大坦沙岛沉积岩力学特征及高层建筑桩基础选型探讨

李亚军 颜秋实

（1.广东省佛山地质局，广东 佛山 528000；2.江门市正峰地质矿业有限公司，广东 江门 529000）

1 工程实例

1.1 工程概况

本文以大坦沙岛更新改造项目AL0201024地块为工程实例，拟建工程项目位于广州市荔湾区大坦沙岛河沙工业区，拟建工程项目包括7栋高层住宅楼及1座3层幼儿园和附属设施等，最大建筑高度为100 m，设有3层地下室。

1.2 工程地质简况

在钻探深度范围内本场地地基岩土层按成因可划分为人工填土、第四系冲淤积层、第四系风化残积层及白垩纪早白垩世大塱山组风化基岩共4个成因层。场地地基土主要由人工填土、粉土、粉质黏土、淤泥质土、粉砂、粗砂、砾砂组成；地基岩石岩性主要由泥质粉砂岩、含钙质泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、钙质砂岩、钙质泥岩、灰质砾岩、泥灰岩等组成，据基岩风化程度强弱，将其分成强风化岩带、中风化岩及微风化岩共3个风化岩带。

2 中、微风化岩岩石力学特征分析

2.1 中风化岩带

中风化岩岩石单轴抗压强度统计如表1所示。

表1 中风化岩岩石单轴抗压强度统计 单位：MPa

本项目揭示中风化岩层厚0.60～16.00 m，平均揭示厚度大于4.19 m，顶板埋深15.80～41.70 m，平均埋深24.40 m，顶板高程-34.79～-8.60 m，平均-17.36 m，岩面深浅起伏变化大。岩石由灰色、青灰及浅灰褐色钙质砂岩、灰质砾岩及灰红～红棕色钙质泥质粉砂岩、泥质粉砂岩组成，厚层状，砾质、砂质或泥质粉砂结构。中风化泥质砂岩、泥岩、砂质泥岩的岩石坚硬程度属极软～软岩类，岩体完整程度属破碎，岩体基本质量等级属Ⅴ类；中风化钙质砂岩、灰质砾岩的岩石坚硬程度属软岩类，岩体完整程度属破碎，岩体基本质量等级属Ⅴ类。

2.2 微风化岩带

微风化岩岩石单轴抗压强度统计如表2所示。

表2 微风化岩岩石单轴抗压强度统计 单位：MPa

本项目揭示微风化岩厚度2.40～18.00 m，平均揭示厚度大于7.57 m，顶板埋深15.20～43.50 m，平均埋深25.73 m，顶板高程-36.59～-8.03 m，平均-18.68 m，岩面起伏大。岩性由青灰色、灰红、红棕色的钙质泥质粉砂岩、泥质粉砂岩及灰色、灰红及灰白色的钙质砂岩、钙质泥岩、灰质砾岩、泥灰岩等组成。微风化钙质泥质粉砂岩、泥质粉砂岩的岩石坚硬程度属软岩～较软岩类，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ类；微风化钙质砂岩、钙质泥岩、泥灰岩、灰质砾岩的岩石坚硬程度总体属较软岩类，岩体完整程度属较完整，岩体基本质量等级总体属Ⅲ类。

3 高层建筑物桩基础方案建议

高层建筑重心高，容易受到大而集中的竖向荷载以及能使建筑产生巨大倾覆力矩的水平荷载（风荷载、地震水平荷载）的作用，威胁到建筑物安全，因此高层建筑基础的选择尤为重要，尤其是对地基基础承载力、稳定性和沉降量的分析至关重要[1]。

3.1 预应力管桩

采用桩径Ф500～600 mm，以强风化岩下部或中、微风化岩顶面作桩端持力层，具体桩长根据设计的最终贯入度或最终静压荷载要求确定，可参照附近钻孔资料。根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31—2016）的相关规定，岩溶地区的桩基不宜采用直接支承于岩面的预制桩，只能采用预制桩时，宜采用静压桩。对于溶沟、溶槽发育的地段，预制桩宜适当降低承载力。

