地方高层建筑地基基础设计探微

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1地基基础设计方案选择
①根据该建筑物承载力要求，通常场地地层岩性特征滿足上部建筑物承载力要求时，设计选择天然独基、条基和筏板是较为经济合理的。该工程为一层地下室基坑开挖后基础基本可以直接坐落在圆砾层上，为了准确地确定地基承载力特征值，在场地内随意抽取了4个点进行浅层平板载荷试验工作。试验用的承压板为圆板，面积为0.5m2，每个测试点基坑宽度8m×8m，并保持试验土层的原状结构和天然湿度，平整底面后用中细砂平整。试验严格按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)附录C《浅层平板载荷试验要点》中的要求进行，以确定浅部地基土层承压板下的承载力。从现场所选的4个点做的载荷压板试验结果看，只有两个点满足设计要求的承载力特征值，另外两个点远远低于设计要求。分析其原因，发现圆砾层修正后的地基承载力特征值能满足建筑物对地基持力层的强度要求，其下卧层强风化泥岩层却不能满足强度要求。因此，该项目的基础形式不宜采用天然独基、条基和筏板方案的基础设计。
②当天然独基、条基和筏板不能滿足上部建筑物承载力要求时，才可能采用桩基础设计，而静压桩和钻孔桩均为桩基础类型。静压桩是利用施工终止压力评估的单桩承载力，具有直观、迅速的特点，是其它桩型无法比拟的。现场选取了8个点做静压桩，3根试验桩均在进入中风化泥岩层后约1m就压不下去了，另外两根则无法穿过砂砾层，多根桩达不到设计要求的有效桩长，故方案二无法实行。分析其原因：根据岩土工程勘察报告地质钻孔揭露表明，其圆砾层、泥岩埋深可以达到6m深，但是，实际上场地地层埋深变化较大，试验处圆砾层、泥岩埋深仅达4.50m，其静压桩长有效长度无法满足设计要求。事实上南宁市很多高层建筑出现的基础施工问题，很多都是静压桩无法穿过密实的砂砾层进入到圆砾层。如原广西建设厅办公住宅楼项目，就是因为大量的静压桩无法达到设计深度，使得有效桩长达不到设计要求，即使采用引孔、导孔也难达到目的；钻孔桩具有单桩承载力大、抗震性能好、施工效率高、费用低廉及在施工过程中噪音小、公害少等优点。现场做了9个钻孔桩，由于地下水量较大成孔缩径严重，导致桩的完整性差（经低应变测试多为三类桩），后经载荷试验，其结果表明，所测试的3根试验桩的单桩竖向承载力特征值分别为720kN、840kN、840kN，均达不到设计要求的1200kN。
③当桩基础设计与场地地层岩性特征不符时，结构工程师应与岩土工程师密切配合，反向思维采用复合地基处理，将场地地层进行加固，使其地基承载力特征值满足强度要求后，再选择设计天然独基、条基和筏板基础。在地基处理（CFG桩）完成28天后，随机抽选了71根基桩进行低应变法检测，以检测施工的CFG桩桩身结构完整性。低应变法检测所检测的71根基桩中I类桩49根，占总检测数的69%；II类桩22根，占总检测数的31%。根据低应变法检测结果表明，所施工的工程桩桩身结构完整性均满足设计要求。在现场选取了4个点做复合地基静载荷试验，地基处理的承载力满足要求。以最大沉降差与平均边(取值为10m)相对比，得出各栋建筑最大基础倾斜，均小于《建筑地基基础设计规范》中高层建筑的基础倾斜允许值5mm。根据沉降观测数据分析，其平均沉降量、平均沉降速度，均小于《建筑地基基础设计规范》中规定的沉降量允许值6.67mm/次(根据中压缩性土在施工期间完成的沉降量为20%～50%，施工期间需观测16次，可得其阶段沉降量允许值200×50%÷（16-1）=6.67mm)，沉降幅度在规定安全范围内。根据试验结果表明，建筑物沉降变形可满足规范要求，该场采用CFG桩进行地基处理的方案是可行的。根据荷载试验结果可知，CFG桩地基处理的承载力特征值为500kPa，满足设计要求。
