某住宅小区的地基基础设计

［摘 要］在软弱地基上进行基础设计时，往往会碰到许多复杂问题，如淤泥、软弱土层等。文章结合一软弱地基上住宅小区的地基基础设计，介绍基础方案经济技术比较优选过程以及设计方案的实际实施效果。

［关键词］软弱地基；地基处理；换填垫层法；基础设计

［作者简介］韦思源，广西商业建筑设计院一级注册结构工程师 ，广西 南宁，530000；方志英，广西城乡规划设计院注册造价工程师，广西 南宁，530022

［中图分类号］TU470［文献标识码］A［文章编号］1007-7723(2006)09-0168-04

一、工程概况

某住宅小区，总用地约400亩，总建筑面积约19万m2。主要包括砖混结构住宅楼（地上6层，地下一层半地下室），此外还有框架结构商住楼（地上4层），框架结构会所（地上1～3层）。

二、工程地质情况

场地位于龙江边，原为农田及鱼塘，宏观地貌属龙江河流Ⅰ级阶地，地势较平坦。据钻探揭露，场地地基土主要由第四系更新统及下伏第三系上统砂岩、泥岩组成。

场地典型地质剖面图见图1，各土层物理力学参数见表1。

图1 典型地质剖面图其中层素填土①、淤泥质土②、松散状粉土③、软塑状粉质粘土④-2、松散状细砂⑤，土体结构松散，组合厚度较大，力学强度低，埋深变化大，分布不连续，不宜作为天然地基持力层。稍密状圆砾⑥-2、中风化泥岩⑦-1、微风化泥岩⑦-2，场地内分布连续，组合厚度大，为场地内良好桩端持力层。场地地下水类型为孔隙潜水，其主要赋存于粉土、粉砂、松散状圆砾层中。稳定水位埋深为1.80~2.40m（标高173.21～174.59m），年水位变幅为2~5m。该层地下水与龙江河水水力联系密切；其透水性强，水量较丰富。地下水与地基土对混凝土无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

从建筑标高看，为与周边规划市政道路标高协调，建筑±0.000标高定为178.50m。场地现状地面标高176.50～177.50m，场地设计标高约为178.00m，可见场地回填工程量非常大，基础设计宜采用浅埋方案，减少土方工程量。表1 地基岩土物理力学强度指标建议值表

三、基础方案比较选择

根据地质报告，本区地震动峰值加速度为005g，基本烈度为Ⅵ度。场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。场地内存在有素填土、粉砂等软弱土，且靠近龙江河岸边，属对建筑抗震不利地段。场地地下水位较高，水量较丰富，地下水与龙江河水水力联系密切。场地内土层分布不连续，各层土力学性质差异较大，软弱土层发育，属不均匀地基。

本工程为房地产开发住宅小区，甲方对基础方案的要求是造价低，施工速度快。为满足甲方要求，使基础设计达到最佳技术经济效果，基础设计时进行以下几种地基基础方案经济技术比较，从中选出最佳方案。

（一） 大开挖后利用稍密状圆砾⑥-2作持力层方案

从地质报告看，由于场地地下水位较高，水量较丰富，地下水与龙江河水水力联系密切，在松散状粉土③、软塑状粉质粘土④-2、松散状细砂⑤各层均可能面临流土流砂问题。施工现场准备工作过程中已经发现此问题。开挖临时排水沟时发现，约2.5米深排水沟侧壁土体很难保持稳定，流土流砂问题比较严重。根据地质报告，稍密状圆砾⑥-2平均埋深约4.0m，大开挖土方量大。如果工程进入全面施工阶段，现场不具备土方临时堆放条件，无法利用开挖土方进行场地回填，造成大量的二次运输问题，成本太高。此方案被否定。

（二） 采用水泥土搅拌桩或者CFG桩进行地基处理(桩底持力层为稍密状圆砾⑥-2层)复合地基方案

此方案技术比较成熟，使用经验较多，施工周期相对较短，经济性比较好，因此选一栋典型住宅，以相对造价较低的水泥土搅拌桩进行初步设计及经济分析。根据基础图,搅拌桩处理面积约为831.6m2。处理要求复合地基承载力达到180kpa。搅拌桩桩径为550mm；28天龄期水泥土试块无侧限抗压强度达到1.5Mpa。根据地质报告，桩长控制到稍密状圆砾⑥-2面，平均桩长为4.0m。

