渭河階地高層建筑采用CFG復合地基的可行性分析

 

文曉峰

深圳大學建筑設計研究院西安分院 710075

    西安渭河一級階地由于其特殊的土層結構，對于建造高層建筑特別是高度接近100米的高層建筑時地基基礎的選型有很大研究空間。

 

    某小區位于渭河南岸，擬建建筑為剪力墻結構，地上32層，其中1~3層為商場，4~32層為住宅，地下一層為人防工程（頂板覆土厚0~1.7m），地上建筑總高度為96.25m。正負零絕對高程378.20m。基礎底標高-7.0m(高程371.200m)。

 

    據該項目巖土工程勘察報告，該場地平坦，地面高程介于376.09~377.80m之間。地貌單元屬渭河一級階地。勘探深度范圍內土層依次為：

    ①、素填土Q^ml：主要由粘性土組成，土質松散。層厚0.5~4.1m。

    ②、黃土狀土Q₄^1al+pl：褐黃色，大孔隙，硬塑。層厚0.8~3.0m。

    ③、黃土狀土Q₄^1al+pl：褐黃色，可塑。層中有細砂夾層。層厚3.4~6.3m。承載力特征值fak=200Kpa。

    ④、細砂Q₄^1al+pl：黃灰色，石英-長石質，均粒結構，級配較差，濕~飽和，中密。層厚0.9~3.2m。承載力特征值fak=180Kpa。

    ⑤、中粗砂Q₃^al+pl：灰黃色，石英-長石質，混粒結構，級配較好，飽和，密實。層厚9.9~14.2m。承載力特征值fak=350Kpa。

    ⑥、粉質粘土Q₃^al+pl：灰色，土質均勻，含氧化鐵,可塑。層厚2.0~5.1m。屬中壓縮性，承載力特征值fak=200Kpa。

    ⑦、中粗砂Q₃^al+pl：灰黃色，石英-長石質，混粒結構，級配較好，飽和，密實。層厚12.3~14.8m。承載力特征值fak=350Kpa。

    ⑧、粉質粘土Q₂^al+pl：灰~灰黃色，土質均勻，含氧化鐵和鈣質結核,可塑。層厚1.2~2.9m。承載力特征值fak=220Kpa。

    ⑨、中粗砂Q₂^al+pl：黃灰色，石英-長石質，混粒結構，級配較好，含少量圓礫，飽和，密實。未揭穿，最大揭露厚度30.3m。承載力特征值fak=350Kpa。

    本場地地下水屬潛水，勘察期間穩定水位深度介于12.40~13.80m，相應高程為363.69~364.09m。地下水位年變化幅度為1.0~2.0m.勘察期間屬于平水位期。

    該工程所處位置的具體工程地質剖面詳圖一所示，該樓基底高程371.20m，位于③黃土狀土層。

 

筆者考慮了混凝土灌注樁和CFG復合地基兩種地基基礎方案：

    1、混凝土灌注樁方案：樁徑600mm，樁長34米，單樁承載力特征值可達到3000KN，墻下布樁總數233根，樁基造價156萬元。優點是承載力高，缺點是穿越較厚砂層時成孔困難，易踏孔，需要大量泥漿護壁，將影響樁承載力的發揮，現場污染嚴重，并且試樁工期長。較以下方案無明顯經濟優勢，本工程不予考慮。

 

    2、CFG復合地基方案：由以上土層信息可知，采用CFG復合地基時⑥粉質粘土及⑧粉質粘土為軟弱下臥層對發揮整體承載力及控制沉降不利。⑥粉質粘土在基底下16~18m，層厚1.9~3.8m， ⑧粉質粘土在基底下33m，層厚1.6~2m，由于埋藏很深，地基壓力到此處衰減很大，且土層較薄壓縮量有限，該層的不利影響可忽略不計。故根據對⑥層土的不同利用可有如下兩種子方案：

2-1、樁穿越⑥層土的長樁CFG復合地基。

 

