某教学综合楼地基基础对选分析

阎波，李智明，曹源，赵健 （中信建筑设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014）

1 工程概况

武汉某教学综合楼为地下一层和地上六层框架结构，地上建筑总高度22.500m，平面为凹字形，尺寸为52.2m×55.3m，柱网尺寸为8.1m～9.0m，地下室层高为5.7m，一层层高为4.5m，二～六层层高均为3.6m，在标准组合工况下，最大柱底力约为6000kN，图1为地上结构平面布置图。

图1 结构平面布置图

根据地质勘察报告，拟建场地地质条件较为复杂，本文以该工程为例，充分利用地基承载力，针对各种基础方案的优缺点，选取合适的基础型式。

2 场地工程地质条件

根据本次地质勘察资料，本场地在勘探深度28.50m范围内所分布的地层除表层分布有填土(Qml)外，上部土层为第四系全新统冲积成因一般黏性土（Q4al），中部土层为第四系上更新统冲洪积成因黏性土（Q3al+pl），下伏三叠系白云岩（T）。各岩土层工程地质特征分述如下。

第(1)层杂填土。结构松散，土质不均，物理力学性质差异性大。

第(2-1)层淤泥质黏土。呈流塑状态，高压缩性，强度低，普遍分布，层厚较厚，不能作为拟建建筑物基础持力层。

第(2-2)层黏土。呈可塑状态，该土层具中等压缩性，强度一般，局部缺失，层厚较薄，不宜作为拟建建筑物地基基础持力层。

第(3-1)层黏土。呈硬塑状态，该土层具中等偏低压缩性，强度较高，分布均匀，层厚较厚，可作为拟建建筑物天然地基基础持力层及桩基持力层。

第(3-2)层含砾黏土。呈硬塑状态，该土层具中等偏低压缩性，强度较高，局部缺失，层厚相对较厚，可作为拟建建筑物天然地基基础持力层及桩基持力层。

第(4)层中风化白云岩。强度高，可视为无压缩变形岩层，分布均匀，厚度较大，是良好桩基础持力层及下卧层。

同时，经钻探揭露，场区岩溶见洞率约3.70%，属岩溶微发育地段，规模较小，埋深较大，属埋藏型岩溶，场区未发现土洞。若采用中风化白云岩做桩基持力层，桩基施工前需进行施工勘察。

场地各地基岩土层的承载力特征值fak及压缩模量Es(1-2)值如下表1所示，典型工程地质剖面图如图2所示。

各地基岩土层的承载力 表1

图2 工程地质剖面图

3 地基基础选型

3.1 天然地基

依据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）[4]规定，本项目地基承载力可进行宽度和深度修改，通过图2可知，基础底绝大部分处于第（2-2）层黏土层，根据初步推算，拟采用整筏基础，基础埋置深度自室外地面算起，筏板厚度暂取600mm。修正后地基承载力特征值如 下 ：fb=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)，其中 fak=120kPa，ηb=0，ηd=1.0，γm=18kN/m3，室外天然地面标高为21.53m，基础底标高为16.6m，则d=21.53-16.6=4.93m，经计算，修正后地基承载力特征值fa=199.74kPa,低于标准组合时基础底面边缘最大压应力值Pkmax=220kPa。

通过上述计算结果可知，经修正后的地基承载力低于标准组合时基础底面边缘最大压应力值，采用天然地基方案不可行。

3.2 预应力管桩

依据地质勘察报告，根据场地工程地质条件，结合拟建建筑工程特性，推荐采用的桩基础型式为钻孔灌注桩及预应力管桩，成桩均是可行的。

本节先对预应力管桩方案进行论述，预应力管桩桩端持力层可选(3-2)层黏土，其桩基设计参数如表2所示。

预应力管桩桩基设计参数 表2

依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[7]，经过计算可知，当以第（3-2）层为持力层，单桩承载力特征值为770kN，桩长为9.8m～12.5m，共需布置525根工程桩，3根试桩，管桩桩基平面布置图见图3。

图3 管桩平面布置图

3.3 钻孔灌注桩

依据场地工程地质条件和拟建建筑工程特性，地勘报告建议也可使用钻孔灌注桩，本节对钻孔灌注桩方案进行论述。

当选用钻孔灌注桩时，桩端持力层为第(4)层中风化白云岩，但是地勘资料表明，经钻探揭露，场区岩溶见洞率约3.70%，属岩溶微发育地段，规模较小，埋深较大，属埋藏型岩溶，桩端应穿过溶洞进入稳定基岩，桩基施工前需进行施工勘察，钻孔灌注桩桩基设计参数如表3所示。