3.2 桩筏基础

对于高层建筑，若采用预应力管桩基础承载力不满足要求时，建议采用预制桩桩+筏板基础，桩基持力层选择强风化岩下部或中、微风化岩顶面，单桩承载力应适当降低。筏板厚度由设计依据建筑荷载而定，根据基坑开挖深度，局部筏板底板坐落于上部填土或淤泥质土中，上述土层不能直接作为筏板基础持力层，应进行复合地基处理。

3.3 冲孔或旋挖灌注桩

对于高层建筑，若采用桩筏基础，施工难度较大，效费比可能较其他类型基础高，且部分复合地基需进行承载力及变形模量检测。为此，建议采用嵌岩桩基础，以稳定的微风化岩作为桩基础持力层，建议桩径采用Ф800～1 500 mm，桩长一般结合超前钻资料确定。按相关规范要求嵌岩，桩径、桩长应足以满足设计单桩竖向承载力的要求，建议充分利用强、中风化岩的桩侧摩阻力，选用下部完整微风化岩作为桩端持力层，嵌岩深度按规范要求，确保工程质量[2]。

3.4 高强刚性桩复合地基

地基基础由旋挖灌注桩+桩间搅拌桩+砂桩组成。旋挖灌注桩直径建议采用Ф1 000 mm，复合地基承载力特征值建议≥450 kPa，以稳定的微风化岩作为持力层，桩最低点（全断面）入岩深度≥0.5 m，单桩竖向承载力特征值由设计单位根据静载试验确定。

筏板底部桩间土采用Ф500 mm水泥搅拌砂桩进行处理（先施工砂桩后再在原位施工搅拌桩），以粉质黏土层或残积土、强风化岩等硬土层为持力层，局部亦可采用单管旋喷桩+搅拌桩进行处理，但要求必须要穿过淤泥层及砂层进入硬土层。基础筏板厚度和复合地基中褥垫层厚度由设计单位计算后确定。

4 单桩承载力估算及成桩不利因素分析

4.1 单桩承载力估算

预应力管桩单桩竖向承载力特征值可按省标《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31—2016）的公式进行估算：

嵌岩灌注桩单桩竖向承载力特征值可按省标《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31—2016）的公式进行估算：

岩石单轴抗压强度Ra及C1、C2取值建议如表3所示。

表3 岩石单轴抗压强度Ra及C1、C2取值建议

4.2 成桩不利因素分析

（1）预应力管桩需要考虑人工填土层中含碎砖、碎石块的不利影响，必要时应以导引孔施工。此外还需要考虑淤泥质土的滑移、蠕变或软土层负摩阻力对桩的影响，以免造成桩的倾斜或断桩或桩基隆起的现象[3]。

（2）冲孔、旋挖灌注桩施工中应采取套管护壁，采用合适的泥浆浓度，确保填土层、砂层分布区、溶洞分布区桩孔壁不垮塌，确保淤泥质土分布区桩孔壁不缩径，以免导致成桩困难。

（3）水泥搅拌桩需要考虑人工填土层局部地段含碎砖、碎石块的不利影响，注意控制搅拌速度、下钻速度及提钻速度、水泥掺量的变化、有机质含量高低的影响。

5 结语

（1）大坦沙岛场地下伏基岩主要由白垩纪早白垩世大塱山组的泥质粉砂岩、钙质砂岩、钙质泥岩、泥灰岩、灰质砾岩等组成，钙质岩类中钙质成分的可溶性物质较多，灰质砾岩中的砾石成分以灰岩为主。通过分析，大坦沙岛的复杂地质环境特征是沉积岩岩石强度及软化系数等力学特性异常的主要原因。

（2）结合大坦沙岛的地质情况，考虑高层建筑“重心高、竖向荷载集中、水平荷载作用大”等特点，大坦沙岛高层建筑桩基础选型一般采用预应力管桩基础、桩筏基础、冲孔或旋挖灌注桩基础、高强刚性桩复合地基基础等施工方案。