勘查技术与工程.docx

前 言

改革开放以来，我国经济一直保持快速稳定的增长，各种基础设施建设逐渐完善，高层、超高层、大重型建筑物不断涌现，对地基处理的要求越来越高，越来越规范［1］。我国幅员辽阔，地域广阔，地质条件十分复杂，建筑物地基有时很难处理。因为地基破坏而导致建筑物不能正常使用的实例为数不少。国内外不乏有这些事例。如果我们不继续研究和掌握地基处理技术，不仅影响建筑物的建设，而且妨碍人们正常生活，严重制约国民经济的发展［2］
本次毕业设计是在完成毕业实习任务后开始的。是检验我们在大学期间学习的一个重要环节，它对培养我们的知识运用能力、实践能力和创造性思维起着非常重要的作用；毕业设计又可以使我们对所学的专业知识进行深化理解和系统掌握。因此，毕业设计是我们对所学知识的掌握程度和运用能力的一次全面的汇总。在作设计之前，我到石家庄卓达青年城基坑支护和地基处理施工现场进行了毕业实习，在实习过程中，我不但了解了野外工作的具体操作，同时也熟悉了资料的收集和整理的过程。
本次毕业设计是在对野外勘探资料和室内土工试验成果进行了分析、整理；对地基土层的稳定性做出了评价；对建筑物地下水、土的腐蚀性做出了评价；提出各层土的承载力特征值；为建筑的基础施工提供地质资料；并通过详细的计算、验算提出了地基基础设计比较好的方案，和基坑支护建议。
本文包括八部分内容，第一部分工程概况。第二部分工程地质条件。第三部分地震效应。第四部分天然地基评价。第五部分基础设计方案的分析与评价。第六部分素混凝土桩复合地基设计方案。第七部分基坑开挖边坡稳定性分析及建议,第八部分结论与建议。
由于本人理论水平和实践经验有限；文中有不少欠妥和错误之处，恳请老师批评指正。

第1章 工程概况

1.1 工程简介
拟拟建场地位于石家庄市栾城县，地处石环公路南侧，西临京珠高速栾城高速入口,南临308国道,工程场地地处纵5路与横3路交口东北角，属卓达太阳城二期总体建筑的一部分，交通条件便利。
本工程主要包括六栋高层住宅楼及裙楼，受业主委托，北勘院承担该项目的岩土工程勘察任务，茛据建筑总图，拟建建筑的性质如下表1—1。
表1—1 拟建建筑物性质一览表
建筑物
名称
层数
高度
结构类型
建筑物基础
地上
地下
基础形式
基底压力
基础埋深
2#楼
32层
2层
94m
剪力墙结构
筏板基础
660 kPa
地表下6.5m
附属商业
2层

框架结构
独立柱基

地表下1.5m
注：拟建建筑物平面尺寸见“勘探点平面位置图”。
1.2 勘察的目的、任务
本次勘察为详细勘察阶段，工程重要性等级为一级，场地复杂程度等级为二级，地基复杂程度为二级，勘察等级为甲级，其目的是为施工图设计和施工提供可靠的岩土技术参数及依据，对建筑地基作出岩土工程分析评价，并对地基处理、基础设计、不良地质作用的防治等具体方案作出论证和建议。根据规范要求，主要进行了下列工作：
（1）查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出整治方案的建议；
（2）查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、物理力学性质、工程特性、分布和评价地基的稳定性、均匀性和承载力；
（3）查明河道、沟渠、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物；
（4）提供地基变形计算参数，预测建筑物的变形；
（5）查明地下水的埋藏条件、提供地下水位及其变化幅度；
（6）提供场地土的标准冻结深度；
（7）判定水和土对建筑材料的腐蚀性；
（8）进行场地与地基的地震效应评价。划分场地土类型和场地类别，查明场地内有无液化土层，并对液化可能性及液化等级做出评价。划分抗震有利、不利或危险地段；
（9）查明有无湿陷性土层，并评价湿陷性等级及处理措施；
（10）提出基坑支护和地基处理设计与施工方案的建议。对可供采用的地基基础设计方案进行论证分析，提出经济合理的设计方案建议；提供与设计要求相对应的地基承载力及变形计算参数。论证其对周围已有建筑物和地下设施的影响；
（11）地基评价采用钻探取样、室内土试验、触探、并结合其它原位测试方法进行；应提抗剪强度指标、变形参数指标和触探指标。
除满足上述要求外，还应满足相关国家及地方现行规范、规程及规定的要求。
1.3 勘察依据、标准
1) 拟建建筑物平面图；
2) 本次勘察所依据的规范、规程及有关文件如下：
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）；
《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）；
《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）；
《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）；
《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）；
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；
《河北省建筑地基承载力技术规范（试行）》（DB13（J）/T48-2005）。
1.4 勘察方法及工作量
根据拟建建筑的安全等级和建筑场地及地基的复杂程度，该工程岩土工程勘察等级为甲级；地基基础设计等级为甲级。勘探点按建筑物的性质及现行规范，结合设计要求并考虑场地具体条件综合布设。间距一般控制在11.10～30.00m。按照拟建建筑的基础形式及埋深，勘探点深度为32.0～42.0m。勘察手段为钻探、探井、原位测试及室内土工试验。
现场勘察于2007年5月28日开始，2007年6月5日完成。勘察内、外业完成的工作量见表1—2；勘察所采用的设备、施工工艺等见表1—3。

