖孔灌注桩基础方案，适宜的桩基础型式为钻（冲）孔灌注桩。

3.2 地基处理

3.2.1 CFG桩复合地基

为降低基础造价，减少基础施工难度，节省工期，根据本场地工程地质条件及拟建物性质，可采用CFG桩复合地基上的独立基础或筏板基础。

根据拟建工程场地工程地质条件，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）9.2公式估算CFG桩复合地基承载力特征值（fspk）见表2。

3.2.2 CFG桩复合地基施工可能性分析

CFG桩复合地基宜以圆砾或卵石层作为CFG桩的桩端持力层，其加固原理为通过置换、挤密作用对上部软弱土层进行加固，通过对桩端卵砾石土进行强夯，可极大的改善桩端持力层（卵、砾石层）的密实度，进而达到提高持力层地基土承载力的目的。

对干作业取土灌注桩桩底地基土进行孔底深层强夯也是近年来发展的桩基改良技术。是灌注桩的辅助工法，该技术的作用机理主要通过对桩底地基土进行重锤强力夯击，可极大地改善桩端地基土的物理力学性质指标，特别是在夯击同时加入干硬性混凝土，可同时产生“扩底、扩径”效应，相当于在桩端形成扩大头，并加固桩底和桩周一定范围的土体，从而大幅度提高灌注桩的桩侧阻力和桩端阻力，达到增强桩的质量稳定性、减小桩基沉降、增加灌注桩承载力的目的。对于桩端为易挤密夯实的地基土，如砂卵石、粉土等，经实践表明均取得良好成效。该技术因其费用低、在孔底夯击噪音低、振动小、对周围环境影响小、承载力提高幅度大而得到广泛应用。

目前受施工设备的限制，在孔底进行深层强夯，其成孔孔径一般不大于600mm，在南充地区已有的施工案例对Φ600的干作业灌注桩桩底松散～稍密的砂卵石土进行深层强夯处理后，其单桩承载力特征值可达1600kN～2000kN。

CFG 桩复合地基具有如下优点：

①其降水深度仅需达到卵石层顶板，可大大减少降水难度及对周围建筑及地面产生的不良影响；

②其施工工法简单，快速，施工质量可得到足够的保证；

③施工噪音小，产生的渣土少，对环境影响小，施工不扰民；

④地基检测快速，方便；

⑤由于采用低标号砼，同时通过褥垫层的调节作用，充分发挥了原有地基土的承载力，故相对于灌注桩基础而言其造价有较大的节约；

⑥由于单台施工设备简单、造价低，可方便地投入较多的施工设备，可极大地缩短工期。

⑦由于采用褥垫层技术，使建筑物基础与地基脱开，在地震作用下具有很强的减震效应。

结语

对于五星级酒店由于层数较高（52层），荷重较大，前述计算结果表明，天然地基和单一复合地基提供的承载力均不能满足其承载力要求。因此，适宜的基础形式为钻（冲）孔灌注桩。

对于9幢33层住宅楼主楼根据本场地工程地质条件，天然地基承载力不能满足其承载力的要求。从工期、造价、环卫方面考虑可采用CFG桩复合地基加固处理，基础形式采用筏板基础，以经CFG桩复合地基加固处理的地层为基础持力层。其承载力特征值可达600～800kPa。能够满足其承载力的要求。

[1]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[2]JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范[S].