根据文献［4］，单桩承载力Nd的确定：

根据地质条件 Nd1=90KN；

根据桩身强度Nd2=118KN。

取以上二者的小值，即Nd=min{Nd1,Nd2}=90KN。

面积置换率m的确定：

m=(180-0.5×100)/（90/0.2376-0.5×100）=0.395

总桩数n的确定：

基础面积为831.6m2，桩数

n=831.6x0.395/0.2376=1393根；总延米：5572m。

搅拌桩工程量V：搅拌桩体积V=1393×4×3.14×0.55×0.55/4=1323.14立方米。按照定额，本方案估算造价为15.4万元。

（三）采用换填垫层法对浅层软弱土层进行处理方案

换填垫层法采用碎石垫层，将表层素填土、淤泥质土等不良土全部置换。其加固机理是：

1.置换作用。将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，可提高地基承载力，增强地基稳定。

2.应力扩散作用。基础底面下一定厚度垫层的应力扩散作用，可减小垫层下天然土层所受的压力和附加压力，从而减小基础沉降量，并使下卧层满足承载力的要求。

3.加速固结作用。用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的工后沉降。

4.均匀地基反力与沉降作用。保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。

由于施工时采用15吨压路机进行碾压，对垫层下浅层土有预压作用，建筑后期沉降、沉降差均相应减少。因此，换填垫层法具有提高承载力、增加地基强度、减少基础沉降、垫层采用透水材料可加速地基的排水固结的优点，而且可就地取材，施工方便，不需特殊的机械设备，既能缩短工期，又能降低造价。

选取同一栋住宅楼，按照处理后复合地基承载力fspk达到180kpa估算。根据部砖混结构计算结果，按照文献［4］4.2.1条，估算取垫层厚800mm，碎石垫层面积约为831.6m2，所需碎石垫层体积V=0.8×831.6=665.3m3。考虑施工时采用15吨压路机进行碾压，按照当地材料价格及设备台班等综合费用，折算到每立方米造价约100元/m3，本方案估算造价为6.65万元。

（四） 人工挖孔桩基础方案

此方案有桩端持力层埋藏较浅、桩长较短的优势，且当地有一定的施工经验。但由于场地地下水位较高，水量较丰富，地下水与龙江河水水力联系密切，在穿透松散状粉土③、软塑状粉质粘土④-2、松散状细砂⑤的施工过程中，将面临流土流砂问题，施工风险比较大。对于砖混结构住宅，采用人工挖孔桩方案，桩顶必须设置托墙基础梁，把墙荷载传递到桩上，很大程度上抵消了桩长较短的优势。

选取同一栋住宅楼，根据地质报告，桩端持力层为稍密状圆砾⑥-2 qpk=2300kPa，按照文献［2］5.2.9条初步计算。根据上部砖混结构计算结果，用PKPM计算程序，将托墙基础梁作为底部框架结构梁输入，人工挖孔桩作为结构柱输入，按照规范法进行计算，得出初步计算结果：总重力标准值Ge=73735KN，人工挖孔桩直径800mm，扩大头最大直径为1800mm，桩身采用C25混凝土，单桩承载力1410~3090KN，总桩数42根。由于有最小桩长限制，估算取桩长6米。托墙基础梁工程量约为125立方米。按照类似工程造价估算，此方案造价约为23.3万元。由于有基础梁不必再做条形基础，综合考虑后，此方案造价估计略高于方案2。

由以上分析可见，在相同条件下，方案（3）换填垫层法造价最低，而且具有可就地取材、施工方便、不需特殊的机械设备、对整个场地均适用的优点，为最佳方案。

四、基础设计

根据设计经验，换填垫层材料采用碎石，六层砖混住宅采用条形基础，处理后复合地基承载力fspk=180kpa比较经济合理；四层框架结构商住楼采用柱下独立柱基，处理后复合地基承载力fspk=280kpa比较经济合理。下面以砖混住宅采用条形基础下垫层厚度计算为例，简单叙述计算过程：

