淺論貴州省桐梓縣城區高層建筑的基礎方案

滕 云

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局三總隊/ 貴州有色地質遵義勘測院，貴州 遵義 563000）

貴州省是碳酸鹽巖的主要分布區，區內以碳酸鹽巖主，上覆主要為第四系紅粘土層。由于紅粘土層厚度小，且地下水埋藏較深，故高層建筑基礎形式一般采用大直徑嵌巖樁（人工挖孔或機械成孔混凝土灌注樁）或獨立基礎形式；而桐梓縣城區地質條件較特殊：桐梓縣地處黔川南北向構造帶與東北向構造帶交接復合部，總趨勢是東高西低，南高北低，為黔北中山峽谷區。桐梓縣城四面環山，為山間河谷階地地貌，地勢平坦，第四系土層為沖積、洪積形成厚達幾十米的粘土（夾沙）、礫砂、卵石層，其下為二疊系龍潭組（P2l）炭質頁巖夾粘土巖煤層，局部夾泥質石灰巖，且地下水埋藏較淺，在地面下1.5 米左右，縣城區高樓越來越多，采用常規大直徑嵌巖樁施工難度大、工期長、造價高，故根據我院在該區某項目采用的樁筏基礎（PHC 樁）及PHC 單樁或多樁（承臺）基礎方案成功實施案例，淺論該區高層建筑的基礎方案，與大家共同探討。

1 某項目工程概況

桐梓縣某房地產開發有限公司擬在桐梓縣城區某地塊修建多棟高層建筑，擬建筑物幾何形狀平面上為矩形，呈北西—南東向展布，擬建筑物最多層數為33F/-1F，高99.6 m，剪力墻結構，±0.00 標高為926.20 m，負1F 底標高為921.70 m，單柱荷載最大約30000 kN/柱、最大面荷載400 kN/m2。

2 場地巖土結構及其特征

根據該項目勘察報告，在鉆探揭露深度范圍內，場地地層按其成因自上而下分為粘土層（可塑狀）、圓礫（碎石土）、粘土層（軟塑狀）及下伏中風化炭質頁巖、石灰巖等四部分組成，其性質、特征分述如下：①粘土層（Q4al）：黃至灰黃色，切面光滑、細膩，呈可塑狀，稍有光澤，局部夾有極少量灰巖碎石，分布于整個擬建場地，厚度分布不均，厚度在4.0～13.4 m 之間，一般厚度為8.57 m。②圓礫層（Q4al+pl）：粒徑大于2 mm 顆粒占總質量的64.95%，礫石母巖以泥質石灰巖為主、砂巖次之，顆粒形狀以圓形及亞圓形為主，結構稍密，壓縮性一般，級配不均，分選性較差，分布于整個擬建場地，厚度分布不均，厚度在7.3～14.1 m 之間，一般厚度為9.00m，主要分布深度在9.0～15.0 m 之間。③粘土層（Q4al）：灰白色，呈軟塑狀，稍有光澤，碎塊狀結構，廣泛分布于擬建場地圓礫層之下，厚度分布不均，厚度在0.0～17.9 m之間，一般厚度為8.46m。④二疊系龍潭組（P3l）炭質頁巖：深灰至灰黑色炭質頁巖，局部見薄層狀泥質石灰巖，巖質呈中風化，巖芯呈塊狀，短柱狀，含較多砂礫狀，巖芯采取率為66%～75%，根據《貴州建筑巖土工程技術規范》（DB22/46-2004）表6.3.1-2 巖體完整程度劃分為破碎；根據巖石天然單軸抗壓強度試驗為3.36～4.13MPa 之間，統計標準值為3.685MPa，根據《巖土工程勘察規范》GB50021-2001（2009 年版）3.2.2-1，巖石堅硬程度劃分為極軟巖；再根據表3.2.2-3 條，場地炭質頁巖巖體基本質量等級劃分為Ⅴ級。⑤二疊系龍潭組（P3l）灰巖：呈中風化，淺灰色，中厚層狀，巖石中局部含有方解石團塊，巖芯呈短柱狀、柱狀，含碎塊狀，巖芯采取率為68%～83%，根據《貴州建筑巖土工程技術規范》DB22/46-2004 表6.3.1-2，巖體劃分為較破碎；場地中風化石灰巖飽和單軸抗壓強度標準值為34.37MPa，根據《巖土工程勘察規范》GB50021-2001 （2009 年版）3.2.2-1，巖石堅硬程度劃分為較硬巖；根據《巖土工程勘察規范》GB50021-2001（2009 年版）3.2.2-3 條，場地石灰巖巖體基本質量等級劃分為Ⅳ級。

地下水埋深在地面0.50～4.80 m（地面標高起算）以下，地下水位標高在921.00 m 左右，本場地地下水為濕潤區強透水層中地下水，環境類別為Ⅱ類。本場地地下水對混凝土及鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性；本場地土對混凝土及鋼筋混凝土中的鋼筋具微腐蝕性。

