岩溶地区商业综合体基础设计

赵 斐，张龙生

（广州市设计院集团有限公司 广州 510620）

1 工程概况

某商业、办公综合体项目位于广州市白云区，东望白云山风景，西抵机场高速，北观白云公园，南眺广州城区，地理位置、景观条件优异。

本项目规划用地面积约为15 200 m2，总建筑面积约113 901.1 m2；±0.000标高为15.5 m，拟建3层地下室（功能为机动车库及非机动车库、厨房、设备房等），建筑面积约36 761.7 m2；地上拟建17 层，其中裙楼5 层，塔楼12层，结构高度度69.3 m，建筑面积77 139.4 m2。项目建筑效果、结构计算模型如图1、图2所示。

图1 建筑效果Fig.1 Architectural Renderings

图2 结构计算模型Fig.2 Structural Calculation Model

2 工程地质

本项目场地等级为二级场地（中等复杂场地），地基等级为一级地基（复杂地基），岩土工程勘察等级为甲级，场地由上到下覆盖岩土层情况，如表1所示。场地有31 个钻孔存在溶洞，1 个钻孔存在土洞。场地基底岩石为可溶性灰岩，在地下水流的渗流作用下，地下水沿裂隙及含有炭质薄膜相对软弱的灰岩岩层走向流动，使基岩缓慢溶蚀而形成，浅部基岩与上部孔隙水活动交替较强烈，土洞及溶洞之间存在密切的关系，存在土洞的地段，其附近必有溶洞或溶隙存在。场地钻探揭露溶洞有3种类型：充填溶洞、半充填溶洞及空洞。溶洞对桩基潜在一定的危害性［1］，溶洞顶微风化岩顶面厚度分布为0.3～1.5 m。但钻（冲）孔桩桩基穿过溶洞嵌入连续的微风化岩或连续厚度较大的微风化岩中，上覆的溶洞对桩基稳定性影响甚微。

表1 土层物理力学参数Tab.1 Physical and Mechanical Parameters of Soil Layers

3 基础设计

由于建设单位发生变更，原项目停止。现场已按原设计完成支护桩（尚未出土）、工程桩的施工，如图3 所示。新的建筑方案调整竖向构件位置，如图4所示，结构布置内筒和外筒之间梁板结构改为平板，楼层重量从原设计的12 kN/m2增加至17 kN/m2［2］，需重新进行基础设计。

图3 已经施工的工程桩Fig.3 Engineering Piles that Have been Constructed

图4 新旧方案竖向构件示意Fig.4 Drawings of Old and New Vertical Components

原基础采用嵌岩灌注桩基础，平均桩长7～15 m，直径为1.0～1.8 m，承载力如表2所示。

表2 原灌注桩承载力Tab.2 Bearing Capacity of the Original Perfusion Pile

3.1 确定已施工桩的利用原则

⑴对已施工的199 条桩进行抽芯检测［3］，以反馈桩身缺陷情况及深度、沉渣厚度、持力层厚度，桩底持力层连续厚度要求按《建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011》［4］规定的“3D及5 m 较大值”确定，D为桩径，抽芯后的数据如下：①桩底持力层连续厚度≥5 m且无沉渣，62根；②桩底持力层连续厚度≥5 m但有沉渣大于50 mm，26根；③无法取样，18根；④桩底持力层连续厚度＜5 m 且桩底溶洞已完成注浆，43 根；⑤桩底持力层连续厚度＜5 m但桩底溶洞未注浆，50根。

⑵根据抽芯数据，旧工程桩未经处理不能按满承载力进行取值。根据桩底持力层连续厚度情况分段计算，对桩底持力层厚度小于5 m 且尚未进行桩底溶洞注浆［6］的，按注浆体强度4 MPa进行假定计算，逐条计算这些已施工钢筋混凝土灌注桩实际可取的单桩承载力，具体如下：

