某高层住宅小区的基础设计

贺国华

（山西中方森特建筑工程设计研究院，山西太原 030020）

0 引言

近些年，随着建设行业的步伐加快，适宜或不适宜建造高层建筑的位置均建造了大量的高层建筑。受场地条件限制，城市市区内，许多位置不适宜建造高层建筑，为将利益最大化，如场地土质较差，会使用人工地基，增加承载力，从而满足设计高层建筑的需求。基础作为地基和上部结构的中间部位，承受着承上启下的作用。若天然地基较差，使用桩基+筏基的方式可承受较大的竖向荷载，实现高层建筑的建设；若天然地基较好，也可单独使用筏板基础承受竖向荷载。因此在进行基础设计时，应因地制宜的使用基础型式。而当前设计领域中，但凡是高层建筑，往往均使用桩筏基，造成一定的资源浪费和经济损失。因此在高层建筑基础设计时，结构设计人员应根据岩土工程勘察报告进行验算，选择合适的基础型式。本文即根据某工程实例的基础选型展开分析，最终选择较为理想的基础型式[1-7]。

1 工程概况

某高层住宅楼，建筑总高约为90m，为地下三层、地上三十层的钢筋混凝土剪力墙结构，建筑设计使用年限为50 年，结构安全等级二级。该地区基本设计风压0.3kN/m2，雪压0.1kN/m2；设防烈度为Ⅶ度，地震加速度值0.1g；第三组设防类别为（丙）类，场地类别为Ⅱ类。

2 地质情况及基础方案

2.1 地质情况

岩土工程勘察后得出预应力管桩、钻孔灌注桩和人工挖孔桩三类不同桩的极限端阻力标准值和极限侧阻力标准值。根据该工程的地质剖面图和勘探孔柱状图，岩土层从下到上依次为：中风化泥岩、强风化泥岩、全风化泥岩、含卵石粉质黏土、粉质黏土、素（杂）填土，拟将地基承载力特征值为300kPa 的强风化泥岩层作为基础持力层，中风化泥岩层的天然单轴抗压强度为5.5MPa，基床系数65MN/m3。本工程地下室相对标高-16.7m，+0.000 标高525.6m，预计筏板基础厚度1.5m，筏板基础底面相对标高-18.2m。岩土工程勘察报告显示，基础大部分位于强风化泥岩层，少部分可以深入到全风化岩土层和含卵石粉质黏土层；若基础重心所在的强风化泥岩层的承载力达到设计值，部分黏土层经过换填方式处理后，则该工程地基的承载力可以符合标准。

2.2 基础设计方案

经对本工程的地勘报告进行研究分析，认为基坑较深，若地基基础采用人工挖孔灌注桩的形式则会带来较大的安全问题，因此该方式被排除，并提出四种基础方案建设本工程主体结构。

方案1：筏板基础与大直径刚性桩复合地基结合。

方案2：筏板基础与高强度预应力管桩地基结合。

方案3：筏板基础与天然地基结合。

参照该工程地质勘探报告，根据岩土工程勘察报告数据，分别采用上述四种方案对其中一个建筑单元进行设计。

（1）方案1：地基采用大直径刚性桩是以强风化—中风化泥岩层为持力层，按照间距为3.0m 的三角形方式排列。刚性桩浇筑采用C20 素混凝土，桩直径1.0m 桩长至少5.0m，进入持力层至少4.0m。经过处理后地基承载力至少为600kPa，压缩模量至少为22MPa；筏板混凝土设计强度等级为C40，厚度为1.5m，双层双向配φ22@160。

（2）方案2：高强度预应力管桩，直径500mm，桩中心间距2.2m×2.2m，桩的长度约为12.0m，持力层位于中强风化泥岩层，桩端进入持力层至少为11.0m，单桩纵向承载力为2000kN；筏板采用C40 混凝土，厚度约1.1m，双层双向配φ20@190。

（3）方案3：本工程若采用天然地基，参考地勘报告并经计算，强风化泥岩层的地基承载力特征值可以达到300kPa，经过深度修正处理后地基承载力满足规范要求。筏板混凝土设计强度等级为C40，厚度为1.5m，双层双向配φ22@160。

2.3 方案优选

从施工勘察、工程难度、工期、造价和优缺点等几个方面对比以上三种基础方案，专家对每个方案进行赋值打分，得出方案选择顺序，方案3 为最优方案，其次是方案1，最后是2。

