浅谈结构设计的基础选型

浅谈结构设计的基础选型

发表时间：2018-05-29T14:48:27.063Z 来源：《防护工程》2018年第2期作者：钟敏超

[导读] 本工程经过两种方案对比及工程试桩从而得出了比较合理的基础选型，也为静压预应管桩在深厚砂层应用积累了经验。

广东省佛山市 528000

摘要：建筑结构设计中，基础设计可以说是最关键环节，因为基础是建筑物是否安全的重要一环，基础设计不当，轻则导致砌墙，楼板开裂，重则建筑物倾斜，倒塌，造成人民生命财产严重损失。在保证安全的前提下，不同的基础形式，也会决定工程的造价及施工进度。因此作为设计方，如何把基础设计得安全可靠及经济合理也就成为公司长久的发展之本，同时也是衡量公司设计技术水平的关键指标。

由于不同的工程有不同的场地条件，如果按不同场地的建筑工程的高度及规模套用相同基础形式是切实不可行的。基础设计应该以建筑场地地质勘察报告书为设计依据结合自身情况选择合理基础形式。建筑物基础形式一般分为两大类：

（1）浅基础，包括独立柱基础，条形基础，壳体基础，墩式基础，杯口基础，联合基础，筏板基础（平板筏板，梁式筏板，），箱型基础，实体基础。

（2）深基础，包括混凝土灌注桩基础（钻孔灌注桩，旋挖灌注桩，冲孔灌注桩，人工挖孔灌注桩），预制桩基础（预制管桩，预制方桩，预应力管桩），钢桩基础。

建筑结构设计基础选型，应综合考虑以下因数：

（1）建筑物主体结构墙，柱轴力

（2）建筑场地土层的形状及力学参数条件

（3）施工工艺的可行性

（4）施工场地条件及施工季节

（5）经济指标，环保性能及施工工期

以下就佛山南舜广场做为分析对象，介绍本工程结构设计过程中根据地质情况各栋建筑物的基础选型

一，工程概况：

本工程位于佛山南海桂城中心城区，佛山一环西侧，功能为写字楼，商业公寓，大型电影院的商业综合体，建筑基底面积

260mX300m,最高建筑高度为99m,总建筑面积约33万m2,其中1，5-1，5-2，11，12号楼为写字楼，商业公寓，建筑层数28层，高度均为99m，3,4,6,7,8,9,10号楼为商业建筑，6~18层不等。地下室设一层，建筑面积约7.8万m2 ，室底板标高为室外地面以下3.6m，顶板设有消防车道，覆土1.2 m厚。

二，岩土层分布及其物理力学性质：

（1）杂填土：层厚0.90～2.70m，平均厚度1.4m，主要由粘性土、砂及建筑垃圾回而成

（2）淤泥质土、淤泥夹层：层厚2.40～11.00m，平均厚度5.68m。土层呈褐灰、深灰色，饱和，流塑，夹多层薄层粉砂。

（3）粉砂：层厚4.30～17.60m，平均厚度10.74m。土层呈青灰、灰白色，饱和，分选差，稍密为主，局部夹薄层粉土。

（4）中、粗砂：层厚5～12m，平均厚度7m。标高土层呈黄色，饱和，分选差，磨圆度较差，中密为主，夹薄层粉砂、砾砂等, 地基承载力特征值的经验值建议采用fak=170kPa

（5）强风化岩带：层厚0.80～6.50m，平均厚度2.34m。岩面起伏变化较大。岩性为泥岩等。岩石呈灰黑、青灰色，中厚层状，泥质结构，风化强烈，岩芯稍完整。地基承载力特征值的经验值建议采用fak=600kPa

（6）中风化岩带：层厚0.90～5.30m，平均厚度2.44m。，岩面起伏变化较大，岩性为泥岩, 岩石地基承载力特征值建议采用

fa=1500kPa。

（7）微风化岩带：平均厚度6.55m，岩性为泥岩；呈青灰色，厚层状，泥质结构，岩石节理裂隙发育，岩芯普遍较破碎，个别完整或较完整。frp建议取12.MPa。岩石地基承载力特征值建议采用fa=5000kPa。

岩土层力学参数表：

工程地质代表性剖面图：

三，基础设计选型:

