持力层为卵石层或卵石层交强风化岩层时基础工程设计与施工之见

张 春 （安徽新天柱工程规划设计研究院有限公司，安徽 合肥 230001）

安徽南部某市保障性安居工程项目，位于皖南山区地带，设计总建筑面积约12万m2，由14栋11层～22层住宅塔楼及2栋3层商业和单层地下车库组成。

地勘报告反映该场地的地层共分4层和1个亚层，具体构造及相关场地参数如下（自上而下）。

①层：杂填土——灰黄色、杂色，湿～饱和，松散。以砂卵石、耕植土为主，含植物根系，含碎石、卵石、中粗砂以及建筑垃圾等，局部含有大量生活垃圾回填。

①1层：素填土（淤泥）——灰黑色、黑色，流塑状，含腐殖质，具腥臭味。

②层：卵石——灰黄色、褐黄色、杂色，中密～密实状，充填物以中粗砂为主，填充物呈中密～密实状。其母岩为砂岩，颗粒呈圆形～次圆形，颗粒大小以20～40mm为主，粒径最大为60～100mm，重型动探实测击数10～22击，平均值15.4击，重型动探修正击数9.7～18.2击，平均值13.7击。分布于场地内的大部分地段。该层天然地基承载力特征值为fak=320kPa，变形模量E0=25.0MPa。

③层：强风化砂岩）——灰黄夹灰白、褐红、紫红夹深灰色等，颜色杂乱，岩性复杂，由砂岩、泥质粉砂岩等砂质岩组成，大多数干钻易进。含云母碎片，结构已破坏，泥质胶结。该层以强风化岩为主，间夹有未风化完全的中风化岩块。岩石节理裂隙发育。此层为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。标贯实测击数52～72击，平均62.8击。该层层厚0.40～2.60m，场地均有分布。该层天然地基承载力特征值为fak=350kPa，变形模量E0=26.0MPa。

④层：中风化砂岩——深灰色为主，局部为灰黄色和棕红色，颜色杂乱，岩性复杂，由砂岩、泥质粉砂岩等砂质岩组成。含云母、石英、长石等矿物，钻机干钻不进。强度不均匀，结构部分破坏，基本呈块状构造，泥质胶结较好，岩体较破碎，薄～中厚层状，岩石质量指标RQD一般为40

根据地勘资料建筑设计单位对该项目相关基础部分的持力层选择及基础形式选择如下。

a.持力层选择：塔楼部分采用“②层部分③层”为持力层；地下车库部分采用“②层”为持力层。

b.基础形式的选择：塔楼部分为厚度为1100mm的平板式筏板基础，其中电梯井范围及相关集水坑局部加深；地下车库部分采用厚度为400mm的筏板基础，其中在柱下采用局部加厚300mm以满足抗冲切要求。不同厚度的筏板基础其筏板结构顶面标高相同。

实际施工过程中该项目五方责任主体配合的很好，尤其是勘察单位非常配合业主的工作，他们不厌其烦先后会同设计单位经过4次部分5次验槽方满足勘察及设计要求，开始浇筑基础垫层。众所周知正常情况下基槽验收经过1～2次即可满足勘察及设计要求，但是该工程之所以经过4次部分5次验槽才能满足勘察及设计要求，期间一定在某个方面出现了影响工程质量的技术问题。笔者作为该项目的项目负责人，自始至终参加了每一次的验槽工作。为避免重复出现类似场地的情况下出现影响工程质量和工期的类似事件的发生，针对类似地质条件和场地及类似工程项目，谈谈个人在设计和施工方面的见解。

1 现场“卵石土”的实际开挖特点

根据地勘报告的描述，该层土为“中密～密实状，充填物以中粗砂为主，填充物呈中密～密实状。其母岩为砂岩，颗粒呈圆形～次圆形，颗粒大小以20～40mm为主，粒径最大为60～100mm”。实际开挖后发现填充物从粉细砂至粗砂均存在，且部分地区以粉细砂为主，状态部分呈现稍密；卵石最大粒径为200～300mm，与地勘报告略有不符。

目前基坑开挖均采用机械作业，加之本项目卵石粒径较大填充物不均匀等因素，这种岩土在机械作业时对原状土的扰动破坏是非常大的。尤其在卵石层、卵石层和强风化岩（局部中风化岩）层的交界面、强风化岩（局部中风化岩）层同时出现在基础底板底标高上时，机器操作也较困难结果导致“卵石层扰动严重，中风化较难开挖，强风化较难成型”。按要求当机械操作至最后300mm～500mm时应采用人工操作，此时人工操作也非常困难，尤其将扰动卵石从岩层面清除时其进度较缓慢，只有采用人海战术手工操作，况且施工时也不好判断各种土层，很难保证原状卵石层完全不受扰动。由于上述各种岩土交织在一起，即使完全在卵石层当清除上层扰动层时紧邻的下层又被扰动，完全无法像粘土一样清理至原状土，当卵石层和岩石层同时出现在基础底板标高时由于岩面高低不平对岩面上卵石的清理也较困难。最后勘察单位只得同意“采用人工清理的卵石层面可以有扰动”其可以验槽通过。