    采用常用的0.4米樁徑，樁端進入⑦中粗砂層不少于0.5米，樁端以下均為密實的中粗砂，基礎的沉降量能達到最小化，保證主樓安全可靠。根據鉆孔信息樁長取20.5米，基礎采用普通筏板基礎，筏板自地下室外墻出挑1.0米，經電算基底壓力標準值570Kpa，根據《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2002式（9.2.5）計算取樁間距1.4米等邊三角形布樁可滿足承載力要求。造價詳表一。

表一

 

 

 

 

 

 

    2-2、以⑥層土為下臥層的短樁CFG復合地基。

    樁徑0.4米，樁端位于⑤中粗砂層中下部，距離⑥層土2米(參照《建筑樁基技術規范》94-2008第3.3.3.5條，取5d=5*0.4=2m)，則樁長取12米。計算⑥層土作為軟弱下臥層，當滿足承載力要求時須基底壓力不大于520Kpa,故須在保證基礎剛度前提下調整增大基底面積以減小基底壓力，經計算筏板須自地下室外墻出挑1.5米。根據《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2002式（9.2.5）反算，fsk=520Kpa時等邊三角形布樁樁間距取1.2m。造價詳表一。

 

    本工程為32層高層，地基基礎等級為甲級，應以控制變形為首要任務，按此方案計算基礎平均沉降量如下：

    地層剖面詳圖一。基礎底板尺寸為37x37m，計算圖二所示筏板中心點的沉降。

                                   

 

                               圖一

    a、基底附加壓力標準組合值：P0=570-17x6.7=456Kpa，

    b、預估沉降計算深度：

    因有⑥、⑧兩個軟弱土層，故擬計算至⑧下⑨層內1米處，即基底下35.85米處。

 

    a、計算CFG復合地基部分的壓縮模量：

    根據《建筑地基處理技術規范》9.2.8復合地基壓縮模量相對于天然地基壓縮模量的倍數：

    ξ=f_spk/f_ak=570/350=1.62

    故復合地基壓縮模量：Es₁=1.62x30=48.6取45MPa

 

    b、計算地基沉降量：由《地基基礎設計規范》表K.0.1-2查各α_i值，計算內容見下表一。

表一

 

    c、 復核計算深度：

    由《地基基礎設計規范》表5.3.6，Δz=1.0m。

    自36.85m深度向上Δz即35.85米處⑧土變形值Δs8^’=0.004m，

    0.025∑Δs8^’=0.025x0.225=0.006m

    Δs8^’<0.025∑Δs8^’

    故表一計算深度滿足規范要求。

 

    d、確定最終沉降量：

     計算深度范圍內壓縮模量的當量值：

      =∑Ai/∑(Ai/Esi)

      =6.4340/(2.9639/45+0.9405/30+0.6513/16.3+1.6448/30+0.1593/17.9+0.0742/30)=32Mpa>20 Mpa

      根據《地基基礎設計規范》表5.3.5取 ψ_s=0.2

    本工程最終沉降量：Δs=0.225x0.2=0.045m=45mm

 

    總沉降量45mm與本地慣用的鋼筋混凝土基礎的沉降量相當，可見深層軟弱下臥層對總體沉降影響很小，且一般CFG設備穿越砂層成樁時短樁比長樁更容易施工，成樁質量好，施工快；短樁相對于長樁節省造價20%，有可觀的經濟效益。

 

    綜上，在西安渭河一級階地建造高度接近100米的高層建筑，采用留置軟弱下臥層的短樁CFG復合地基方案是安全、快捷、經濟、環保的。

 

參考文獻：

【1】建筑地基基礎設計規范.GB50007-2002.北京：中國建筑工業出版社.2002：5.2-5.3.

【2】建筑地基處理技術規范. JGJ79-2002.北京：中國建筑工業出版社.2002：9.1-9.2.

【3】建筑樁基技術規范.JGJ94-2008. 北京：中國建筑工業出版社.2002：3.3.3.5.

作者簡介：文曉峰(1977-)，男，深圳大學建筑設計研究院西安分院，工程師，西安高新區科創168#西電科技園C座，710075，e-mail:wxfsd029@163.com