某小高层住宅小区基础设计

摘 要：根据上部不同的受力特点采用不同的土层作为基础的持力层；并采用不同的控制标准.

关 键 词：基础；不同持力层；承载力；沉降；下卧层

1工程概况

该高层住宅位于汕头市金鸿公路以北,长江路以南,高速公路以东,新津河以西.该小区抗震设防烈度为8度,框架等级为二级.该区地质情况为：除第一土层（填土）外,由上而下分为三个地质结构层：1）上部砂土-软弱土结构层：主要由粘性土、松散-稍密实砂土及流塑态淤泥及松散状砂土薄层组成,该层总体强度较低而且不均匀,工程地质条件比较差.2）中下部粘性土、砂土结构层：以软塑-可塑粘性土与中密-密实砂土相间产出,第七、九层为中、粗砂层,为较好的桩基持力层,但第七层部分地段厚度较小,而第九层埋深较深（第八层灰色粘土层厚度2.5-21.85m）,而且层顶埋深变化大.基础设计等级为乙级.

2设计思路

该区采用高强砼预应力管桩,桩基主要持力层选取地勘报告第7土层.该土层为中粗砂土层,厚度普遍较大,土质较均匀,有较好的力学强度,可作为本小区主要的持力层.当第七层厚度较小时,则根据实际的受力特点结合地基土层的部分、地下室抗浮的要求、地基不均匀沉降的控制,确定其地基持力层及相应控制措施和施工要求,具体为：主楼内时,基础荷载比较大,不均匀沉降要求较高,无抗浮要求,桩基应穿越第八层,选取地勘报告第九层（粗砂层）为持力层.地下室无主楼部分：桩基础的荷载较小,对基础的变形要求没有主楼那么高,有抗浮要求,桩基可仍按地勘报告第7土层为持力层,但减小进入该土层的深度,保障桩底有足够厚的砂层.降低单桩竖向承载力,达到比较高的工程安全度和较好的工程经济效益.具体的计算分析见下：

3基础竖向力设计

1、管桩桩身竖向承载力设计值按《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ/T15-22-2008）公式Rp等于ψcfcA确定.式中,

fc等于35.9N/mm2；ψc等于0.70

Rp,φ500等于3158KN；Rp,φ400等于2288KN均能满足设计的承载力要求.

2、单桩竖向承载力特征值按《建筑地基基础设计规范》公式Ra等于qpaAp+up∑qsiali确定.式中,

qpa—桩端持力层端阻力特征值,取qpa等于5500Kpa（桩端持力层为粗、中砂层,地质资料第7层）；

qpa等于5800Kpa（桩端持力层为粗、中砂层,地质资料第9层）；

qpa等于3100Kpa（桩端持力层为粗、中砂层,地质资料第7层,且砂层较薄时考虑端阻力的折减）；

1）主楼内持力层为七层时单桩承载力计算

根据地质资料按上式计算,Ra,φ500（Ra,φ400）等于1932（1373）KN.

取Ra,φ500（Ra,φ400）等于1900（1350）KN.

2）主楼内持力层为第九土层（粗砂层）时单桩承载力计算

根据地质资料按上式计算,单桩竖向承载力特征值Ra,φ500等于2874KN.

此部分第七层砂层较薄,如不穿越下面较厚的软弱下卧层（灰色粘土层）,并须大大降低单桩的特征承载力才能满足地基不均匀沉降的要求,这样由于主楼内传到基础的内力（特别是地震以及风荷载的内力）较大,主楼内桩基的数量大大的增加,出现很多大承台,相应的造价也增加.所以本工程在当第7层砂层较薄时,采用桩端穿越第8土层,持力层放在第9土层的方案,虽然单桩的桩长比较长,但桩数大大减小,最主要地基的不均匀沉降得到很好的控制.桩身要穿越整个砂层及较厚的杂色粘土层,应适当提高桩身自身的强度的质量.所以这部分桩改用壁厚为125mm的φ500管桩.不使用φ400管桩.

3）非主楼持力层为七层时单桩承载力计算

根据地质资料按上式计算,Ra,φ500（Ra,φ400）等于1872（1337）KN.取Ra,φ500（Ra,φ400）等于1800（1300）KN.