表1—2 勘察工作量一览表
工作项目
单 位
数 量
说 明
外
业
工
作
量
钻孔
个
23
总进尺574.5m
探井
个
1
总进尺8m
取原状土试样
件
76

取扰动土试样
件
32

静力触探试验
个
10
总进尺119.6m
标准贯入试验
次
148

重型圆锥动力触探
米
2.5

弹性波速测试
个
6
单孔法
载荷试验
点
3
（开槽后进行测试）
测放点
组日
1

室
内
试
验
工
作
量
常规试验
项
118

固结试验
项
20

静三轴剪切试验
组
7
不固结不排水
直接剪切(快剪)试验
组
8

湿陷系数
项
9
双线法
起始压力
项
1

筛分试验
项
106

粘粒分析试验
项
4

表1—3 勘察施工、测试采用的手段及方法
勘察手段
设备名称及型号
施工工艺及试验方法
取样方法及测试目的
钻 探
DPP100型汽车钻，150型钻机
15m以上采用冲击钻进，15m以下采用泥浆护壁回转钻进
采用薄壁取土器，锤击取土
探 井

人工挖掘
在井壁上人工采取I级土样
标准贯入 试验
标准贯入器、触探杆、穿心锤
自由落锤，先打入15cm不计数，继续贯入30cm记录锤击数
确定地基土承载力及砂土密实度
动力触探试验
触探头、触探杆、穿心锤
自由落锤，记录贯入10cm锤击数或一阵击换算成10cm的锤击数
静力触
探试验
HY-1型车载重型静力触探机；LMC-D310微电脑自动采集仪
双桥探头，微电脑自动采集数据
划分地层及确定地基土承载力
弹性波速 测试
DZK地震仪
采用单孔检层法
提供地基土层剪切波速，判定场地土类型及场地类别
常时微动测试
RS1616K动测仪
地表测试
提供场地卓越周期
测 量
DSG320水准仪、铝合金塔尺、皮尺
闭合法
提供各勘探点高程

