浅论贵州省桐梓县城区高层建筑的基础方案

滕 云

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局三总队/ 贵州有色地质遵义勘测院，贵州 遵义 563000）

贵州省是碳酸盐岩的主要分布区，区内以碳酸盐岩主，上覆主要为第四系红粘土层。由于红粘土层厚度小，且地下水埋藏较深，故高层建筑基础形式一般采用大直径嵌岩桩（人工挖孔或机械成孔混凝土灌注桩）或独立基础形式；而桐梓县城区地质条件较特殊：桐梓县地处黔川南北向构造带与东北向构造带交接复合部，总趋势是东高西低，南高北低，为黔北中山峡谷区。桐梓县城四面环山，为山间河谷阶地地貌，地势平坦，第四系土层为冲积、洪积形成厚达几十米的粘土（夹沙）、砾砂、卵石层，其下为二叠系龙潭组（P2l）炭质页岩夹粘土岩煤层，局部夹泥质石灰岩，且地下水埋藏较浅，在地面下1.5 米左右，县城区高楼越来越多，采用常规大直径嵌岩桩施工难度大、工期长、造价高，故根据我院在该区某项目采用的桩筏基础（PHC 桩）及PHC 单桩或多桩（承台）基础方案成功实施案例，浅论该区高层建筑的基础方案，与大家共同探讨。

1 某项目工程概况

桐梓县某房地产开发有限公司拟在桐梓县城区某地块修建多栋高层建筑，拟建筑物几何形状平面上为矩形，呈北西—南东向展布，拟建筑物最多层数为33F/-1F，高99.6 m，剪力墙结构，±0.00 标高为926.20 m，负1F 底标高为921.70 m，单柱荷载最大约30000 kN/柱、最大面荷载400 kN/m2。

2 场地岩土结构及其特征

根据该项目勘察报告，在钻探揭露深度范围内，场地地层按其成因自上而下分为粘土层（可塑状）、圆砾（碎石土）、粘土层（软塑状）及下伏中风化炭质页岩、石灰岩等四部分组成，其性质、特征分述如下：①粘土层（Q4al）：黄至灰黄色，切面光滑、细腻，呈可塑状，稍有光泽，局部夹有极少量灰岩碎石，分布于整个拟建场地，厚度分布不均，厚度在4.0～13.4 m 之间，一般厚度为8.57 m。②圆砾层（Q4al+pl）：粒径大于2 mm 颗粒占总质量的64.95%，砾石母岩以泥质石灰岩为主、砂岩次之，颗粒形状以圆形及亚圆形为主，结构稍密，压缩性一般，级配不均，分选性较差，分布于整个拟建场地，厚度分布不均，厚度在7.3～14.1 m 之间，一般厚度为9.00m，主要分布深度在9.0～15.0 m 之间。③粘土层（Q4al）：灰白色，呈软塑状，稍有光泽，碎块状结构，广泛分布于拟建场地圆砾层之下，厚度分布不均，厚度在0.0～17.9 m之间，一般厚度为8.46m。④二叠系龙潭组（P3l）炭质页岩：深灰至灰黑色炭质页岩，局部见薄层状泥质石灰岩，岩质呈中风化，岩芯呈块状，短柱状，含较多砂砾状，岩芯采取率为66%～75%，根据《贵州建筑岩土工程技术规范》（DB22/46-2004）表6.3.1-2 岩体完整程度划分为破碎；根据岩石天然单轴抗压强度试验为3.36～4.13MPa 之间，统计标准值为3.685MPa，根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009 年版）3.2.2-1，岩石坚硬程度划分为极软岩；再根据表3.2.2-3 条，场地炭质页岩岩体基本质量等级划分为Ⅴ级。⑤二叠系龙潭组（P3l）灰岩：呈中风化，浅灰色，中厚层状，岩石中局部含有方解石团块，岩芯呈短柱状、柱状，含碎块状，岩芯采取率为68%～83%，根据《贵州建筑岩土工程技术规范》DB22/46-2004 表6.3.1-2，岩体划分为较破碎；场地中风化石灰岩饱和单轴抗压强度标准值为34.37MPa，根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001 （2009 年版）3.2.2-1，岩石坚硬程度划分为较硬岩；根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009 年版）3.2.2-3 条，场地石灰岩岩体基本质量等级划分为Ⅳ级。

地下水埋深在地面0.50～4.80 m（地面标高起算）以下，地下水位标高在921.00 m 左右，本场地地下水为湿润区强透水层中地下水，环境类别为Ⅱ类。本场地地下水对混凝土及钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性；本场地土对混凝土及钢筋混凝土中的钢筋具微腐蚀性。