3 地基承载力修正和应对方法

3.1 地基承载力修正

根据《建筑基础设计规范（GB 50007—2011）》第5.2.3 条规定，当基础的宽度超过3m 或者埋深超过0.5m 时，且经载荷试验或其他经验值、原位测试得到的地基承载力特征值，应按以下公式进行修正：

式中：d-基础埋置深度，m，原则上以室外地面标高为基准。实际取值有不同算法。若建筑地基位于填方整平区域，从整平地面标高测算基础埋深；应先进行上部结构施工再填土的区域，基础埋深测算起点应是天然地面标高。采用筏基或箱形基础的地下室，埋深测算应以室外地面标高为基准；采用条形或独立基础的地下室，埋深测算应以室内地面标高为基准。根据上述规范，本工程的基础埋置深度应从室外地面标高算起；但是中庭纯地下室位于主体结构内侧，其地基为抗水板+独立基础，按《建筑基础设计规范（GB 50007—2011）》理解，应以地下室室内地面标高为基准测算埋深。

《北京地区建筑基础勘察设计规范（DBJ11-501—2009）》第7.3.8 条规定，若高层建筑采用筏形基础，确定其埋深时应考虑到纯地下室或外围裙房会削弱建筑的基础侧限，应根据纯地下室或裙房与主楼基础宽度之比，将纯地下室或裙房的平均荷载折算为土层厚度作为基础埋深。根据以上规定，本工程为纯地下室，抗水板厚度为500mm，基础属于整体式筏板基础，因此采用以下方法修正地基承载力：

方法1：以室外地面为基准计算基础埋深d，计算在最不利条件下，d=12.0m；得出地基承载力特征值fa=631.2kPa。

方法2：按上述规范进行加权平均计算其埋深，纯地下室配重计算得到d1=3.0m，塔楼外侧d2=12.0m，则d=（3.0+12.0）/2=7.5m；则地基承载力特征值fa=501.6kPa。

修正公式中fak=300kPa；ηd=1.6；γm=18kN/m3；宽度修正不予计算。根据上述两种方法，按照方法1 计算该楼筏板基础合格；而方法2 计算结果不合格。

3.2 应对方法

按照3.1 中公式（1）对筏板基础地基承载力的修正计算结果符合国家相关规范，但根据本工程实际情况，运用两种方法进行承载力修正计算，采用方法2 计算而得到的部分地基承载力不合格。因此为了检验筏板基础承载力的深度修正是否适用设计规范，可以通过平板载荷试验的方法测算地基承载力，该方法需要在基坑开挖后，再选择适当位置进行试验。为了不耽误工期，可以预先按照基础方案1 进行施工，采用筏板基础与大直径刚性桩复合地基结合进行预设计，作为主方案，一旦平板载荷试验测算结果不满足要求，则按相应的地基处理方案进行部分或全部处理，并根据平板载荷试验测算承载力范围采用下列方法进行处理：

（1）当小于300kPa，则不满足要求的部位均需要进行处理；

（2）当结果在400kPa 左右（如390～450kPa），则部分区域需要进行处理；

（3）当结果在500kPa 左右，则无须处理。

4 平板载荷试验

4.1 试验方法

平板载荷试验应及时在基坑开挖至设计标高后进行。在基础底面标高处进行布置试验，试验反力由平台堆载法提供，选择面积大于0.5m2的平面，预估极限承载力为1200kPa，试验使用液压千斤顶，分10 级逐级加载。每级荷载加载后，间隔一段时间再读取一次沉降量，间隔时间为10min、10min、10min、15min、15min，以后每级加载后间隔30min 测读一次沉降量。当在连续2h 内，沉降量速率低于0.1mm/h，可以记录结果并进行下一级荷载试验。当出现以下任意情况时可终止试验：

（1）试验承压板周围岩土侧向挤出；

（2）沉降s 急骤增大，荷载-沉降（P-s）曲线出现陡降段；

（3）试验中出现沉降速率在24h 内一直变化无法达到稳定标准；

（4）沉降量与承压板直径或宽度之比不低于0.06。

4.2 试验结果

根据浅层平板试验结果，该楼天然地基试验标高处的地基承载力特征值为466kPa，符合本文3.2 节要求，地基承载力深度修正按最不利方法（方法2）计算，均能满足要求。

5 结论

本文结合工程实例，对工程现场实际的地质勘探进行分析，得出四种基础方案，并对四种方案从施工勘察、工程难度、工期、造价和优缺点方面进行分析论证确定优选方案。依据相关建筑规范，结合工程实际情况对地基承载力分析计算、修正处理，最终确定满足工程需求的基础施工方案。本文对于建筑基础施工领域基础承载力修正、方案制定等具有一定的指导意义。