经结构计算，各栋建筑单体墙，柱底内力如下：

本场地主要土层由上而下分别为淤泥质土层，粉砂层，中粗砂层，强风化岩，中风化岩，微风化岩。因为地下室底板深度以下3m范围内土层为淤泥质土或粉砂，地基承载力较低，所以本工程不适宜采用浅基础，因此初步设计方案为桩基础，依据《建筑桩基技术规范》，本工程桩基础设计等级为乙级。桩基础形式可选用两种方案对比：A方案全部采用混凝土灌注桩，B方案车库及柱底轴力较低部分建筑单体采用预应力管桩轴力较高部分建筑单体采用混凝土灌注桩。

1，值得一提的是，如采用预应力管桩将会以下难题，本工程地质情况有点特殊，强风化岩层以上几乎全是砂层，分别为平均厚度10m 的粉砂层，平均厚度7m的中粗砂层。中粗砂标准贯入试验击数为20击，经和建设方和施工方讨论，采用静压预应力管桩没有把握压穿此砂层，只能压入3m左右(因为是城市中心，严禁采用锤击施工,只能采用静压施工)。另本工程地下室车库桩不仅是承重桩而且是抗拔桩，如采用预引孔施工方案的话，预制桩的抗拔承载力得不到保证。综合以上，本工程采用预应力管桩的话，桩端持力层保守估计是中砂层，地质勘查报告数据显示，本工程中粗砂层不属于液化砂层，桩端土承载力特征值达3500Kpa,经过沉降计算分析，单桩沉降量少于10mm,满足规范要求。因此理论上中粗砂层是可作为预应力管桩持力层,经结构计算，采用直径500mm预应力管桩,单桩竖向承载力特征值依照《建筑地基基础设计规范》相关条公式Ra=qpaAp+up∑qsai Li进行估算为1500KN，有效桩长约15m,单桩抗拔承载力取250KN。

2，采用旋挖混凝土灌注桩，桩端持力层车库部分及柱底轴力较低部分建筑单体可取中风化岩，轴力高部分单体取微风化岩。有效桩长约20m。经结构计算分析，本工程灌注桩取以下直径： 1m,1.2m,1.6m,2m

四，施工可行性及经济造价指标对比

本工程建筑场地接近300mX300m，场地开阔，满足灌注桩旋挖机及预应力管桩静压机施工场地要求，且两种桩在本地区应用广泛，施工经验非常成熟，施工质量均有保证。

施工工期对比，综合桩数量，施工机械及单桩施工时间综合对比，成桩时间预应力管桩比灌注桩快30天，桩检测时间快20天。总施工工期预应力管桩节省50天。工程造价对比，因为灌注桩单桩材料造价及检测费用远高于预应力管桩，经造价分析，B方案比A方案节省接近2000万元。综合以上比较，本工程基础选型为B方案车库及柱底轴力较低部分建筑单体采用预应力管桩较高部分采用混凝土灌注桩。

五，工程试桩

本工程先进行预应力管桩工程试桩，设计根据地质勘查钻孔选取最不利地方选取3根试验桩。单桩终压力要求为3倍设计特征值

4500KN,达到终压力后进行3次复压，复压沉降值要求少于20mm。试桩结果显示，终压力达到4500KN时，有效桩长已达20m，根据地勘资料可判断，预应力管桩已被压穿中粗砂层至强风化岩。设计要求增加终压力至5000KN,然后复压，3根试验桩有效桩长也是20m左右。依据试验桩结果，本工程预应力管桩持力层可取为强风化岩层，单桩承载力调整为1800KN,经重新调整设计，预应力管桩数量可减少1/6，节省造价接近300万。

六桩基施工及桩基检测

本工程先施工旋挖灌注桩基础，然后再进行预应力管桩沉桩。施工结果显示两种桩持力层均符合地质勘查报告及满足设计要求。在所有桩完成施工后，按规范要求随机抽取一定数量桩进行静载试验检测，抗拔试验检测，小应变检测，抽芯检测，声波透射检测，大直径桩底岩样抽芯试压检测，检测结果均符合规范要求。本工程施工至工程竣工验收时，先后对个建筑单体进行多次沉降观测，测得最大沉降量少于10mm,检测结果满足工程要求。

七，结语

因为建筑基础为结构设计关键一环，且属于地下工程，受影响因数非常多，工程地质勘查报告应做到准确可靠，为设计者提供可靠设计参数，设计者要根据自身设计情况进行选用多种方案对比，选用最为合理方案。本工程经过两种方案对比及工程试桩从而得出了比较合理的基础选型，也为静压预应管桩在深厚砂层应用积累了经验。

参考文献:

（1）建筑地基基础设计规范