第2章 场地工程地质条件

2.1 地形地貌
勘察场地区域地貌单元属太行山山前冲洪积平原，地貌形态单一，场地原始地形平坦，由于场地南侧建筑物建设施工，开槽土方部分堆放在场地内，致使现局部地表起伏较大，经初步测量，地表相对最大高差约4.00m；钻孔部位经甲方协助进行整平，均具备施工条件，各钻孔高程相差不大，最大高差1.07m。
2.2 地质构造
据区域地质资料，石家庄市位于太行山隆起和冀中凹陷的接壤部位。西部太行山隆起主要由前震旦纪变质岩系和古生代地层组成，缺失中生代沉积，新生代继续隆起并产生局部拗陷，如井陉盆地。晚第三纪本区经受了一次侵蚀夷平，形成唐县期夷平面。在太行山东麓，唐县期夷平面保存的比较完整,可以清楚看出从山西高原向东迅速拗曲降低，在灵寿唐县一线附近高程从400-500m逐渐降至200m。
在本区西太行山隆起沿东经114°附近有晚第三纪以来的玄武岩分布，如井陉雪花山、微水秀林东山、山西的昔阳玄武岩等。表明该区地壳运动在此期间是较强烈的。
冀中拗陷是在中生代中晚期次级隆起和断陷的基础上，接受了下第三系的沉积。所以在凹陷内下第三系厚度达3500m以上。在凸起上缺失或仅数百米。到早第三纪末期，整体上升，经受剥蚀夷平，到晚第三纪前，地势已趋平缓，和华北盆地其他地区一样，整体下沉，上第三系和第四系平缓覆盖其上。
石家庄市位于冀中拗陷的西南部，与其有关联的主要是石家庄凹陷和无极低凸起两个次级构造单元。石家庄凹陷位于冀中凹陷西南隅。东以北席断裂和无极低凸起相隔，西与太行山隆起以保定-石家庄断裂为界，向北在无极一带与保定凹陷相通。为一北北东向延伸的中、新生代沉积凹陷。凹陷受保定-石家庄断裂控制，其构造走向与断裂走向一致，沉积中心紧靠断层一侧。凹陷内中生界最厚达4000m，新生界厚度近4000m，其中下第三系厚度近3000m。
无极低凸起总体走向北北东，西以北席断裂与石家庄凹陷相接，北在无极一带与保定凹陷相连，东与晋县凹陷以栾城东断裂相隔，西南以元氏断裂与太行山隆起接壤。凸起被一系列北北东向正断层切割，形成地堑和地垒。地堑内中生界沉积达1000m，下第三系大部分缺失，最大厚度500m；在地垒上中生界地层缺失，下第三系厚约200m，直接不整合与古生界地层之上。本区地质构造详见“石家庄地质构造简图（图2-1）”。

