某复杂地质条件下地基基础选型与经济性分析与设计

某复杂地质条件下地基基础选型与经济性分析与设计
摘要：建筑物基础的方案设计，应综合分析该地区该场地的整体情况而后选定合理经济的地基基础方案。

笔者以某项目地基基础设计为例，分析地基基础在不同情况的合理使用。

关键词：地质条件;地基基础;持力层;地基选型;桩基;筏板
中图分类号： tu47 文献标识码： a 文章编号：
建筑物地基基础的方案设计阶段，人们常规选择为天然地基，复合地基，复合桩基础，桩基础。

在比较均匀的场地内，按上述方法选择没有问题，在复杂场地内，如同一场地内，有的楼座的钻孔内揭露出有机质土或淤泥质土等不宜直接做为基础持力的土层，有的楼座下这些土层不存在，这时就不宜简单按单个楼座的钻孔揭露土层情况单独处理，而应综合分析该地区该场地的整体情况而后选定合理经济的地基基础方案。

笔者以呼和浩特地区怡景萃华林项目地基基础设计为例，从岩土工程报告分析，地基基础的选型，单桩竖向承载力特征值ra的确定，不同地基基础方案间的经济指标，分析了各种地基基础在不同情况的合理使用。

1、工程概况
怡景萃华林项目位于呼和浩特玉泉区范家营村、南二环路北侧，拟建建筑物26栋，地上总建筑面积为24万平米，功能为商业、会所、办公、中高档住宅区，场地内满堂地下车库，层数为地上3层至24层，均设有地下室，与地下车库连通。

商业办公为框架剪力
墙结构，会所为框架结构，中高档住宅为剪力墙结构，地下车库为框架结构。

2、地质概况[1]
怡景萃华林项目场地地形较为平坦，地面绝对标高在1037.33—1038.66m之间，地貌上属于大青山前倾斜平原与大黑河冲湖积平原的交汇地带，本场地在45.30m范围内，全部由第四纪全新世
（q3-4al+l）—上更新世（q21）形成的冲湖积层组成。

根据场地钻孔揭露岩土情况，地层自上而下为：①、粉土层，稍密—中密，含植物根系，层厚0.6—3.6m。

②、粉细砂层，灰黑色、灰褐色、褐黄色，稍密—中密，分布连续，层厚0.4—7.0m。

该层局部来粉土及粉质粘土薄层，顶板有分布不连续的粉质粘土层和厚层淤泥质砂土，分别为②1、②2亚层。

②1、粉质粘土，灰黑色、灰褐色、褐黄色，稍湿，可塑，层厚0.4—6.0m，分布不连续。

②2、淤泥质土，灰黑色、灰褐色、褐黄色，松散，稍湿—湿，该层含有机质,具嗅味，分布不连续,只在局部钻孔出露,出露最大厚度为5.5m。

③、粉细砂层，饱和，稍密—中密，分布连续，层厚0.5—10.0m。

④、粉质粘土，可塑，分布不连续，层厚0.5—6.0m。

⑤、砾砂层，饱和，中密—密实，层厚0.8—12.6m。

⑥、圆砾层，饱和，中密—密实，分布连续，最大厚度13.6m。

⑦、粉质粘土-粘土层，饱和，可塑，该层未被揭穿，揭露最大厚度为23.2m。

场地稳定水位—
4.00m(1034.00)左右,年变化副度1.5—2.0m，地下水补给主要靠小黑河侧向径流、大气降水及灌溉入渗补给，对砼结构无腐蚀性，对
钢结构存在弱腐蚀性。

在部分钻孔内存在中等液化。

下表为各岩土层参数。

3、地基选型分析
在呼和浩特地区，该区域早期有分布不均的养鱼塘，芦苇塘，在该片区域内已建成建筑采用的地基基础形式有：天然地基，换土垫层地基，复合地基，桩基础。

地基基础的方案要根据上部结构与地质情况来选定。

选定合适的地基基础不仅是工程安全的基本保证,而且可以大副降低工程的总造价。

就本项目来说，如果机械的按照岩土工程报告的单体项目分析，在未出露②2淤泥质砂土的高层建筑楼座下可以做复合地基，在出露的楼座下做桩基础，也许对照岩土工程报告都没有问题，但在这种复杂地质条件下,盲目的按照工程地质剖面图来做地基基础设计,可能会存在一定的安全隐患,因
两钻孔间的的连线是随意的,结构工程师要更注重看柱状图[2]。

以4#楼为例，从单桩竖向承载力特征值ra的确定，地基选型分析、不同地基基础方案间的经济指标对比分析，确定在本项目在安全合理情况下的合理的地基基础形式。

4#楼地上19层,地下二层,总建筑面积13696m2，屋顶标高53.880m。

4#楼下基底平均压力为422kpa。

（1）验算在天然地基是否可以满足要求：按主楼采用筏板基础，筏板厚度取为900mm厚，基底标高为-6.70m，基底座落在③粉细砂层上，天然地基承载力特征值fak=160kpa，地下室为满堂地下室，
地下室拟采用独立基础加防水板，所以主楼地基承载力修正从地下室地面算起。

