实际工程中的基础设计

实际工程中的基础设计

陈海云

奥意建筑工程设计有限公司 518031

摘要：基础设计是工程建设中非常重要的组成部分，对于提升工程整体结构质量具有重要意义。因此，必须要重视强化基础设计。本文以实际工程为例，探究了基础设计的主要内容，以期提升基础设计质量，进一步提升工程整体结构的安全性、稳定性与经济性。

关键词：基础设计；结构设计；筏板基础；桩基础；锚杆

1  工程概况

本项目属于工业项目，位于深圳市龙华区福城街道象山。项目用地面积约6万m2,建筑面积约15.6万m2。该项目由一层地下室和3栋塔楼以及绿化平台组成。1~3号楼均为厂房，其中1号、3号厂房为4层，主要柱跨9x9m，2号厂房为5层，主要柱跨12x9m和9x9m,地下室为车库、人防和厨房和相关设备房组成，室外地坪-0.45m,覆土1.5m,地下室层高5.7m，主要柱跨9x9m。本文针对基础设计进行讨论。

2  基础设计

2.1 地质概况

拟建场地位于深圳市龙华区福城街道象山，深圳外环高速以南、白花河以北，场地现状为空地，场地内分布的地层主要有人工填土层、第四系冲洪积层、第四系坡积层，第四系残积层，下伏基岩为加里东期混合花岗岩。其野外特征按自上而下素填土、淤泥质黏土、粉质黏土、砂质黏性土、全风化混合花岗岩、土状强风化混合花岗岩、块状强风化混合花岗岩、中风化混合花岗岩、微风化混合花岗岩、 球状风化体。建议拟建建筑物采用钻（冲）孔灌注桩或旋挖桩基础，以中风化混合花岗岩⑯4及其以下地层作为桩端持力层；当采用天然地基时，在满足设计要求条件下，砂质黏性土⑧1及以下地层可作为持力层。根据区域水文地质调查结果及场地的现场地形条件，场地多年地下水稳定水位变化幅度可按1.00～5.00m考虑,水头取到室外地坪。

2.2 基础选型

该项目的楼层不高，而且地质条件比较好，1号厂房下的回填土层比较薄,综合经济考虑，采用柱墩筏板和锚杆基础，持力层为砂质黏性土，1号和3号厂房下回填土比较深，采用端承摩擦预制管桩和防水板基础,成本较低且成桩速度较快。由于场地地质情况变化较大，考虑到施工时预制管桩坚硬土层难穿透，需要引孔，且该处又有比较厚的回填土，故在筏板和预制管桩之间采用旋挖桩过度，预制管桩和旋挖桩的持力层均为块状强风化混合花岗岩。其他有孤石的地质情况，则采用引孔处理。基础设计等级为乙级。塔楼框架柱最大驻地轴力（标准组合Nmax）为6100~22750kN，纯地库框架柱最大驻地轴力（标准组合Nmax）为4000kN，塔楼采用Φ600mm抗压兼抗拔或Φ800mm抗压的PHC-AB型预应力预制管桩，纯地库采用Φ500mm抗压兼抗拔的PHC-AB型预应力预制管桩，旋挖桩主要由抗压和抗拔承载力计算来选择直径和配筋，采用Φ1200mm，锚杆则考虑入岩深度以及裂缝验算，选用Φ150mm抗拔锚杆。桩和锚杆承载力如表2-1所示。

桩和锚杆承载力表                     表2-1

2.3 基础承载力计算

2.3.1抗压和抗拔工况荷载取值

    抗压工况荷载一般按塔楼实际采用荷载，顶板覆土荷载容重取18kPa，抗拔工况荷载则需要将覆土容重折减，一般取16kPa，不考虑活荷载。本工程由于塔楼层数不高，荷载比较小，并且考虑施工时建筑砌体隔墙未完成时则停止止水措施，因此，也不考虑塔楼的隔墙对抗浮的有利作用。

2.3.2筏板基础和锚杆设计

根据地勘报告，筏板持力层为全风化混合花岗岩⑯1，筏板范围基床系数取35000kPa,考虑到水浮力对底板的作用以及板裂缝计算的要求，筏板板厚取600mm，柱墩考虑冲切以及承载力验算[1]，塔楼范围内柱墩截面为4000x4000mm和5000x5000mm,纯地库范围内柱墩截面为3000x3000mm。锚杆满足水浮力的抗拔计算同时满足裂缝的要求[3]。考虑到锚杆能受力均匀，不导致逐根破坏，且不受柱墩压力作用，本工程将锚杆布置在柱上板带且避开柱墩布置，如图2-1所示。考虑到场地地质情况变化较大，筏板脱离持力层时，需要用素混凝土回填处理地基，做法如图2-2所示。