3 巖土層物理力學指標

據項目勘察報告，各巖土層物理力學指標取值如下：可塑狀粘土fak=147 kPa、C=27 kPa、《建筑結構荷載規范》GB50009-2001（2006 年版）。φ=11.5°、γ=17.8 kN/m3，極限側阻力標準值qsik=60 kPa（混凝土預制樁），Es=5.0 MPa；圓礫層取極限側阻力標準值qsik=160 kPa，樁極限端阻力標準值qpk=8000 kPa，變形模量E0=32 MPa；軟塑狀粘土fak=90 kPa、C=18 kPa、φ=8°、γ=17.7 kN/m3，極限側阻力標準值qsik=45 kPa（混凝土預制樁），Es=3.1 MPa；取炭質頁巖天然單軸抗壓強度標準值frk=3.6 MPa、極限側阻力標準值qsik=160 kPa，樁極限端阻力標準值qpk=6000 kPa，泊松比u50=0.333，彈性模量E50=0.67×104 MPa；建議取中風化石灰巖飽和單軸抗壓強度標準值frk=34 MPa，中風化石灰巖巖石地基承載力特征值fa=4000 kPa。

4 地基基礎持力層分析與基礎方案確定

4.1 持力層的選擇

（1）土層

①可塑粘土（Q4 al）：廣泛分布于擬建場地表層，厚度分布不均，厚度在4.0～13.4 m，一般厚度為8.57 m。地下水埋藏較淺，承載力值校對較低fak=147 kPa，而擬建物上部荷載很大，故不能以可塑狀粘土作擬建筑物的基礎持力層采用筏板基礎。②圓礫層（Q4al+pl）：結構稍密，壓縮性一般，級配不均，分選性較差，分布于整個擬建場地，厚度分布不均，厚度在0.7～14.1 m，一般厚度為6.02 m，主要分布深度在9.0～15.0 m。根據現場對圓礫層作圓錐動力觸探試驗，圓礫層承載力值相對較低且整個擬建場地分布不均勻，而擬建物上部荷載較大，故不能以圓礫層作擬建筑物的基礎持力層。③軟塑粘土（Q4 al）：灰白色，呈軟塑狀，稍有光澤，碎塊狀結構，廣泛分布于擬建場地圓礫層之下，厚度分布不均，厚度在0.0～17.9 m，一般厚度為8.46 m。軟塑狀粘土普遍埋藏較深，且壓縮性較高，承載力值低，不能作擬建物基礎持力層。

（2）巖體

①二疊系龍潭組炭質頁巖（P3l）：擬建場地局部有分布，力學強度相對較高，埋藏較深，大部分埋藏深度在25 m 以下，可作為擬建物樁基可靠基礎持力層；②二疊系龍潭組灰巖（P3l）：廣泛分布于整個擬建場地，力學強度高，巖溶微發育，埋藏較深，大部分埋藏深度在25 m 以下，可作為擬建物樁基可靠基礎持力層。

4.2 基礎方案建議

根據上述對場地持力層的分析，結合擬建物荷載情況及結構關系，我單位（勘察單位）反復與建設單位、設計單位溝通，最終確定以中風化石灰巖及炭質頁巖作擬建物基礎持力層，高層建筑采用樁筏基礎方案，裙樓、多層商業及地下車庫等采用單樁或多樁（承臺）基礎方案。由于場地地下水埋藏較淺，上部土層厚度較厚，采用高強度混凝土預制樁（PHC 樁）。擬建場地基巖出露為灰巖及少量炭質頁巖，因兩種巖性抗壓強度及力學性質相差較大，基礎設計中充分考慮炭質頁巖與灰巖產生的不均勻沉降對地基基礎的影響。

5 設計基礎方案及試樁

5.1 設計基礎方案

該項目基礎設計等級為甲級，采用打入式預應力高強度混凝土管樁（PHC）基礎，樁徑為φ500，高層建筑按間距2.5 米布樁（見下圖），采用樁筏基礎；裙樓、多層商業及地下車庫采用單樁或多樁（承臺）基礎方案。樁端持力層為中風化石灰巖及炭質頁巖，樁極限端阻力標準值qpk=6000 kPa，單樁極限承載力特征值為1500 kN。

圖1 高層樁基礎平面布置圖

5.2 試樁

在擬建物基礎持力層在基礎正式施工前，施工單位按要求作3 根試樁，打入高強度混凝土預制樁（PHC樁）作載荷試驗，單樁極限承載力特征值為1500 kN 以上，故按設計方案進行基礎施工。

5.3 方案對比

桐梓縣城區土層為沖積、洪積形成厚達幾十米的粘土（夾沙）、礫砂、卵石層，且地下水埋藏較淺，故高層建筑基礎型式長久以來均采用機械成孔泥漿護壁鉆孔灌注樁，施工式期長，易塌孔需反復成孔，施工安全隱患大，泥漿量大不易處理，且場地地表有泥漿，施工場地臟、亂、差。而采用采以采用打入式預應力高強度混凝土管樁（PHC）基礎，大大縮短基礎施工工期，無施工安全隱患，場地整潔，符合當前安全文明施工理念。

6 結 語

由于貴州（桐梓）地區以前極少采用高強度混凝土預制樁（PHC 樁）的基礎方案，故參建單位都非常重視。該高強度混凝土預制樁（PHC 樁）施工快，大大縮短了基礎施工工期（該項目比常規的機械成孔混凝土灌注樁計劃快約4 個月），質量能保證，施工安全，后期沉降變形觀測變形量完全在控制范圍之內?，F項目已竣工，業主已入住。故該項目采用的樁筏基礎（PHC 樁）及PHC 單樁或多樁（承臺）基礎方案成功實施案例，目前已被桐梓縣城區多個項目的基礎方案采用。