修正后的地基承载力特征值
[3]fa=160+2*10*(6-3)+3*（2*10+4*18）/6*(1-0.5)=243 kpa＜373kpa,天然地基承载力不满足要求。

（2）采用复合地基：按采用cfg刚性桩复合地基核算，根据勘察报告提供的土样试验结果，结合呼和浩特市地基处理设计经验。

地基处理设计参数试取值如下表：
地基处理设计桩型参数取值表
单桩承载力特征值rk：[4]
各值分别对应代入上式，
rk= [（1.256*3.65*30+1.256*9*120+1.256*2.35*140）
+0.1256*5000]=1267kn,取单桩承载力特征值按rk=800kn。

经过计算，面积置换率
其中:,矩形布置：
复合地基承载力特征值：
=441.1 kpa＞422 kpa。

cfg桩布置如下图：
经济性分析：如上图所示，cfg共布置378根，按我地区市场价，cfg总承包价（包括清桩头、褥垫层、静载检测）为760元/m3，
cfg地基估算费用为：378×(15+0.5) ×0.1256×760=55.92万元。

筏板基础估算费用为：（按定额综合定价筏板为1200元/m3），筏板基础估算厚为900mm，筏板部分造价为：827.05×0.9=744.35m3，744.35×1200=89.32万元。

按复合地基方案，4#楼地基基础的总造价为：55.93+89.32=145.25万元，摊入总面积中每平米造价为145.25/13696=106.01元。

（2）采用桩基础：拟采用桩径为800mm的长螺旋成孔的后插钢筋笼灌注桩，桩长按15m计，如按计算取用单桩承载力特征值：
rk= [（2.512*3.65*30+2.512*9*120+2.512*2.35*140）
+0.5024*5000]=2937kn,桩身采用c35砼,按砼强度计算桩承载力为:q=ap*fc*ψc=0.5024*16.7*106*0.6=5034 kn,按估算承载力特征值rk=2900 kn。

因本项目面积较大,按估算设计如最后与试桩结果存在较大差异，可能会给本项目带来无法弥补的损失或造成大量的浪费，所以在桩基础设计前，要求甲方先做试桩来确定单桩承载力特征值。

在场地内根据钻孔出露土层情况布置了3根试桩，试验结果[3]为1#桩ra=9000kn，2#桩ra=10000kn，3#桩ra=10000kn，3根试验桩极限承载力平均值为9666kn，试验桩单桩承载力特征值ra=4833 kn。

考虑试验桩与工程桩存在一定差异，取工程桩单桩承载力特征值ra=3800kn，比按估算值提高了3800/2900=1.31。

桩基础布置如下图：
桩承台及筏板布置如下图：
济性分析：如上图所示，共布置桩113根，按我地区市场价，钢筋砼灌注桩总承包价（包括清桩头、静载检测）为1550元/m3，
桩基础估算费用为：113×(15+0.5) ×0.5024×1550=136.39万元。

筏板基础估算费用为：（按定额综合定价筏板为1200元/m3），筏板基础按是图砼用量为679.1，筏板部分造价为：679.1×
1200=81.49万元。

按桩基础方案，4#楼地基基础的总造价为：136.39+81.49=226.59万元，摊入总面积中每平米造价为226.59/13696=165.44元。

复合地基方案在没有出露②2淤泥质土楼座下经上述计算分析可以满足要求,但在出露②2淤泥质土楼座下,根据本地区经验,该区
域内淤泥质土含有大量的草根等有机质土,不宜做为基础的持力层,且在该区域以前的项目中,也曾出现过按照岩土工程勘察报告的剖面图(未出露有淤泥质土)做单体楼座的地基基础设计,验槽时发现有大量淤泥质土,最后又重新做地基基础设计,造成了很大的损失。

桩基方案的造价要较复合地基每平米要高59.43元,但桩基在这种复杂场地内具有较好的适用性及安全性，结合该区域前期项目的工程经验及本项目总体勘察成果，分析认为在这种冲湖积地相上，本项目的岩土情况应主要分析钻孔柱状图，对场地做总体分析及评价，得出地基基础方案，不应该单体楼座剖面图为准单个楼座分析
处理。

4、结语
对于复杂场地内的成片建筑物的地基基础，应在总体分析岩土工程勘察报告的基础上，结合地区经验慎重选定，不应就单个楼座单独处理，否则会给总体项目带来安全隐患。

参考文献
[1]鄂尔多斯怡景·萃华林（二期）岩土工程勘察报告内蒙古地矿地质工程勘察有限责任公司，2011.10
[2]高大钊.岩土工程勘察与设计——岩土工程疑难问题答疑笔
记整理之二.人民交通出版社，2010.11
[3] gb 5007-2011 建筑地基基础设计规范中国建筑工业出版社，2012
[4] jgj 94-2008 建筑桩基技术规范中国建筑工业出版社，2008。