本工程回填土或粘性土层不深，采用土锚杆抗拔，锚杆长大于15m,构造如图2-3所示。锚杆进入强风化岩深度5m，满足抗拔承载力要求和裂缝验算[3]。

2.3.3预制管桩设计

本工程采用的是端承摩擦桩，桩端持力层为⑯2土状强风化混合花岗岩，桩有效长度不小于16m，桩端进入持力层深度不小于2D(D为桩直径)。地下室底板，除柱墩范围内按筏板考虑，其他范围均不考虑底板的承载力作用，基床系数为0（不考虑回填土或粘性土的地基反力作用）设计。根据塔楼的荷载，主要由抗压工况起到控制作用，由表2-1可知，大直径管桩的抗压承载力比抗拔承载力增长大很多，因此选用了大直径管桩布置在塔楼位置，无抗拔作用的区域选用800mm直径管桩，而抗压兼抗拔的区域则选用600mm直径管桩。纯地库位置主要由水浮力工况起到控制作用，因此选用500mm直径桩。桩刚度按经验值，抗压取100倍的抗压承载力值，抗拔取50倍的抗拔承载力值，该值与静载试验的数值反推基本吻合。考虑场地地质情况距离全风化比较近的区域，实际桩长会比较短，将该区域桩的抗压和抗拔刚度相应折减，使其承载力减小并由相邻的其他桩或锚杆来承担。

2.3.4旋挖桩设计

本工程采用旋挖桩，桩端持力层为⑯3土状强风化混合花岗岩，桩端承载力特征值为2000kPa，桩端进入持力层不小于16m。旋挖桩布置在场地地质情况变化较大的区域，填补预制管桩在这种地质情况容易出现断桩或无法穿过岩层达到承载力要求的缺点。本工程的旋挖桩所处位置均是在地库的位置，因此选用单柱单桩，管径根据计算需求，同时满足抗压抗拔承载力[2]。

2.4基础沉降验算

本工程为丙类建筑，由于场地地质情况比较复杂，采用基础类型比较多，容易影响基础不均匀沉降沉，根据《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)，应验算基础变形。选取筏板基础与桩基边界的孔点地勘数据，按基础沉降[1]计算，筏板基础的最大沉降量为19mm，桩基础的最小沉降量为1mm，最大沉降量为3mm。最大沉降量和沉降差均满足规范要求[1]。

3  配合实际施工验算和处理

在实际工程中地基往往是比较难预测的，因此，实际施工时需要根据现场的实际情况反馈给设计师，设计师再根据实际情况来判断并且做出更合理的设计调整。本工程由于场地地质情况比较复杂，预应力管桩在施工过程中出现局部大面积的有效桩长未达到设计要求，但已经进入了强风化混合花岗岩层或中风化混合花岗岩层，预应力管桩已经无法继续打下去了。居于这种情况，设计根据现场实际的桩长验算桩的抗压和抗拔承载力，给出新的合理方案。考虑到桩进入强风化合花岗岩的深度验算，对于不小于8m长的桩，抗压承载力仍够，但抗拔承载力则减小了，根据实际的抗拔计算，抗拔承载力缺少的，则增加锚杆来补充这部分抗拔承载力。对于小于8m长的桩，则抗压承载力减少了20%，按补桩来处理，而抗拔承载力，考虑到回填土有负摩力的作用，不考虑其抗拔作用，也是相应用锚杆来补充这部分抗拔承载力。

结语

综合来看，基础设计对于结构设计的整体质量提升具有重要意义，科学的基础设计能够大大提高建筑工程的经济性、安全性、稳定性及承载力。因此，在未来的发展过程中，设计人员必须要充分重视基础设计环节，从各个方面进行优化，以最大限度地提升基础设计质量，为我们的基建后续投入使用奠定坚实基础。

参考文献

[1]《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)

[2]《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)

[3]《抗浮锚杆技术规程》（YB T 4659-2018）

[4]《建筑工程抗浮技术标准》(JGJ476-2019)