3 岩土层物理力学指标

据项目勘察报告，各岩土层物理力学指标取值如下：可塑状粘土fak=147 kPa、C=27 kPa、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006 年版）。φ=11.5°、γ=17.8 kN/m3，极限侧阻力标准值qsik=60 kPa（混凝土预制桩），Es=5.0 MPa；圆砾层取极限侧阻力标准值qsik=160 kPa，桩极限端阻力标准值qpk=8000 kPa，变形模量E0=32 MPa；软塑状粘土fak=90 kPa、C=18 kPa、φ=8°、γ=17.7 kN/m3，极限侧阻力标准值qsik=45 kPa（混凝土预制桩），Es=3.1 MPa；取炭质页岩天然单轴抗压强度标准值frk=3.6 MPa、极限侧阻力标准值qsik=160 kPa，桩极限端阻力标准值qpk=6000 kPa，泊松比u50=0.333，弹性模量E50=0.67×104 MPa；建议取中风化石灰岩饱和单轴抗压强度标准值frk=34 MPa，中风化石灰岩岩石地基承载力特征值fa=4000 kPa。

4 地基基础持力层分析与基础方案确定

4.1 持力层的选择

（1）土层

①可塑粘土（Q4 al）：广泛分布于拟建场地表层，厚度分布不均，厚度在4.0～13.4 m，一般厚度为8.57 m。地下水埋藏较浅，承载力值校对较低fak=147 kPa，而拟建物上部荷载很大，故不能以可塑状粘土作拟建筑物的基础持力层采用筏板基础。②圆砾层（Q4al+pl）：结构稍密，压缩性一般，级配不均，分选性较差，分布于整个拟建场地，厚度分布不均，厚度在0.7～14.1 m，一般厚度为6.02 m，主要分布深度在9.0～15.0 m。根据现场对圆砾层作圆锥动力触探试验，圆砾层承载力值相对较低且整个拟建场地分布不均匀，而拟建物上部荷载较大，故不能以圆砾层作拟建筑物的基础持力层。③软塑粘土（Q4 al）：灰白色，呈软塑状，稍有光泽，碎块状结构，广泛分布于拟建场地圆砾层之下，厚度分布不均，厚度在0.0～17.9 m，一般厚度为8.46 m。软塑状粘土普遍埋藏较深，且压缩性较高，承载力值低，不能作拟建物基础持力层。

（2）岩体

①二叠系龙潭组炭质页岩（P3l）：拟建场地局部有分布，力学强度相对较高，埋藏较深，大部分埋藏深度在25 m 以下，可作为拟建物桩基可靠基础持力层；②二叠系龙潭组灰岩（P3l）：广泛分布于整个拟建场地，力学强度高，岩溶微发育，埋藏较深，大部分埋藏深度在25 m 以下，可作为拟建物桩基可靠基础持力层。

4.2 基础方案建议

根据上述对场地持力层的分析，结合拟建物荷载情况及结构关系，我单位（勘察单位）反复与建设单位、设计单位沟通，最终确定以中风化石灰岩及炭质页岩作拟建物基础持力层，高层建筑采用桩筏基础方案，裙楼、多层商业及地下车库等采用单桩或多桩（承台）基础方案。由于场地地下水埋藏较浅，上部土层厚度较厚，采用高强度混凝土预制桩（PHC 桩）。拟建场地基岩出露为灰岩及少量炭质页岩，因两种岩性抗压强度及力学性质相差较大，基础设计中充分考虑炭质页岩与灰岩产生的不均匀沉降对地基基础的影响。

5 设计基础方案及试桩

5.1 设计基础方案

该项目基础设计等级为甲级，采用打入式预应力高强度混凝土管桩（PHC）基础，桩径为φ500，高层建筑按间距2.5 米布桩（见下图），采用桩筏基础；裙楼、多层商业及地下车库采用单桩或多桩（承台）基础方案。桩端持力层为中风化石灰岩及炭质页岩，桩极限端阻力标准值qpk=6000 kPa，单桩极限承载力特征值为1500 kN。

图1 高层桩基础平面布置图

5.2 试桩

在拟建物基础持力层在基础正式施工前，施工单位按要求作3 根试桩，打入高强度混凝土预制桩（PHC桩）作载荷试验，单桩极限承载力特征值为1500 kN 以上，故按设计方案进行基础施工。

5.3 方案对比

桐梓县城区土层为冲积、洪积形成厚达几十米的粘土（夹沙）、砾砂、卵石层，且地下水埋藏较浅，故高层建筑基础型式长久以来均采用机械成孔泥浆护壁钻孔灌注桩，施工式期长，易塌孔需反复成孔，施工安全隐患大，泥浆量大不易处理，且场地地表有泥浆，施工场地脏、乱、差。而采用采以采用打入式预应力高强度混凝土管桩（PHC）基础，大大缩短基础施工工期，无施工安全隐患，场地整洁，符合当前安全文明施工理念。

6 结 语

由于贵州（桐梓）地区以前极少采用高强度混凝土预制桩（PHC 桩）的基础方案，故参建单位都非常重视。该高强度混凝土预制桩（PHC 桩）施工快，大大缩短了基础施工工期（该项目比常规的机械成孔混凝土灌注桩计划快约4 个月），质量能保证，施工安全，后期沉降变形观测变形量完全在控制范围之内。现项目已竣工，业主已入住。故该项目采用的桩筏基础（PHC 桩）及PHC 单桩或多桩（承台）基础方案成功实施案例，目前已被桐梓县城区多个项目的基础方案采用。