地下室覆土1000mm,柱网为8000×8100,柱底内力约为D+L等于2200KN

配2φ400,R等于2600>2200KN,适当降低单桩承载力,桩端进入持力层的深度右原来的1.5m改为0.8m,地下室约需800条桩,在保证工程安全度不变的情况下,能节省约560m的桩长,并降低相应承台的造价.

4）非主楼持力层为七层且砂层较薄时单桩承载力计算

根据地质资料按上式计算,Ra,φ500（Ra,φ400）等于1522（1118）KN.

取Ra,φ500（Ra,φ400）等于1500（1050）KN.

此部分桩入持力层只有0.5m,以保证桩端以下砂层的厚度,相应降低桩端土端阻力qpa、单桩竖向承载力特征值.放松施工终压值及最后残余沉降指标.以满足基础不均匀沉降及软弱下卧层的要求.

桩竖向承载力特征值降低之后由于裙楼部分荷载比较小,桩数并没有显著增加.

4基础抗浮设计

1）、管桩桩身竖向抗拔承载力设计值按《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ/T15-22-2008）公式确定,式中,

φ500管桩：等于563.2KN；φ400管桩：等于358.4KN

2）、单桩竖向抗拔承载力特征值按《锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程》（DBJ/T15-22-2008）公式

（+0.9G）（5.2.8）确定.,

Ra,φ500（Ra,φ400）等于400（280）KN.

3）、基本条件：柱网为8000×8100等于64.8m2

水压：51.0KN/m2；结构自重：砼：22KN/m2覆土：18KN/m2；桩身自重：φ500管桩：53KN

底板、顶板防水层、批挡：2.0KN/m2；φ400管桩：39KN

考虑覆土可能出现的不均匀性,忽略承台自重的有利作用.

浮力荷载：q等于9.0KN/m2；浮力Q等于583.2KN

配2φ400,抗浮能力为280×2等于560KN

583.2-2×39等于505.2KN<560KN.

抗浮能满足要求,结合竖向力分析可知,桩竖向承载力及抗浮承载力都得到很好的利用,达到比较好的工程效果.

5桩不均匀沉降分析

该工程主要验算主楼与裙楼之间的不均匀沉降及不同持力层之间的不均匀沉降

设计依据：建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）第5.5节之Ⅰ

①以12栋12-A×12-6轴桩基承台ZJ3a（3×φ500）为例进行验算208mm

0.072

15.0mm<200mm,能满足规范要求.

②以桩基承台ZJ4e-Ⅰ（4×φ500）为例进行验算

0.059

159mm

9.4mm<200mm,能满足规范要求.

③以12栋12-17×12-A、12-20×12-E轴基础沉降差验算

两墙、柱间距离,4000mm

Δ等于S4-17×4-C-S4-20×4-C等于5.6mm<0.002=8mm,能满足规范要求.

④以地下室栋B-9×C-C轴（裙楼）桩基承台ZJ2（2×φ400）为例进行验算

满足要求

⑤以12栋12-6×12-A、C-C×B-9轴基础沉降差验算

两墙、柱间距离,7000mm

Δ等于S4-17×4-C-S4-17×4-E等于2.5mm<0.002=14.0mm,能满足规范要求.

计算分析结果：沉降能满足要求,沉降量及沉降差均比较理想,证明本工程持力层的选择及分析是正确的.

6下卧层分析

设计依据：建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）第5.4节之Ⅰ

以12栋12-A×12-6轴桩基承台ZJ3a（3×φ500）为例进行验算

等于30.4kN/m2

等于319.4<395.3kPa

经验算,软弱下卧层承载力满足要求.

软弱下卧层承载力要求桩端在持力层以下保持足够厚的厚度.所以,对于裙楼桩端持力层较薄时,保证桩端以下砂层的厚度甚至比桩端入土深度重要,这时,我们相应降低桩端土端阻力qpa、桩入土深度、单桩竖向承载力特征值无疑是正确的.

7结语

基础设计既要考虑桩基承载力、不均匀沉降、软弱下卧层的要求,又要根据实际情况,合理选取桩基的持力层、承载力特征值、入土深度、桩身材料、施工控制.使整个基础工程有比较系统的安全性、经济性、合理性.一个工程设计是否合理,不单单考虑是否符合国家规范的要求、工程的安全,耐用,使用,经济性能,合理性等等都是一个合格结构工程师必须统筹考虑的内容.