软土地基减沉复合疏桩设计工程实践

黄如碧

（福建众合开发建筑设计院有限公司 福建 福州 350004）

0 引言

淤泥等软土地质一直为沿江、沿海新建工程项目设计的难题。其在海陆交互沉积作用下淤积而成的属性，使其力学强度低、压缩性高、工程性能差，较难成为建筑基础持力层。在建筑基础设计时一般选用其下部力学性能较好的风化岩层作为持力层，配合桩基等深基础作为基础方案。这样虽然避开了天然基础地基承载力及沉降设计无法满足规范要求的痛点，但在建筑物层数较低时，显然经济性较差。在天然地基基础不满足沉降要求的情况，通过配合锚杆静压桩及冲孔灌注桩等方案对比，选取经济性较高的减沉复合疏桩基础作为基础方案。并通过工程实际沉降观测数据，验证了前期设计的可行性，对遇到相同现状项目的设计单位及建设单位都具有一定的参考价值。

1 工程概况

船政衙门及前后学堂项目1# 楼（以下简称本工程）位于福州市马尾区青洲路北侧，马尾造船厂旧址内，是“马尾·中国船政文化城”的重要组成部分。本工程为地上2 层，总建筑面积约750m2，建筑高度约12.9m，为典型的文化重现建筑。结构采用框架体系，结构设计参数为：设防烈度为7 度、设防类别丙类、III 类场地、基本风压0.7KN/m2、框架抗震等级三级、基础设计等级乙级，建筑结构平面布置如下：

2 原始设计资料

图1 建筑平面图

图2 结构基础布置图

由建设单位提供的岩土工程勘察报告显示，本工程上部土层为填土及冲淤积层，下部为基岩风化带，按其成因、力学强度不同从上而下分别为：①杂填土、②淤泥、②-1 粉质粘土、③全风化花岗片麻岩、④-1 散体状强风化花岗片麻岩、④-2 碎块状强风化花岗片麻岩、⑤中风化花岗片麻岩。具体参数详表1、表2：

表1 地基基础设计参数表

表2 桩基设计参数一览表

3 天然地基基础设计方案

根据岩土工程勘察报告对上述地基各土层工程地质性能评价，结合拟建建筑结构、荷重，以及设计地面整平标高要求，从经济性、技术性角度出发，优先考虑梁板式筏型基础的天然地基方案，持力层采用换填砂层，基础埋深0.60m，换天后基础地基承载力特征值≥80.00kPa，基础垫层以下1.00m 深度范围内用中粗砂震动分层夯实，分层铺设厚度≤300mm，压实系数≥0.97。平面尺寸 23.8m×24.2m，地基梁 300mm×1 000mm 和250mm×500mm，筏板厚400mm。地基承载力及沉降按基础规范计算如下：

（1） 基底平均压力为

Pk=（Fk+Gk）/A= （22867/1.35+575.96×20×0.6）/575.96=41.4 kPa ＜80kPa 满足要求。

（2） 软弱下卧层地基承载力按下式验算

（3） 分层总和法计算筏板基础沉降：

按公式列表计算筏板基础沉降量如表3：

表3 筏板基础分层总和法沉降计算表

综上：最终计算得沉降量S=223.46mm。虽然采用天然地基基础时基底应力和软弱下卧层承载力均满足要求，但沉降量S=223.46mm，已超过地基基础设计规范沉降量值，建筑后期极易发生倾斜、墙体开裂等破坏现场，影响建筑正常使用及存在安全隐患。

4 冲孔灌注桩基础设计方案

桩基础优先采用较为经济的管桩，但按福建省省规要求，桩基承台底以下存在较厚的淤泥质土层、淤泥层等，无法采用管桩。考虑采用冲孔灌注桩方案，持力层选用⑤中风化花岗片麻岩，桩径800mm，按规范R=qpaAp+up∑qsiali（8.5.6-1），其中：

Ap—桩底端横截面面积（m2）；

qpa、qsia—桩端、桩侧阻力特征值（kPa）；

up—桩身周边长度（m）；

li—岩层厚度（m）

结合桩基设计参数，易得单桩承载力为5000kN，有效桩长约37m，总桩数20 根，桩基成本接近45 万元，静载及场地平整回填约为20 万元，造价较高。且鉴于灌注桩施工周期较长、现场场地较小、无法放置泥浆池、淤泥层较厚大吨位静载设备不易布置等原因，工期及难满足建设单位需求。故仍考虑采用天然地基基础方案，进一步研究如何减少建筑实际沉降量。

5 减沉复合疏桩基础方案

按计算，筏板基础天然地基承载力满足要求，筏板基础的沉降量s=223.46mm，为了减小沉降，需考虑布置一定的摩擦型桩，作为复合基础，减沉复合疏桩基础应运而生。

具体如文中结构基础布置图所示，考虑在建筑每柱周边均匀设置四根锚杆静压桩，桩径为300mmx300mm 方桩，桩长约20m，单桩承载力特征值250kN，施打时以压桩力为主，控制压桩力为500kN。施工完后按规范进行单桩静载试验，数量为总桩数的1%且不少于3 根，静载荷试验值取500KN。按Bouissinesg 解计算土中附加应力法及单向压缩分层总和法，计算减沉复合疏桩基础沉降如下：

Zi、Zi-1—承台底至第i 层、第i-1 层土底面的距离；—承台底至第i 层、第i-1 层土底范围内的角点平均附加应力系数；p0—按荷载效应准永久值组合计算的假想天然地基平均附加压力（kPa）；Esi—第 i 计算土层的压缩模量（MPa）；Bc—承台等效宽度（m）；B、L—建筑物基础外缘平面的宽度和长度（m）；Ac—桩基承台总净面积（m2）； —基桩刺入变形影响系数；F—作用于承台底的总附加荷载（KN）；Ra—单桩承载力特征值（KN）；a、b—基础长度、宽度（m）

基地附加压力产生的沉降计计算如表4： Ss=36.66mm

表4 减沉复合疏桩基础沉降计算表

由桩土相互作用产生的沉降

d—桩身直径；

Sa/d—等效距径比；

Ssp=280×12/1.98×1.27×0.3/64=10.10mm

S=ψ（Ss+Ssp）=36.66+10.10=46.76mm。

综上，得出最终计算得沉降量S=46.76mm，相比原天然地基沉降223.46mm 明显减小，满足正常使用及规范要求。本工程实际锚杆静压桩总桩数为72 根，桩基成本约18 万元，静载及场地平整换填约为10.3 万元，筏板基础约16 万元。综合考虑，相对原灌注桩方案节省成本约21 万元，节省工期约15 天，满足建设单位的进度及成本要求。

6 工程实际沉降观测结果

由建设单位提供的沉降观测报告显示本工程实际沉降过程如下表5：

表5 沉降观测结果

由表中可知，最大沉降量为11mm，最后一次观测的平均沉降速率小于0.04mm/d，趋于稳定，实际沉降值满足正常使用及设计规范要求。

7 结语

综上所述，减沉复合疏桩基础能有效的控制天然地基基础的沉降，减少工期，降低成本。本工程在拟建建筑层数较低、地质条件较差的情况下，结合建设单位的进度及成本要求，采用了最优的基础形式并获得了较为成功的验证。作为设计师更应通过理论结合实际，设计出满足国家安全、经济、适用等建设方针的作品。