情况一：2 m≤桩底持力层连续厚度＜5 m，以注浆体强度4 MPa、微风化灰岩强度30 MPa，计算承载力。

情况二：桩底持力层连续厚度＜2 m，桩底5 m 深度范围之注浆体及微风化灰岩的强度，均以4 MPa 进行计算承载力。

⑶根据实际可取的单桩承载力，建设单位从经济性考虑，对持力层的注浆处理，有如下建议：

①如通过对桩底溶洞注浆手段能产生较大经济效益的（如较大减小地基处理面积等），后续对桩底持力层厚度＜5 m 且尚未进行桩底溶洞注浆的桩底，进行注浆处理。

②如通过对桩底溶洞注浆手段能产生经济效益有限的（如实际提供的桩基承载力较小等），对该桩的桩底溶洞不进行注浆，该桩按作废处理。

根据上述3 个方面情况，最终确定已经施工桩的利用方案为：

①已经施工且100%承载力的桩数量93条；②已经施工且70%承载力的桩数量14条；③已经施工考虑为废桩的数量为92条。

基础的新设计方案如图5所示。

图5 新基础设计方案Fig.5 New Foundation Design Scheme

3.2 基础承载力设计

根据旧桩利用原则，采用旧桩（桩基础承载力折减使用）+新桩（补桩）+防水板的思路，进行基础设计：

⑴东塔核心筒，采用已施工灌注桩基础+新增灌注桩基础［6］。

⑵东塔外围框架，大部分采用已施工灌注桩基础+新增灌注桩基础，局部受场地基坑支护水平梁影响采用微型钢管桩基础。

⑶西塔核心筒，采用已施工灌注桩基础+新增灌注桩基础+微型钢管桩基础［7］（竖向构件贴着地下室侧壁灌注桩基础无施工作业面）。

⑷西塔外围框架，大部分采用已施工灌注桩基础+新增灌注桩基础，局部采用微型钢管桩基础（竖向构件贴着地下室侧壁灌注桩基础无施工作业面）。

⑸裙楼部分，采用补充微型钢管桩基础或已施工灌注桩基础可以满足承载力要求不补桩。

补充的灌注桩基础，直径均为1 m，持力层为微风化灰岩，入岩深度1 m，单桩竖向抗压承载力7 000 kN，单桩竖向抗拔承载力1 000 kN。

微型钢管桩基础，钢管直径168 mm，壁厚10 mm，成孔直径219 mm，持力层为微风化灰岩，钢管桩有效嵌微风化岩深度1m、要求桩端下微风化岩连续厚度≥2 m。单桩竖向抗压承载力600 kN，单桩竖向抗拔承载力300 kN；微型钢管桩基础静载试验结果，如表3所示。

表3 微型钢管桩基础静载试验结果汇总Tab.3 Summary of Static Load Test Results for Micro Steel Pipe Pile Foundations

由于项目场地西侧临近地铁2号线（正常运营，不可中断），地铁单位要求临近地铁范围不可进行振动施工。微型钢管桩基础采用无振动施工［8］，灌注桩采用全套管全回转施工。

3.3 抗浮设计

地下室底板面标高-13.4 m，地下室底板厚度0.7 m，建筑首层室内外高差0.2 m。根据地勘资料，抗浮设计水位取在室外地面［9］，即水头高度为13.4-0.2+0.7=13.9 m。从控制成本的角度考虑，抗浮设计［10-13］采用抗拔桩的方式，已施工的灌注桩无法满足抗拔要求时，局部设置抗拔锚杆，具体如下：

⑴承台由已施工灌注桩基础+后施工灌注桩基础抗浮。

⑵承台由已施工灌注桩基础+后施工微型钢管桩基础抗浮。

⑶承台由已施工灌注桩基础（如裙楼范围在不补充桩基础的情况下，原有灌注桩基础可以满足竖向承载力要求），通过局部增加抗拔锚杆抗浮。

4 专家评审意见

该项目存在已施工灌注桩与新柱网不对应、新方案建筑较原方案建筑自重大、原已施工灌注桩的桩底持力层缺陷、土方已挖至基底、基坑水平撑已施工完毕等不利因素。

为对原已施工灌注桩的质量进行判定、采用合理可行的地基与基础处理方案以承载拟建建筑。经与专家论证，形成意见如下：

⑴基坑已开挖，受场地限制原因，原已施工的“2 m≤桩底持力层连续厚度＜5 m”的及后续的钢筋混凝土灌注桩承载力检测方法可为“高应变”。

⑵已施工灌注桩的抽芯资料可作为桩基础设计依据。

⑶新增钢管桩可采用1.25 m×1.25 m 的间距布桩，钢管桩需采取切实有效措施保证持力层厚度。

⑷如施工前的试桩检测成果可行，ϕ168 钢管桩的单桩承载力特征值可取600 kN。

5 结语

⑴本项目位于岩溶地区，且在原设计的工程桩完成施工的情况下，方案变化后的基础设计核心问题为：实际可取的单桩承载力。

⑵综合成本方面，同时考虑原已施工灌注桩的桩底持力层缺陷、土方已挖至基底、基坑水平撑已施工完毕等现不利因素，对原已施工灌注桩的质量判定后，得出已施工灌注桩（折减承载力）+新增灌注桩（高层塔楼）+新增钢管桩基础（裙楼）方案是可行的。

⑶该项目运用了大量的ϕ168 钢管桩，单桩承载力特征值取600 kN，可供同类工程参考。