图2-1　石家庄地质构造简图
2.3 地基土的构成与工程特性
本次勘察最大深度42.00m，除表层素填土之外，主要地层均为第四系冲洪积成因的黄土状土、粘性土及砂类土，依据岩性和物理力学性质，自上而下分为8个主层和2个亚层，其分布埋藏情况见所附工程地质剖面图及柱状图，各地层岩性及特征见表4。
依据现场地层性质鉴定，结合土工试验和原位测试结果，对本次勘察场地内各主要地基土层的工程特性评述如下：
素填土①-1层：土质较均匀，以粉质粘土为主，结构疏松，无利用价值。
黄土状粉质粘土①层：场地内普遍分布，底部夹黄土状粉土薄层，呈可塑~软塑状态，强度较低，具湿陷性，工程性质较差。
粉细砂②层：该层分布连续、稳定，局部夹粉质粘土②-1层，呈稍密~中密状，工程性质较好，是拟建高层建筑的地基持力层。
上述土层构成本工程的基坑边坡土体，①层土的直立性较好，①-1层和②层土为基坑边坡的不利土层，基坑支护设计时应予以重视。
粉质粘土③层：层位分布连续，粉质粘土呈可塑~硬塑状，底部为粉土、粉砂薄层。该层分布连续、稳定，工程性质较好。
细砂④层：呈中密～密实状，部分区段为中粗砂层，底部0.5m含卵石较多，场地内均有分布，工程性质好。
粉质粘土⑤层：可塑～硬塑状，局部含姜石较多，该层层位连续稳定，强度较高，工程性质较好。
中砂⑥层：中密~密实状，层位连续稳定，强度高，压缩性低，工程性质好，可做为高层建筑的桩端持力层。
粉质粘土⑦层：呈可塑～硬塑状，含少量姜石，强度较高，工程性质较好。
中砂⑧层：呈密实状，压缩性低，强度高，工程性质好，但埋藏较深，且已处在地下水位以下。
详见：附表土层性状一览表。
2.4 地下水
2.4.1 地下水埋藏条件
勘察场区所属水文地质单元属太行山山前倾斜平原孔隙水水文地质区，含水层主要为滹沱河冲洪积物，现将其含水岩（组）特征简介如下：
第一含水组：底界埋深17至22m，岩性主要为粉细砂、中粗砂，局部含砾石，无稳定连续隔水层，属潜水类型。目前该含水组已被疏干。
第二含水组：底界埋深56～66m，含水层岩性主要为中粗砂及砾石、卵石。目前石家庄工农业用水主要开采该含水层。
第三含水组：底界埋深220m。含水层岩性为中粗砂及卵砾石。该层富水性好。
第四含水层：底界埋深370m。含水层岩性为风化砂层及含粘性土砂砾石层。该层富水性较弱。
2.4.2地下水动态特征
随着地下水开采量的增加，人为因素对水位动态的影响逐年加强，水位动态特征也发生了明显变化。
1980年以前，地下水位下降与开采量呈线性关系，自1980年以后，在开采量不增加的情况下，地下水位依然下降。人为活动改变了地下水特征，多年水位变化，地下水水位呈逐年下降趋势，年平均降幅为1.0m左右，二十世纪以后，地下水水位呈加速下降趋势，年降幅为1.5-2.0m左右。
2.4.3地下水分布和水、土的腐蚀性
勘察区内地下水主要为第四系松散层无压地下水，属潜水型。含水层为滹沱河冲洪积形成的砂卵石层。勘察期间实测静止水位埋深33.5m左右，绝对高程26.65m。参照区域水文地质资料，本地区地下水呈常年下降趋势，年降幅0.5～1.0m，超量开采地下水是水位下降的主要原因，在本地区缺水状况未能根本改变之前，这一趋势仍可能延续。
勘察期间对场地及周边进行调查，未发现影响土质化学成份变化的污染源，按照本地区多年工程实践经验，土对建筑材料不具腐蚀性。
2.5 地基土物理力学指标
2.5.1土样的采取
为保证试验精度，本次勘察共挖掘探井1个，在井壁上人工采取原状土试样，试样质量等级Ⅰ级；
钻孔不扰动试样的采取使用敞口薄壁取土器，重锤少击法取土，试样质量等级Ⅰ～Ⅱ级；
扰动试样在标贯器或岩芯管内采取，试样质量等级Ⅳ级。
2.5.2室内土工试验和原位测试
室内试验按《岩土工程勘察规范》(GB50011-2001)和《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)中的有关要求进行，试验设备均通过标准计量认证，试验方法和试验结果可靠。
原位测试方法有标准贯入试验、动力触探试验、波速测试和常时微动测试，各项测试试验均按相关规程要求进行。
2.5.3原位测试
本次勘察采用的原位测试手段有标准贯入试验、重型动力触探试验，单孔波速测试，地微振测试。
标准贯入试验及重型动力触探试验点具体位置及实测击数详见“工程地质剖面图”，对各层土的试验实测值、（杆长）修正值分别进行了分层统计，统计结果参见“地基土物理力学性指标分层汇总统计表”。
在93#钻孔中分别进行了单孔检层法波速测试，测点间距为2.0m。采用DZK型地震仪采集数据，按相关规范进行剪切波速初至时间判读并分析、计算出剪切波速，剪切波速成果参见“波速测试成果表”。
为获得场地土的卓越周期，在该场区内地表布置1个地微振测试试验点，试验成果参见“地脉动测试成果图表”。
2.5.4岩土参数统计和选用
本次勘察进行各项测试试验，获取到多项土的物理力学性质指标，这些指标反映了拟建场地各层岩土的工程特性，为地基基础评价提供依据和参数，根据原位测试和土工试验结果，分层对其进行统计，统计前对指标逐一检查核对，舍弃了个别异常或明显不合理的数据，统计结果详见附表土工试验报告。
附表5中给出了各地基土层物理力学性质指标的最大值、最小值、平均值、标准值等代表值，除液性指数以外，主要物理指标的变异系数一般小于0.3，统计结果具有较好的代表性，设计时可按工程的重要性和安全度酌情选用；力学指标的变异性相对较高，表明地层的微观结构、组成物质和属性具有不均匀性。压缩性指标可根据土的自重压力、附加压力在本报告所附平均压缩试验曲线中得出，也可按不同压力段选用表2—3中的建议值。地基土的抗剪强度根据直剪试验、不固结不排水三轴（UU）试验结果给出，结合本地区的工程实践经验，抗剪强度指标进行了适当调整，建议值参见表2—2。
砂土的抗剪强度指标通过标准贯入试验击数N值推导得出，压缩模量Es等变形指标根据标贯试验N值，参照地区经验确定。
根据室内试验和原位测试成果，结合本地区工程实践经验，综合确定各地基土层承载力特征值fak等地基计算参数如表2—1，表2—2，表2—3
表2—1 承载力特征值fak（kPa）
土层名称及序号
承载力特征值fak（kPa）
黄土状粉质粘土①
120
粉细砂②
170
粉质粘土②-1
140
粉质粘土③
160
细砂④
200
粉质粘土⑤
190
中粗砂⑥
250
粉质粘土⑦
200
中粗砂⑧
280