钻孔灌注桩桩基设计参数 表3

依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[7]，经过计算可知，当以第（3-2）层为持力层，单桩承载力特征值为4200kN，桩长为13.7m～15.9m，共需布置127根工程桩，3根试桩，钻孔灌注桩桩基平面布置图见图4。

图4 钻孔灌注桩平面布置图

3.4 CFG复合地基

通过本文第3.1节天然地基方案可知，天然地基承载力仅比标准组合时基础最大压应力值略小，对天然地基进行处理也是一种较好的选择。工程地质勘察报告亦建议可使用CFG桩进行处理后再采用筏板基础，处理深度至（3-1）层黏土，处理后的地基土应进行强度检测。

根据地质勘察结果，结合本地区经验，并参照现行有关规范规程综合分析，CFG桩设计桩基设计参数如表4所示。

CFG桩桩基设计参数 表4

CFG桩选用直径500mm的长螺旋灌注桩，依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[7]，经过计算可知，当以第（3-1）层为持力层，桩长为6m时，单桩承载力特征值为400kN。再依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）[5]。

通过上述计算结果可知，经处理后的地基承载力高于标准组合时基础底面边缘最大压应力值，采用CFG复合地基方案可行，共需布置899根工程桩，3根试桩，CFG复合地基平面布置图见图5。

图5 CFG复合地基平面布置图

4 地基基础型式比选

本文通过多天然地基、预应力管桩、钻孔灌注桩和CFG复合地基进行计算复核，其中预应力管桩、钻孔灌注桩和CFG复合地基三种方案是可行的，通过对安全性、经济性、施工工期和施工难度等方面进行对比，选择一种最优方案。

4.1 安全性比较

预应力管桩持力层为（3-2）层含砾黏土层，CFG复合地基长螺旋钻孔灌注桩持力层为（3-2）层黏土层，钻孔灌注桩持力层为（4）层中风化白云岩层，因中风化白云岩层存在地岩溶发育特征，可能存在溶洞，安全性比预应力管桩CFG复合地基略低。

4.2 经济性比较

根据上述三个方案的工程量和综合单价，可得出各方案的总造价，通过表5可知，CFG复合地基造价最优，其次为预应力管桩，最后为钻孔灌注桩。

经济性对比 表5

4.3 施工工期比较

预应力管桩施工工艺采用预应力管桩机，CFG复合地基采用长螺旋灌注桩。钻孔灌注桩旋挖钻机，施工速度预应力管桩最快，同时不存在混凝土龄期影响，故施工工期最短。钻孔灌注桩需要布置钢筋笼和泥浆护壁，同时需进行施工勘察（一桩一孔），施工工期最长。长螺旋灌注桩因不存在布置钢筋笼、泥浆护壁和施工勘察，但是需考虑混凝土龄期影响，施工工期优于钻孔灌注桩，但是不如预应力管桩。

4.4 施工难度比较

预应力管桩、钻孔灌注桩、长螺旋灌注桩，是目前工程建设中常用的基础型式，施工工艺成熟，均需要大型设备进场，施工难度均不大，寻找相应的施工单位均不存在问题，各种方案均不存在施工难度大的问题。

4.5 综合比较

为便于建设方综合考虑，选择最适合本工程的基础方案，设计对预应力管桩、钻孔灌注桩和CFG复合地基三个方案从“优”“良”“中”三个等级进行评价，各项指标结果评价等级详表6。

综合对比表 表6

5 结论

本教学综合楼工程层数不高，但是地质条件较复杂，各种基础型式都似乎都可以采用，但又无法确定哪一种是最优选择，故通过对各种方案从不同方面进行对比，确定采用CFG复合地基是最优选择。

本文通过各种准确数据对比，有利于选取合理的基础型式，选取的基础型式在安全性、经济性、施工工期、施工难度上都具有较大的优势，满足了建设方的使用需求，取得满意的效果，并获得了建设方和其他参建单位的认可。目前该项目主体结构已经封顶，长期沉降观测数据均满足规范要求。