广州某岩溶地区基础设计分析

广州某岩溶地区基础设计分析

苏赐钦

广州瀚华建筑设计有限公司

摘要：针对本工程的地质特点，参照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《建筑地基处理技术规范》DBJ15-38-2005，分析不同基础形式的可行性、优缺点及经济性。

关键词：高层住宅；溶发育地区

一、工程概况

总建筑面积约20万m2，地下室建筑面积约7.4万m2，大部分两层地下室，局部一层地下室。共有11栋塔楼，其中1-9栋、11栋塔楼高度为21层，总高度约70m。仅10栋塔楼为18层。

本工程场地的地质有如下特征：

1.地表土层软弱

基底以上土层依次为人工填土，淤泥及淤泥质土(25个钻孔揭示)，松散～稍密粉细砂层及中粗砂层，软塑～可塑粘土层。基底下方大部分为可塑粘土层，局部为松散～稍密粉细砂层及中粗砂层。其中粉细砂层部分地段会产生液化，液化等级为轻微～中等。

其中地下一层部分基底土层承载力特征值fak=100～210kPa，地下二层部分基底土层的承载力特征值fak=160～210kPa。

2.溶洞、土洞强烈发育

本场地的下卧基岩主要为石灰岩，西区86个钻孔中共有42个钻孔揭露到溶洞，见洞率48.9%，且溶洞个别顶板较薄，最薄处仅0.2m，容易造成顶板塌落和地面塌陷。溶洞洞顶埋深为11～43m，平均洞顶埋深为26.13m，洞底埋深为11.9～45.2m，平均洞底埋深为27.81m。

揭示的溶洞中，85%的溶洞填充有粉质粘土，15%溶洞无填充或半填充。

在揭示溶洞的钻孔中，溶洞顶板厚度<1m的共有22个，占见洞钻孔的52.3%，占所有钻孔的26%。揭示土洞6个，占所有钻孔的7%，最大土洞高度7.2m。

由以上特点可以看出，本场地属于一级复杂场地，基础设计等级为甲级。

3.各栋塔楼的地质条件

根据地质报告，可统计得出各栋塔楼的桩长情况如下表所示：

三、基础选型

（一）、浅基础

根据地质报告统计后可知，基底下方土层较差，主要为软塑粉质粘土层及松散细砂层，部分区域为松散中、砾砂层或可塑粉质粘土层，局部为淤泥，土层承载力为65～240kPa，分布不均。且部分地段分析砂层地震时会产生液化，故单纯浅基础方案不适合本项目。

（二）、预应力管桩

由于灰岩的单轴抗压强度较高、岩面起伏剧烈、粘土下方便直接到达微风化岩层，过度层缺失，溶洞和土洞大量存在。若采用管桩，将造成大量的断桩，且对土洞和易坍塌的溶洞还需单独处理，故预应力管桩方案不适合本项目。

（三）、灌注桩（选用旋挖桩）

由于旋挖桩可适合各种复杂的地质条件，成桩过程中可同时处理桩底的溶洞和土洞，地下室部分的旋挖桩还可同时作为抗拔构件，无需再单独施工抗拔锚杆，在本场地有较大的优势。

（四）、刚性桩复合地基（静压预应力管桩+筏板基础的方案和CFG桩+筏板基础的方案）

由于本项目基坑底土层承载力低且不均匀，溶洞埋藏较浅，顶板薄且易产生塌落，部分钻孔揭示有土洞，地质条件复杂，需进行地基处理，且应在地基处理前对筏板基础范围内的地下溶洞进行灌浆处理。

四、经济性分析

针对本工程场地地质的上述特点，以1栋高层塔楼及典型地下室为例，桩长采用上表统计的平均桩长，各子项单价参照广州当地工程单价，将几种可能采用的基础型式对比如下：

(一)旋挖桩方案：

1.造价分析

(1)塔楼区域：选取1栋塔楼进行计算

基础布置详图一，其中直径800桩29条，直径1000桩26条，直径1200桩16条，直径1600桩2条，平均桩长19.2m；承台面积为324m2，承台高1.3m，按与筏板同样范围底板计算，扣除承台面积后的底板面积为1137-324=813m2，地下室底板厚度0.40m，混凝土等级C35,底板钢筋14@150(HRB400)双层双向拉通。承台底钢筋双向20@150(HRB400)。超前钻钻孔数量为73*2=146个（每桩两孔），每孔长度约24.7米，加约2米空钻一共26.7米。

需考虑的造价包含：旋挖桩、底板及承台、基坑土方、超前钻。经初步统计，以上各项总造价为2908061元，折合每平方造价2558元。

(2)地下室区域：选取8.4*8.4米标准跨进行分析，竖向轴力为6500kN，抗拔力为1460kN。选用旋挖桩桩径φ1000，兼做抗拔桩。桩长采用平均桩长19.2m。由于地下室底板采用平板式，桩基础周边需设置柱帽，故承台与底板造价与地基处理基本相同，以下仅比较纯桩基础及抗拔构件的造价。

旋挖桩造价为25471元，折合每平方造价361元。

(二)静压预应力管桩+筏板基础的方案：采用φ500厚壁AB型预应力管桩，结合筏板基础。

1.造价分析

(1)塔楼区域：选取1栋塔楼进行计算

桩布置500@2000X2000mm，共301条，平均长度约为16.3m，以中、微风化灰岩为持力层，考虑断桩率为15%。筏板厚度1300mm，筏板面积1137m2，筏板混凝土等级C35，底面筋25@150(HRB400)双向拉通，支座另加详图二。筏板底面下设置300厚碎石褥垫层，超前钻钻孔数量为73个，每孔长度约24.7米，加约2米空钻一共26.7米。