表2—2 抗剪强度指标建议值
土层名称及序号
三轴剪切试验（uu）
直接剪切（快剪）
粘聚力c
（kPa）
内摩擦角φ（°）
粘聚力c
（kPa）
内摩擦角φ（°）
黄土状粉质粘土①

24.0
19.0
粉细砂②

0
30.0
粉质粘土③
28.0
12.5

细砂④

0
31.0
注：表中抗剪强度指标值采用直接剪切（快剪）及不固结不排水三轴剪切的试验方法；砂层内摩擦角由标准贯入试验指标估算。
表2—3 地基土层压缩模量Es（MPa）建议值
土层名称及序号
压缩模量Es（MPa）
100~200 (kPa)
200~400
(kPa)
400~600
(kPa)
600~800
(kPa)
800~1000
(kPa)
1000~1200
(kPa)
黄土状粉质粘土①
6.3

粉细砂②
15.0
粉质粘土②-1
8.3

粉质粘土③
9.9
15.1
20.7
24.4

细砂④
30.0
粉质粘土⑤
8.6
11.8
15.7
18.6
23.2
24.4
中粗砂⑥
32.0
粉质粘土⑦
10.6
13.6
17.8
19.9
25.3
26.8
中粗砂⑧
35.0
注 1：表中砂层模量为经验值，可直接用于变形验算。
2：变形计算时，亦可按照本报告所附土层平均压缩曲线，按不同压力段选取相应压缩模量。

第3章 地震效应及地基湿陷性评价

3.1 抗震设计参数
建设场地抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，所属的设计地震分组属第一组。
根据本次勘察实测的弹性波速测试结果，地表下20.0m深度范围内土层等效剪切波速Vse计算值在177m/s～187m/s之间，详见附剪切波速测试成果图表。由130#钻孔波速测试成果可知，场地覆盖层厚度大于50.0m，按照上述规范有关规定判定，场地土类型为中软土，建筑场地类别为Ⅲ类。
场地实测卓越周期为：SN－0.3364s，EW－0.3364s，Z－0.3895s。
详见：附地脉动测试成果图表。
3.2 抗震液化地段评价
拟建场地位于石家庄市栾城县，地处山前平原区，地貌单一，地势比较平坦，地基土为中软土，在抗震地段划分上，属于可进行建设的一般场地。
经勘察，场地地下水静止水位33.5m，且呈逐年下降趋势，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第4.3.2条第三款标准判定，场地地基土不液化。
3.3 地基土湿陷性评价
湿陷性概念：黄土在一定压力作用下，受水浸湿后结构迅速破坏而产生显著附加沉陷的性能，称为湿陷性[3]。
为判定地基土的湿陷性，对3个探井中采取的原状土试样进行了室内浸水固结试验及起始压力试验，根据探井取得Ⅰ级土样湿陷试验结果，黄土状粉质粘土①层具有不均匀湿陷性，湿陷系数0.030～0.037，湿陷程度轻微～中等，湿陷起始压力Psh=57～78kPa，湿陷带下限2.00m。
高层住宅楼基础埋深按地表下6.5m计，基础埋深已穿过湿陷带，可以不考虑湿陷的影响。
附属商业及其浅埋设施自地表下1.50m计算，湿陷量计算值△s=22.50～27.75mm。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025--2004）有关规定，该场地属非自重湿陷场地，地基湿陷等级Ⅰ级。

