徐 将，李泽泽，曹 炜

(1．天津市地质工程勘察院，天津300191;2．中国建筑西南勘察设计研究院，四川成都610081)

对岩土工程基础处理，从岩土力学指标方面分析有多个方案可供选择时，方案选择要从地基土层及安全适用、经济的角度等方面进行综合考虑，为设计提供基础资料及建议。本文针对一个典型的工程场地地基土层情况，对其进行地基处理、综合设计与施工，较好地解决了实际问题[1］。

1 工程及工程地质概况

拟建洛阳广厦中州国际位于洛阳市西工区，北临中州中路，西邻洛阳市地税局，向北与王城公园隔路相望。该高层住宅楼及裙房均近东西走向，长117.68 m，宽19.74 m，地上31层，地下1层，剪力墙结构，筏形基础基底压力450 kPa，地下室地面埋深－5.60 m，基础埋深－7.50 m。商业用房方向长119.48 m，两端宽30.24 m，中部宽13.74 m，地上5层，局部4层，地下 1层，框架结构，单柱竖向最大荷载标准值3 600 kN。地下车库室内地面埋深－5.60 m。

该场地位于洛阳盆地西端，所属地貌单元为洛河二级阶地。场地开阔，地形平坦，根据地质资料，不存在全新活动断裂、滑坡、崩塌、泥石流、震陷等不良地质作用。场地地基土分布稳定，除湿陷性黄土及填土外无其它特殊性岩土，适宜建筑。

抗震设防烈度为7度，抗震分组属第一组，设计基本地震加速度值为0.10g，场地特征周期值为0.35 s。场地土属中软土。建筑场地类别为Ⅱ类，为对建筑抗震不利地段。地基不存在地震液化土层。场地内地下水位位于第⑧层土下部，地下水类型属潜水，地下水稳定水位埋深19.15～21.02 m，年变化幅度为3.0 m。该地下水、土对混凝土及对混凝土中的钢筋不具腐蚀性。

采用室内土工试验方法及超重型动力触探试验，根据地层时代成因、岩土物理力学性质，结合地区经验，确定地基承载力和变形参数见表1。

表1 地基土的物理力学性质指标及设计参数

2 地基基础方案比选

拟建高层住宅楼地上高31层，地下1层，剪力墙结构，筏形基础基底压力450 kPa，地下室地面埋深－5.60 m，基础埋深－7.50 m;商业用房地上高5层，局部4层，地下1层，框架结构，单柱竖向最大荷载标准值3 600 kN。地下车库室内地面埋深－5.60 m。地基持力层为第3层黄土状粉质黏土。显然该层土的承载力不满足设计要求，需进行地基处理。针对场地地基土的岩土工程条件，并结合拟建建筑物的特征，可供选择的方案有:(1)先用水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩)对地基进行处理，再采用复合地基上的筏板基础进行设计;(2)人工挖孔灌注桩桩基础;(3)桩筏联合基础。

2.1 CFG桩+筏板基础

2.1.1 CFG桩方案设计

水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩，是在碎石桩的基础上加进一些石屑，粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩[2］。初步设计时，基底持力层为第3层土，以第6层卵石层为桩端持力层。桩径400 mm，桩距1 600 mm，褥垫层厚度取300 mm。桩基设计参数可按表1取值，按式(1)估算CFG桩复合地基承载力特征值。

式中:fspk为复合地基承载力特征值(kPa);m为面积置换率，为0.0567;Ra为单桩竖向承载力特征值(kN);Ap为桩的截面积(m2);β为桩间土承载力折减系数，按0.85计;fsk为处理后桩间土承载力特征值(kPa)，按天然地基承载力特征值计，取140 kPa。

其中:

式中:qpa、qsia为桩端端阻力、桩侧阻力特征值(kPa);up为桩身周边长度(m);li为第i层土的厚度(m)。

将所得的Ra值及有关参数代入式(1)得:地基处理后，复合地基地基承载力特征值为498.7kPa。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)之规定，按下式对持力层进行承载力深度修正:

式中:fa为修正后的地基承载力特征值;fak为地基承载力特征值;ηd为基础埋深的地基承载力修正系数，按1.0计;γ为土的重度，按19.1kN/m3计;d为基础埋置深度，按1.9m计。

修正后的地基承载力特征值为525.4kPa，大于基底压力450kPa，因此可采用水泥粉煤灰碎石桩法(CFG桩)处理后的复合地基上的筏板基础进行设计。

2.1.2CFG桩方案的评价

该场地位于市中心，施工对噪音和泥浆污染要求严格，因此施工时，用长螺旋钻钻孔达到预定标高，然后提升钻杆，同时用高压泵将桩体混合料通过高压管路及长螺旋钻杆的内管灌注到孔内成桩。桩体施工应采用隔行隔桩工艺，以避免对相邻新灌入桩体造成缩径和断桩等质量问题。桩顶标高以上应设置50～70cm长的保护桩长，上部再用土封顶。