2地基基础设计方案比选的结论
通过以广西地矿局市场运作房作为工程实例验证，高层建筑地基基础设计合理准确的选定非常重要。静压桩方案所进行的压根试验桩无法穿入圆砾层，进入泥岩效果不好，无法达到设计要求的有效桩长；而长螺旋钻孔压灌钢筋混凝土桩方案在进行竖向抗压静载试验后发现，所测试的试验桩的单桩竖向承载力特征值也达不到设计要求；CFG桩复合地基方案通过荷载试验，CFG桩地基处理的承载力特征值满足设计要求。经过3种方案的现场试验检测，方案一、二均无法满足设计要求，仅方案三达到了设计要求，故该项目采用CFG桩复合地基处理+筏板的基础方案更为合理有效。
3地基基础设计选择遇到的问题
高层建筑地基基础设计无法按原设计施工的原因是多方面的，现详细分述如下：
①地质勘察的问题。由于建筑场地及其经济等条件的限制，勘察施工过程中往往很难查明场地内及其附近埋藏的管道、线路以及地下水涌水等详细情况，所提供的地层物理力学参数指标不全面，另外，勘察技术人员对建筑结构设计不了解，给出的建筑基础类型或地基处理建议不尽合理。如广西通业房地产开发的飞扬通业写字楼，由于岩土工程勘察报告提供的地层岩性不确定性、地下水涌水量没有量化，使原先设计挖孔桩施工不到30％，被迫撤出改用钻孔桩，结果钻孔桩也无法施工，最后改用CFG桩地基处理达到设计承载力要求后，铺设筏板基础才得以完成基础施工，为此，该工程工期多花了一倍时间。
②设计方面的问题。对场地岩土勘察报告等资料了解不透，对一些地质概念缺乏了解，对岩土勘察报告中提供的参数应用范围不理解，对所提供的建筑基础方案的推荐利弊不能得出一个准确判定，结果基础施工先后采用天然地基独立柱、筏基础、筏（箱）基础、桩基础等方案也没有解决问题的例子屡见不鲜。如广西药用植物园职工住宅楼工程，因设计考虑不周，没有仔细分析岩土工程勘察报告，基础类型盲目采用静压桩施工，结果在实际施工过程中由于基底多地段圆砾层埋深浅，静压桩无法压入圆砾层中，致使静压桩有效长度无法满足规范要求，致使3栋高层建筑物基础重新设计施工，由原设计静压桩改为长螺旋钻孔桩，才使得基础达到规范要求。
③施工质量的问题。在现行管理体制下，施工单位分包现象普遍存在，分包单位在工作范围的界定上很难做到明确具体。主观上各单位在利益的驱使下，总希望相关单位承担更多的工作，往往造成工序上的遗漏，人为带来一些问题，增加了协调管理的复杂性。此外，施工组织管理不健全，施工人员、管理人员的素质参差不齐，也会给施工中相关人员协调工作带来困难。如南宁市第二人民医院新建门诊综合楼，最初基础设计施工是采用人工挖孔桩，两层地下室基坑开挖深度较大，要求地下水位降水要达到一定深度，结果在其施工过程中，由于地下水没有达到设计要求，在整个施工带水作业中无法进行人工挖孔桩施工，挖孔桩被迫改为旋挖机施工。
4结语
高层建筑地基基础设计选择是整个结构设计中的一个重要组成部分，直接关系到工程造价、施工难度和工期，因此应认真研究场地岩土性质和上部结构特点，通过综合技术经济比较确定高层建筑的地基基础设计选择，除地基基础应满足现行规范允许的沉降量和沉降差的限值外，整体结构应符合规范对强度、刚度和延性的要求，安全可靠、经济合理才是设计选择的标准。从理论上设计计算来说，其选择方法较容易，而实际上每一个方法都有一个使用条件，很多时候往往是施工工艺无法满足设计要求，使得地基基础设计方案的选择夭折。针对南宁地区高层、超高层的建筑，如果基础底主要持力层有遇粗砂或圆砾，且地下水位高时，那么在桩基础设计中，采用静压桩或钻孔灌注桩时就要谨慎从事。大量事实证明，当静压桩基础施工遇到密实的粗砂或圆砾时，静压桩均无法通过，即使采用引孔、导孔都无法满足设计要求，对此，建议反向思维采用复合地基处理，采用CFG桩是非常合理、快捷的好方法。