2 对塔楼部分基础选型及持力层的选择的建议

本工程塔楼部分采用“平板式筏板基础”，应该比较合理。其充分发挥天然地基的承载力，基础造价相对较低。

本工程塔楼部分持力层选择为“②层部分③层”岩土。本人认为不尽合理，首先同一基础选择在不同持力层上本身就不满足规范要求，纵然两层岩土的承载力特征值及压缩模量相差不大，但那是在完全无扰动的未开挖的情况下的勘察报告数据。根据上述“卵石土”的实际开挖特点其和强风化岩相比无论在承载力还是在压缩性能方面还是有较大的区别，况且还有局部中风化岩存在。这样即使强度满足设计要求其沉降量也很难控制，因此发生不均匀沉降的可能较大。众所周知影响基础安全的主要因素正是“不均匀沉降”而强度出问题的基础很少见，因此对不均匀沉降的控制是基础设计的核心；也是一个有经验的结构设计人员所最看重的一点，这方面仅凭书本知识是不够的，要深入现场了解各种土质对沉降的敏感性。同时笔者认为基础的强度及沉降量计算不管采用什么软件电算还是人工计算充其量为估算，其和实际还是有一定误差的，这一点是基础（包含支护）设计区别于上部设计的重点。因此基础（包含支护）设计其工作经验往往比较重要。

笔者认为本工程平板式筏板基础的持力层应统一选择③层强（中）风化岩上；对基础底板标高下面局部②层卵石土予以清除直至③层岩土，其清除厚度为0～700mm，然后采用C15混凝土找平至基础底板底标高，其找平工程量很小，这样一来不仅满足规范要求，也避免了塔楼产生不均匀沉降的风险。同时变繁为简让现场施工人员很容易判断持力层的位置，其验槽工作一次就能完成。

3 对单层地库部分基础选型及持力层的选择的建议

本工程单层地库采用“平板式筏板基础”，笔者认为不尽合理。其纵然可以满足设计要求但基础造价相对较高。众所周知，单层地库较多层裙房地库其面荷载较小，荷载标准值一般为（50～70）kN/m2。因此当地基承载力特征值为100kPa以下时建议考虑筏板基础，当地基承载力特征值为100kPa以上时建议采用“独立基础加防水板”，这样不仅满足基础设计要求同时基础造价也降低了很多。而本工程地基承载力特征值为fak=320kPa，因此建议采用“独立基础加防水板”的设计较为合理。首先结合本工程柱距（5.4×5.4）m2得出柱下独基轴力约为1800kN，这样独基平面尺寸约为（2.4×2.4）m2，厚度700～800mm和目前采用的筏板基础柱下加厚平面尺寸（2.0×2.0）m2及（2.4×2.4）m2厚度700～800mm相当。其次当采用“独立基础加防水板”时结合本工程柱距防水板厚度约为250mm即可，这样较目前采用的筏板基础厚度400mm小了许多。因此本工程采用“独立基础加防水板”设计明显经济合理。

本工程单层地库持力层选择为“②层岩土，超深部分采用砂石垫层其承载力不小于180kPa”。笔者认为选择②层岩土方向是正确的，但超深部分采用承载力较低的砂石垫层，对天然地基承载力为fak=320kPa的卵石层来说明显不合理，显然降低了天然地基的承载力，这样人为的提高了工程造价。分析各种基础的利弊，这种情况较为复杂，应多方案比较并结合基础形式、持力层深度、换填厚度、基础结构标高等影响因素全面综合考虑，因此在选择上存在下列情况。

①“独立基础加防水板，其中防水板和独立基础板顶结构标高一致”见图1。这种情况“独立基础”以②层fak=320kPa的卵石层为独立基础持力层，当独立基础局部超深时采用C15混凝土找平。防水板下面采用回填现场扰动卵石作为软垫层其中面层采用现场砂石找平人工压实即可。

图1

图2

这种方法设计最常用，理论上也没问题。但由于防水板底标高和独立基础底标高一般存在300～1000mm不等的高差，不太适合目前施工所采用的“土方机械开挖”的施工方法，因为在土方开挖阶段很难让技术人员去标出什么地方开挖的平面尺寸及不同的标高，现场一般采用大面积开挖至某一标高后采用人工修整，这样防水板下不需要开挖的土方也被一次性取掉，导致这部分土需要二次回填，增加工程造价。综合考虑各种因素及设计与施工相结合，本工程可以采用此种方法。

图3

图4

②“独立基础加防水板，其中防水板和独立基础板底结构标高一致”见图2。这种情况“独立基础”以②层fak=320kPa的卵石层为独立基础持力层，当独立基础局部超深时采用C15混凝土找平。防水板下100～150mm厚采用现场砂石找平作为软垫层采用人工压实即可。

