丘陵地带建筑基础设计探讨

付 修 兵

(南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏 南京 210002)

丘陵地带建筑基础设计探讨

付 修 兵

(南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏 南京 210002)

结合具体工程实例，探讨了丘陵地带建筑的基础设计，针对基础持力层变化大、基础同时存在整体抗浮或局部抗浮问题，因地制宜，采用了不同的基础形式，可供南京类似地区基础设计参考。

地基基础，嵌岩扩底桩，筏板基础，锚杆

1 工程概况

项目位于南京市钟山风景区的紫金山东侧丘陵地带，由18栋别墅组成。

01,03,05,07,10,11,15,18栋为A1套型，地下1层，地上2层。04,06,09,13,17栋为A3套型，地下2层，地上2层。02,08,12,14,16栋为B1套型，地下2层，地上2层。各栋别墅均为框架结构。

2 场地概况

根据地勘报告，拟建场地标高在32.18 m～43.98 m之间。原为农田，后经附近工程施工中的挖土或垃圾堆填，现已整平，局部有堆土。钻孔揭露深度内，表层为人工填土层，其下为晚更新世沉积土、基岩。各土层物理力学参数见表1。

表1 土层物理力学参数

根据地勘报告，地下室抗浮设计水位可按整平地面下1.0 m考虑。参照建筑总图，每栋别墅室内外高差约0.5 m，故抗浮设计水位取0.00以下1.5 m。对A3,B1套型别墅，两层地下室深8.5 m，底板厚0.5 m，则地下室底板所受向上水浮力为：10×(8.5+0.5-1.5)-25×0.6=60 kN/m2；对A1套型别墅，1层地下室深4.5 m，底板厚0.4 m，则地下室底板所受向上水浮力为：10×(4.3+0.4-1.5)-25×0.4=22 kN/m2。

通过上部结构传来自重与水浮力比较，对A3,B1套型别墅，除地下室外墙外，其余柱下均需抗浮；对A1套型别墅，除内天井处几个框架柱外，其余柱均不需要抗浮。

3 基础设计

图1～图4给出了有代表性的四栋别墅的工程地质剖面图，从图中可以看出，本项目基础设计比较复杂，主要表现在以下三点：

1)由于项目地处丘陵地带，场地地基存在多样性，为不均匀地基。基础底板的持力层相差较大，如06栋基础底板落在基岩上，01,12栋基础底板落在③层晚更新世沉积土上，而18栋基础底板落在①层填土上。

2)虽每栋别墅基底面积不大，但即使在同一栋别墅下，基础底板持力层也有差异，如06栋基础底板落在⑤-1或⑤-2基岩上。

3)基础在承担上部荷载的同时，还存在整体或局部抗浮问题。

针对每栋别墅基底持力层的差异，结合结构整体抗浮或局部抗浮问题，采用了四种不同的基础类型。

3.1人工挖孔嵌岩扩底桩(抗压+抗拔)

以01,12栋为例，基础底板落在③-2粉质粘土上。最初考虑采用筏板基础+抗浮锚杆的基础形式。但地下室底板所受向上水浮力60 kN/m2，水头压力比较大；锚杆需穿过③-2粉质粘土，锚入⑤-2中风化砂岩，锚杆自由度过长，永久防腐措施要求比较高。此外由于地下水位是随季节不断变化的，锚杆的拉力也随之变化发生，若采用非预应力锚杆则会产生较大的变形，不利于结构稳定。省审图中心的专家也因锚杆③-2土层的防腐耐久性不支持采用此种结构方案。

但如采用人工挖孔嵌岩扩底桩也有以下两个问题：

1)目前对扩底抗拔桩的研究仍不完善，扩底桩的设计、试验资料较少，扩底抗拔桩的理论尚未完善。特别是对于岩石中的扩底抗拔桩的工程资料更少。JGJ 94—2008建筑桩基技术规范虽给出了扩底桩的抗拔承载力计算公式，但主要是针对砂土、黏性土和粉土。

2)从13—13′工程地质剖面图可以看出，J23勘探点基础板底距入⑤-2中风化砂岩只有3 m，J21勘探点基础板底距入⑤-2中风化砂岩有7 m，桩长较短，严格说是挖孔扩底墩。针对这两个问题，咨询了桩基规范的起草人，认为可以采用(JGJ 94—2008)第5.4.6条的公式估算基桩的抗拔承载力，同时需要现场基桩抗拔静载试验进行验证。

12栋采用一柱一桩的基础形式，柱下最大向下轴力标准值(1.0恒+1.0活)1 500 kN，最大向上轴力标准值[1.05×(1.0浮-1.0自重)]900 kN。