第4章 天然地基评价

4.1 场地稳定性评价
场地稳定性分析主要从区域地壳稳定性、地震地质条件、全新活动断裂分级、不良地质作用4个方面进行分析。
4.1.1区域地壳稳定性分析
场区在地质构造上属新生代华北平原拗陷西缘冀中拗陷的石家庄凹陷中。场址在地球物理场方面位于近南北向的太行山重力梯度带和地壳厚度梯度带的东侧，但场区附近重、磁及地壳厚度等值线稀疏不构成异常区，无深部断裂显示，区域地壳基本稳定
4.1.2地震地质条件分析
根据有关资料（《石家庄市地震危险性分析》（河北地震局，1990）），该区属5-5.5级地震危险区（石家庄地震危险区）。该危险区位于石家庄中、新生代凹陷区，发育晚第三纪至第四纪活动的北东向石家庄断裂，以及晚第三纪活动的北东向北席断裂和栾城东断裂、北西西向的无极北断裂和石家庄南断裂。石家庄断裂是太行山前断裂的一部分，在石家庄市西北前杜北村一带由北东向转为北北西向，表现出明显的转折。石家庄断裂上陡（30-40°）下缓（约10°），深部未发现与它相联系的断裂。其他四条断裂深至6km左右，长度约30-40km。根据统计，华北地震区强震的震源深度一般为10到30km，强震的发生与深部构造密切相关。
新乐一带是东西向负重力异常梯级带，北东向重力异常等值线在这一带转为北北西向。莫霍面等深线在新乐一带向西弯曲，由北东向转为北北西向。
该危险区内历史发生过三次破坏性地震（4.75-5级），其中一次发生在1011年的正定地震，另一次发生在栾城附近。它们分别位于太行山山前断裂转折处和北东向断裂与北西西向断裂交汇处附近。这一带中小地震很少。
上述地震地质条件及地球物理场特征，可能具有6级以上强震的发震条件，但不具备强震的深部构造发震条件。该危险区距1966年邢台7.2级地震震中70km左右，从大震的减震作用，未来百年发生6级以上地震的可能性较小。
4.1.3全新活动断裂分级
北席断裂、栾城东断裂、元氏断裂均为全新活动断裂（详见图2.2-1：石家庄地质构造简图），根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001第5.8.3条规定，三条断裂属微弱全新活动断裂，断裂分级为Ⅲ级。三条断裂距勘察场地距离较远，活动微弱，对拟建建筑影响较小。
4.1.4不良地质作用
不良地质作用是地层岩性、地质构造、地貌、水文地质条件、岩土体的工程性质、物理地质现象和天然建筑材料等方面综合因素的复杂问题[4]。
本区不存在崩塌、滑坡、泥石流、岩溶及采空区等不良地质作用，但存在地面沉降现象。
本区地面沉降是由于过量开采地下水所致。地下水水位下降，形成地下水沉降漏斗，松散土层失水，静水压力降低，相应应力转嫁到土颗粒骨架上，土体孔隙随应力增大而减小，土体被不断压缩，产生体积垂向变形，反映到地面即地面沉降。
根据区域地壳稳定性、地震地质、全新活动断裂分级及不良地质作用四方面内容综合分析判定该勘察场地稳定，适宜建筑。
4.2 地基均匀性评价
拟建场地处于同一地貌单元，在垂直方向上呈多层结构，水平方向地层分布较稳定，地基主要受力层厚度局部有变化，但变化不大，反映土的变形指标压缩模量值在水平方向上差异不显著，依据《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004）第8.2.4条，按地基持力层底面坡度小于10%、地基持力层和第一下卧层在基础宽度方向上的厚度差值小于0.05b（b为基础宽度）、同一建筑物下各钻孔中，压缩层范围内当量模量Esmax/Esmin的比值与地基不均匀系数界限值K的关系三个标准综合判定，结果均满足要求，故拟建的2＃高层建筑地基可视为均匀地基。
4.3 天然地基承载力评价
参照拟建建筑物设计条件，地基分析计算时，拟建2＃住宅楼建筑结构设计参数按表4—1所列数据进行。
持力层承载力验算：
构成拟建建筑物的地基持力层为粉细砂②层，3#楼局部地段基底残留0.2～0.3m厚的黄土状粉质粘土①层，应将其全部挖除，以相同的砂土进行换填。主要受力层为粉质粘土③层～中粗砂⑥层。按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中4—1式，计算持力层修正后的地基承载力特征值fa，计算结果如下：
fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm(d-0.5) （4—1）
式中：fak——粉细砂②层承载力特征值，取fak＝170 kPa；
ηb——基础宽度的地基承载力修正系数，取ηb=2.0；
ηd——基础埋深的地基承载力修正系数，取ηd=3.0；
b——基础地面宽度，取b =6m；
γ——基础底面以下土的重度，取γ=18.0 kN/m3；
γm——基础底面以上土的加权平均重度，取γm=19.0 kN/m3；
d——基础埋置深度，取d =6.5m。
fa=170+2×18×（6-3）+3×9×（6.5-0.5）=620 kPa
经上式计算，地基持力层粉细砂②层经深、宽修正后的承载力特征值fa =620 kPa，小于预计的基底平均压力660 kPa（标准组合），故拟建高层建筑不能采用天然地基。
表4—1 基础设计参数
建筑物
名称
基础平面尺寸
（长×宽）
基底平均压力
基础埋深
(自然地坪下)
地基基础持力层
第一下卧层
2#楼
12.3m×36.4m
660kPa
6.5m
粉细砂②层
粉质粘土③层