这种方法设计采用的不太多，但理论上没问题，可以满足设计要求。这种方法最大的好处是独立基础和防水板底标高一致，非常适合目前施工所采用的“土方机械开挖”的施工方法，土方开挖时只需要让技术人员给出一个土方开挖统一标高即可，现场土方施工非常方便，不会导致土方二次回填的问题。同时独立基础和防水板顶面的高差也可采用建筑做法（回填土）找平，这样不仅方便集水坑和排水沟（不需要结构留坑）的设置，同时由于地库部分均采用框架结构其柱距一般在6m～9m，因此回填土完全可以采用机械作业，不会像剪力墙结构那样采用人工回填采用人工作业，其工作效率不会降低。综合考虑各种因素及设计与施工相结合，本工程推荐采用此种方法。

③“不同厚度的整体筏板基础，其中不同厚度的筏板板顶结构标高一致”见图3。以②层fak=320kPa的卵石层为基础持力层，当厚筏板基础局部超深时采用C15混凝土找平。薄筏板下面采用：a.C15混凝土找平；b.fak明显低于320kPa的砂石等材料找平。

这种方法设计较常用，理论上也没问题，但也需要二次回填。由于采用筏板基础，因此需要不同厚度的筏板其持力层承载力应相同，这样便存在以下两种情况：a.C15混凝土找平，虽然可以以②层fak=320kPa的卵石层为基础持力层，但大面积C15混凝土回填成本较高；b.以fak明显低于320kPa的砂石等材料找平，本工程取fak=180kPa的砂石材料，这样降低了天然地基的承载力，没有充分发挥地基土的作用，人为的造成工程成本增加。本工程正是采用此方法的“b”种情况。综合考虑各种因素及设计与施工相结合，本工程不建议采用此种方法。

④“不同厚度的整体筏板基础，其中不同厚度的筏板板底结构标高一致”见图4。以②层fak=320kPa的卵石层为基础持力层，当基础局部超深时采用C15混凝土找平。

这种方法设计采用的不太多，但理论上没问题，可以满足设计要求。这种方法最大的好处是充分发挥天然地基承载力的优点，基础设计较经济，尤其适合荷载较大的带多层裙房的地下室基础。同时不同厚度的筏板底标高一致，也适合目前施工所采用的“土方机械开挖”的施工方法，土方开挖时只需要让技术人员给出一个土方开挖统一标高即可，现场土方施工非常方便，不会导致土方二次回填的问题。同时筏板顶面的高差也可采用建筑做法（回填土）找平，这样不仅方便集水坑和排水沟（不需要结构留坑）的设置，同时由于地库部分均采用框架结构其柱距一般在6m～9m，因此回填土完全可以采用机械作业，不会像剪力墙结构那样采用人工回填采用人工作业，其工作效率不会降低。综合考虑各种因素本方法比较适合多层裙房及多层地库情况下的面荷载较大的基础形式。

4 对于类似这种底板不同厚度基础施工的建议

众所周知高层塔楼基础和多层裙房基础，以及裙房柱下基础范围和非柱下基础其底板设计厚度一般存在高差，其高差一般在300mm～1300mm不等甚至更大。目前施工图设计大多采用“不同厚度的底板结构顶面标高一致”的方法，这样势必造成持力层顶面标高不一致。

由于土方施工单位开始施工时总包单位甚至桩基单位还没进场或刚刚进场，况且土方一般属于单项分包，很难听取总包单位意见，再者为了土方施工方便一般土方施工单位都统一取至一个标高，这样势必为后期总包施工带来一定的麻烦，由于增加二次回填找平的工程量其成本也增加不少。为此业主尤其是总包单位应提前介入，针对不同土质明确开挖范围及标高，最好根据场地地质情况在设计阶段参与。对不同土质明确开挖范围及深度，笔者认为：①当持力层为粘土或粉质粘土以及砂土时，可按图示不同范围的基础底板标高确定不同范围的土质标高来开挖，这样避免发生二次回填找平的工作，明显降低基础工程造价，特别是高差相差较大或持力层承载力较高时，对成本的影响更大；②当持力层为圆砾或角砾等碎石土特别是其密实度呈现松散至中密状态下，其持力层承载力不大且基础高差相差也不大时时，为土方施工方便可以考虑整体开挖至某一标高；③其它情况下仍然建议分范围分标高开挖，但此时一定要采取技术措施保证边缘原状土不被人为的扰动。

图5 开挖后的持力层卵石土

图6 压实后的持力层卵石土

图7 易扰动部位的持力层卵石土

就本工程基础持力层为卵石层而言，由于前期采用大面积开挖，且设计采用“不同厚度的整体筏板基础，其中不同厚度的筏板板顶结构标高一致”再加上各种井、坑、沟等势必需要超深开挖，因此对于这种卵石层土的施工应注意以下几点：①大面积回填应控制砂石层的含水率及有机质含量，目的是在分层压实过程中避免出现橡皮土；②注意砂石层在厚度发生变化的地方，当不便采用机械压实时应采用局部人工压实；③二次人工开挖的柱墩应尽量避免对压实土的扰动，必要时应采用局部人工压实；④基坑降水过程中应避免细颗粒填充物流失；⑤基坑支护时增加护坡底部800mm范围内排水管的数量，依据地下水量增加2～3倍，同时排水管在护壁内端严格按照支护施工图要求做好滤水层施工必要时增加钢丝球作为滤水层。