根据上部砖混结构计算结果，采用PKPM程序JCCAD模块，以处理后复合地基承载力fspk=180kpa输入计算，墙下条基宽度900~1800mm。选1800宽基础计算。根据文献［4］4.2.1条，宽度修正系数取0，深度修正系数取1.0。查表4.2.1，偏安全θ取20度。

faz=fak+ηdγm(d-0.5)

=100+1.5x18x(3-0.5)

=167.5kPa

pc=3x18=54.0kPa

pz=b(pk-pc)/(b+2ztgθ)

=1.8x(180-54)/(1.8+2x0.8x0.364)

=95.2kPa

pz+pcz=95.2+18x3.8=163.6

可见垫层厚800mm，满足处理后复合地基承载力fspk达到180kpa要求。

经过计算，商住楼独立柱基下换填垫层厚度为1000mm。计算过程不再赘述。

虽然换填垫层法有加速固结和均匀地基反力与沉降作用，但由于场地内土层分布不连续，各层土力学性质差异较大，软弱土层发育，土层压缩模量小。沉降计算表明，建筑仍然会有一定沉降和沉降差。因此应针对不同的结构类型和地基情况，采取有效措施：

1.对于独立柱基础框架结构的商住楼，在计算中，按地基承载力确定出基础底面尺寸之后，通过沉降计算，逐个调整基础面积，使计算沉降差满足规范要求；在构造上，设置纵横向基础梁，并适当加强。由于土层分布不连续，部分位置相邻近基础下土层变化很大，此时除采取前述措施外，还应适当加强上部结构，提高上部结构对不均匀沉降的抵抗能力。

2.对于砖混结构住宅，首先应通过沉降计算，调整基础面积，使沉降差满足规范要求外，由于砖混结构对不均匀沉降很敏感，容易因为不均匀沉降而产生裂缝。为加强结构抵抗不均匀沉降能力，设计采取如下技术措施：

（1）加强基础刚度，设置并加强地圈梁。

（2）合理布置纵横墙，纵横墙应尽量贯通，并控制横隔墙的间距不大于建筑物宽度的1.5倍。

（3）合理设置圈梁，增强建筑物的整体性，在一定程度上能防止或减少裂缝的出现，即使出现了裂缝也能阻止裂缝的发展。

（4）控制建筑物的长高比。建筑物的长高比控制在2.5至3之间时，可减少建筑物的相对弯曲，房屋不易出现裂缝。较长建筑可通过合理设置结构缝分为长高比适当的几个结构单元。

根据文献［1］10.2.9条，建筑物在施工期间及使用期间进行变形观测。沉降观测点埋设及变形观测应按文献［3］中有关要求。在图纸中应明确标注沉降观测点位置及沉降观测要求。

五、设计效果

施工严格按照设计要求，换填垫层材料采用碎石，碾压采用道路施工用15吨压路机进行分层碾压，严格遵照规范进行施工。竣工验收按照文献［1］附录C 进行浅层平板载荷试验。加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。每级加载后,按间隔10、10、10、15、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降量，当在连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋于稳定,可加下一级荷载。实测典型浅层平板载荷试验测试点P-S曲线如下： 从P～S 曲线上看，曲线没有明显的转折点，整个变形过程是随着荷载增加土体产生压缩变形，当试验荷载加至最大试验荷载360kPa时，板顶沉降已经达到相对稳定，顶板总沉降量7.25mm。现场未发现承压板周围的土明显地侧向挤出、隆起和出现裂缝等破坏现象，实测顶板总沉降量很小，离基础土壤破坏还有一定距离，可见地基承载力还有一定安全余量。

综合以上情况和试验结果表明，处理后复合地基承载力完全满足设计要求。现在工程已经进入全面施工阶段，施工过程比较顺利，实际造价能控制在预测范围内。工程基本达到设计目的，较好地满足业主要求，取得良好的社会效益和经济效益，受到业主的好评。

［参考文献］

［1］建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［2］建筑桩基技术规范（JGJ 94-94）［S］.北京：中国建筑工业出版社，1995.

［3］建筑变形测量规程（JGJ/T 8-97）［S］.北京：中国建筑工业出版社，1998.

［4］建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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