需考虑的造价包含：管桩、筏板、基坑土方、褥垫层，超前钻，溶洞处理。经初步统计，以上各项总造价为3152029元，折合每平方造价2772元。

(2)地下室区域：选取8.4*8.4米标准跨进行分析，竖向轴力为6500kN，抗拔力为1460kN。需配6条500管桩，由于单个承台桩数量较少，当断桩时补桩的数量高于筏板，故按断桩率25%考虑，桩长按平均桩长取14.3m。

管桩造价25740元，折合每平方造价365元。

(三)CFG桩+筏板基础的方案：采用φ400CFG桩，结合筏板基础。

1.造价分析

(1)塔楼区域：选取1栋塔楼进行计算

桩布置400@1200X1200mm，共840条，平均长度约为16.3m，以中、微风化灰岩为持力层。筏板及褥垫层做法同管桩，超前钻做法同管桩。

需考虑的造价包含：CFG桩、筏板、基坑土方、褥垫层，超前钻，溶洞处理。经初步统计，以上各项总造价为3620043元，折合每平方造价3184元。

(2)地下室区域：选取8.4*8.4米标准跨进行分析，竖向轴力为6500kN，抗拔力为1460kN。需配16条400CFG桩，桩长按平均桩长取14.3m，其中有8条抗拔桩，抗拔桩钢筋7φ16，长度17m，箍筋φ8@200，加劲箍φ10@200。

CFG桩造价32700元，折合每平方造价464元。

五、最终的造价对比表格：

六、各基础形式优缺点

(一)旋挖桩方案

1.优点如下：

(1)旋挖桩可适合各种复杂的地质条件，成桩过程中可同时处理桩底的溶洞和土洞，地下室部分的冲孔桩还可同时作为抗拔构件。

(2)基坑开挖深度较小。

(3)可在地表进行施工或开挖到基底再进行施工，施工的安排较为自由。若开挖到基底施工，为避免冲孔桩或旋挖桩泥浆对施工场地的影响，开挖时坑底以上需保留至少1m的保护土层。

2.缺点如下：

(1)需在成桩之前对所有桩位进行超前钻，根据超前钻资料确定每条桩的桩长。由于灰岩较发育，建议每条桩需布置两个超前钻孔。

(二)静压预应力管桩+筏板基础的方案

1.优点如下：

(1)施工速度较快

(2)由于管桩采用静压成桩，桩身质量较为可靠。

2.缺点如下：

(1)由于灰岩的抗压强度较高、岩面起伏剧烈、粘土下方便直接到达微风化岩层，过度层缺失，溶洞和土洞大量存在。若采用管桩，易造成大量的断桩。故灰岩区的管桩施工需大大降低管桩的承载力，并采用抗弯性能较好的AB型桩以减少断桩率。

(2)由于灰岩岩面起伏剧烈，管桩的桩长变化较大，若采用送桩极易造成超深而达不到终压值的情况。故一般需开挖到基底再进行压桩。由于本项目存在两层地下室，管桩基础对现场的施工组织有一定的影响。

(3)需在施工前对场地进行超前钻。并先对超前钻揭示的土洞进行填充处理，再开始桩基础施工。

(4)对超前钻揭示溶洞顶板较薄（如≤1m）的区域，可在管桩施工完成后在桩芯内部成孔，另外设置钢管并进行注浆处理。处理的区域可结合超前钻判定。

(5)基坑开挖深度大于旋挖桩方案。由于属于地基处理，开挖到基底需留1m~1.5m的保护土层，避免基底土层受到扰动。

(三)CFG桩+筏板基础的方案

1.优点如下：

(1)施工速度较快

(2)桩施工时可对土洞同时进行填充处理，无需预处理土洞。

2.缺点如下：

(1)由于本场地灰岩发育剧烈，溶洞顶板薄，溶洞顶板厚度<1m的钻孔占见洞钻孔的52.3%，在塔楼荷载作用下易产生塌陷。故塔楼区域需对溶洞顶板较薄的区域（如≤1.5m）进行注浆处理，注浆处理区域可结合超前钻判定。

(2)地下室区域CFG桩需同时作为抗拔桩，故需在桩中插入钢筋笼，此施工工艺一般需开挖到基底才能进行CFG桩施工。由于本项目存在两层地下室，抗拔桩的施工对现场的施工组织有一定的影响。

(3)基坑开挖深度大于旋挖桩方案。由于属于地基处理，开挖到基底需留1m~1.5m的保护土层，避免基底土层受到扰动。

(4)一般CFG桩的收桩标准为钻至无法钻进为止，现场较难控制。

七、结论

经过上述分析可知，单从经济性考虑，旋挖桩方案造价最低，但从施工速度上来比较，静压预应力管桩+筏板基础的方案最快，做为建设单位，时间也是一种成本，因此需根据项目情况，结合经济性以及工程进度需求进行选择合理的基础方案。最终，本项目在工期允许的条件下，选用了旋挖桩方案。

参考文献

[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）.

[2]《建筑地基处理技术规范》（DBJ15-38-2005）.