以J21勘探点为计算点，桩径0.9 m。桩长只有4.6 m，故基桩抗压、抗拔承载力计算，均不考虑⑤-2以上土层的侧阻力。

按建筑桩基技术规范公式(5.3.9-3)，扩底抗压桩抗压承载力特征值：

Qsa=0.5×ζrfrkAp=

0.5×0.88×17 930×0.25×3.14×0.81=5 016 kN。

按建筑桩基技术规范公式(5.4.6-1)，扩底抗拔桩抗拔承载力特征值：

Tua=0.5×∑λiqsikuili=

0.5×0.9×350×3.14×1.5×1.6=1 186 kN。

在现场，选了3根桩进行单桩竖向抗拔静载试验，编号1号、2号、3号，桩长分别为3.78 m，4.16 m，4.83 m。整个试验按相关规范的有关规定进行，由桩的荷载—位移曲线，3根试验桩在达到其最大加载量时桩顶的位移较小，且其荷载—位移曲线仍呈缓变发展趋势，虽较难准确推断试验桩的极限承载力，但可明确判断3根试验桩的极限抗拔力均大于1 800 kN，满足其设计承载力的要求。

3.2筏板基础(抗压)+岩石锚杆(抗拔)

以06栋为例，基础底板以下为⑤-1强风化砂岩或者⑤-2中风化砂岩，可作为持力层，同时⑤-2中风化砂岩可作为锚杆的锚固段，因此选用筏板基础(抗压)+岩石锚杆(抗拔)的基础形式。

筏板500 mm，局部底板冲切不足的柱下增加下柱墩。

每根锚杆采用1Φ28,HRB400钢筋，孔径100，单根锚杆设计抗拔承载力特征值120 kN，杆体进入⑤-2中风化砂岩的锚固长度不小于3.5 m。锚杆水泥砂浆强度为30 MPa；灌浆前应将锚杆孔清洗干净。采用二次注浆。

锚杆施工完成后，随机选取了3根锚杆进行抗拔试验。锚杆试验采用分级加载，试验的最终加载值为锚杆设计荷载的2倍。试验证明，锚杆承载力均满足设计要求。

3.3筏板基础(抗压)+局部人工挖孔桩(抗拔)

以01栋为例，基础底板以下为③-3粉质粘土，承载力特征值230 kPa，可作为上部结构的持力层。除内天井处几个框架柱外，01栋其余柱均不需要抗浮，只需局部抗浮。

由3.1节分析，局部抗浮不宜选用抗浮锚杆。考虑到01栋地上2层，地下1层，每个柱下竖向荷载较小，基础整体沉降小。局部抗浮选用人工挖孔桩，以⑤-2中风化砂岩为持力层，虽和筏板基础是两种不同的基础形式，持力层也不同，但柱与柱沉降差满足规范要求，是可行的。

筏板400 mm，局部底板冲切不足的柱下增加下柱墩。抗拔承载力特征值600 kN，桩径0.9 m，进入⑤-2不小于1.4 m，没有扩孔。

3.4人工挖孔桩(抗压+抗拔)

以18栋为例，基础底板以下为①层填土，松散，开挖难度大，天然地基不满足设计要求。基底距③-3粉质粘土有10 m，采用地基处理(强夯、高压注浆)造价高，也不合适。故选用人工挖孔桩基础+防水板的基础形式。

桩以⑤-2中风化砂岩为持力层，桩长约15 m。由于填土填龄短未完成固结，设计需考虑可能产生的负摩阻力影响。桩承载力计算时不考虑⑤-2以上土层的侧阻力。

桩抗压承载力特征值1 500 kN，抗拔承载力特征值600 kN，桩径0.9 m，进入⑤-2不小于1.4 m，没有扩孔。防水板厚400 m。

4 结语

在这个项目设计过程中，体会到在复杂的丘陵地带进行基础设计，应仔细分析地质勘查资料，并结合工程的具体特点，因地制宜的采用不同的基础形式，解决基础抗压和抗浮的问题。

在丘陵地带进行基础设计，首要问题是确定基础类型及持力层。采用人工挖孔嵌岩扩底桩、岩石锚杆抗浮时，在依据规范理论计算的同时，应进行现场抗拔试验，做到安全可靠。

[1] GB 50007—2011,建筑地基基础设计规范[S].

[2] JGJ 94—2008,建筑桩基技术规范[S].

[3] 吴剑虹.高层建筑地下室抗浮设计的几个问题[J].广东土木与建筑，2015(3)：62-64.

Discussionofdesignofbuildingfoundationinhillyarea

FuXiubing

(NanjingYangtzeRiverUrbanArchitecturalDesignCo.，Ltd，Nanjing210002，China)

Combined with concrete engineering projects, a design for building foundations in hilly area was discussed. Aiming at the existing problem of great deformation of bearing layer of foundation following overall anti-floating or the local anti-floating in the foundation, different forms of foundations were adopted according to actual conditions. It will provide a reference for the design of foundations in a similar area of Nanjing.

foundation, rock-embedded bottom-enlargement pile, raft-foundation, rock bolts

1009-6825(2017)29-0075-02

2017-08-05

付修兵(1979- )，男，高级工程师

TU475

A