2.2 人工挖孔灌注桩基础

2.1.2 人工挖孔灌注桩方案设计

根据场地土层的结构特征，以第7层卵层为桩端持力层，桩端入第7层深度不小于1倍桩径。地下水位位于第6层土下部，降低地下水位2.0～3.0m，采用干作业人工挖孔灌注桩基础，可实现干作业施工。建议采用大直径扩底桩基础，假定桩顶埋深6.6m(自然地面算起)，桩径1000mm，扩底直径2800m，桩入土23.5m(自然地面算起)，有效摩擦段长12.0m。人工挖孔灌注桩基础桩周各层土的侧阻力特征值qsia(kPa)及桩端土的端阻力特征值qpa(kPa)见表1。

单桩竖向承载力特征值按下式估算:

式中:ψp、ψsi为大直径桩端阻、侧阻尺寸效应系数;其余符号含义见2.1.1节CFG桩方案设计，则:

2.1.2 人工挖孔灌注桩方案评价

场地内土层分布稳定，土质均匀，硬塑状，稍湿－湿，含姜石，粒径2～5cm。利用机械洛阳铲即可进行桩基孔的施工，噪音小、无污染。地下水位位于第7层下部，干作业施工，需降低地下水位2～3m。干作业施工，孔内明排降低地下水位时，会产生管涌(俗称流砂)，导致井壁砂层坍塌。针对场地土层岩性特征及施工要求，可用管井降低地下水位。

第6层土中分布有透镜体状中砂、粗砂及细砂，最大厚度2.1m。对扩大头段扩底斜面的施工，遇砂层易坍塌，还应对砂层和含砂量高的粉土层进行支护。

2.3 桩筏联合基础

该高层建筑采用天然地基不能满足地基承载力设计要求时，可采用桩筏联合基础，即采用筏板和桩基础共同承担上部荷载的基础形式。采用桩筏基础可以有效减少筏板底部的压力，且能够减少地基的不均匀沉降。桩的存在，对减少筏基的沉降有明显的效果，并使高层建筑的整体横向倾斜减少。

2.3.1 地基承载力计算

设计桩筏联合基础的筏板以第2层土为持力层，地下室地面埋深5.6m，基础埋深7.5m。根据《建筑地基基础设计规范》，按下式对地基进行承载力深宽修正[3］:

式中:fa为修正后的地基承载力特征值;fak为地基承载力特征值，取140kPa;ηb、ηd为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，分别取0.2和1.25;γ为基础底面下土的重度，按18.1kN/m3计;γm为础底面以上土的重度，按18.5kN/m3计;b为基础宽度(筏板宽度20.0m)，按6m计;d为基础埋置深度，取1.9m计。则:

显然不满足地基承载力要求。可以考虑筏板基础下面设置桩基础。

2.3.2 桩基设计参数

桩基础可采用长螺旋钻孔灌注桩基础，桩径400mm，以第7层卵层为桩端持力层，桩端入第7层深度不小于1倍桩径。长螺旋钻孔灌注桩基础桩侧阻力特征值、桩端端阻力特征值建议采用如表1。

单桩竖向承载力特征值按2.1.1中式(2)进行估算，即:

式中各字母含义同前，则:

2.3.3 桩筏基础方案评价

根据现场勘察时钻孔钻进情况以及洛阳地区桩基础施工经验，采用长螺旋钻机成孔。该钻机具有钻进、冲击、磨碎岩石等功能，钻进速度快，能够消除孤石等障碍物。最大优点在于能进入岩层，桩身刚度大、承载力高且桩身变形小。钻进卵石层一倍桩径，采用管内泵压混合料灌注、后插筋工艺，该方法施工质量高，施工速度快，桩底沉渣较少。长螺旋钻孔灌注桩施工应严格按照设计要求进行，保证桩身垂直，桩端进入持力层深度应满足设计要求。第7层卵石层面埋深深浅不一，施工中应根据各桩所在位置的具体地层情况确定桩长。

3 结论及启示

由于该工程位于市中心，周围建筑密集，地下管线复杂，对沉降控制比较严格。CFG桩+筏板基础虽然可以满足地基及基础承载力要求;但由于地下水位较浅，且水位年变化幅度较大，对于建筑物建成之后沉降控制有不利影响。人工挖孔灌注桩基础持力层位于地下水位以下，应采用管井降低地下水位，另外人工挖孔灌注桩施工，必须采取可靠的护壁措施，否则会威胁施工人员人身安全。最后综合考虑建议是该大厦宜采用桩筏联合基础。

通过该工程地基基础方案的选择可以看出，要想做好设计，一是要深刻了解场地的工程地质条件(即认真研究工程地质报告);二是需要进行多方案的比较，综合施工以及其他因素，选择一种合理的方案才能完成设计任务。

[1]齐迪，陈剑平．通辽电厂地基处理方案决策[J］．岩土力学，2003(10):86－88

[2]叶书麟，叶观宝，地基处理与托换技术[M］．北京:中国建筑工业出版社，2006

[3]GB50007－2002建筑地基基础设计规范[S］

[4]JGJ94－94建筑桩基技术规范[S］

[5]孙文怀．基础工程设计与地基处理[M］．北京:中国建材工业出版社，1999