第5章 基础设计方案的分析与评价

5.1 基础设计方案的分析
当地基承载力不足或压缩性过大，不能满足设计要求时，可以针对不同的情况，对地基进行处理以增强地基土的强度和稳定性，减少地基变形，提高地基承载能力。经过处理后的地基成为人工地基［5］。当人工地基不满足要求时可采用桩基础。桩基础也是一种地基处理方法，即把建筑物支撑在桩基上，荷载通过桩传到深处地层上，从而满足地基稳定和变形允许量的要求［6］。
判断是否需要进行地基处理的依据，一是地基条件，一是建筑物的性质和要求［7］。前者包括地形和地质成因、地基土层分布、软土层的厚度和范围、持力层的埋深、地下水位及补给情况，地基土的物理力学性质等。后者包括建筑物等级、平面和立面布置、结构类型和刚度、基础类型和埋置深度、对地基稳定性和沉降的要求以及临近建筑物的情况等［8］。
近二三十年来，国内外在地基地基处理方面发展十分迅速，老方法不断改进，新方法不断涌现［9］。在比较方案的过程中，常常会难以得出理想的处理方法，这时需要或者将几种处理方法进行有利的组合，或者稍微修改建筑物的条件，甚至需要另辟途径。一般说来，完美无缺的方案是很难求得的，只能选用利多弊少的方案。此外需要注意的是，地基处理工作大多都是地下隐蔽工程，加固效果很难在实施过程中直接检验，因此一定要做好施工中和施工后的监测工作，及时发现问题，验证效果［10］。
需要进行地基处理的地基土一般都属于软弱土，它主要包括淤泥质土、松砂、冲填土、杂填土、泥炭土和其他高压缩性土。由这几类土所构成的或占主要组成的地基称为软弱地基。地基的软弱程度是否达到需要进行地基处理，还与建筑物的性质有关［11］。建筑物很重要，对地基的稳定和变形要求很高，即便地基土的性质不很软弱，可能也要求对地基进行处理。相反，建筑物的重要性小，对地基的要求不高，即便地基土比较软弱，也可能不必进行地基处理。所以地基处理是一个综合考虑地基土质和建筑物性质的复杂问题［12］。
对地基内一定范围的软弱土采取某种改善措施，以达到以下几个目的：
①提高土一定抗剪强度，防止过大的剪切变形和剪切破坏，提高地基承载力；
②改善土的压缩性，减少地基变形；
③改善土的渗透性，减少渗流量，防止渗透破坏；
④改善土的动力特征，减轻振动反应，防止土体液化。
根据分析，主楼天然地基承载力不能满足设计要求，裙楼荷载较小，变形满足设计要求时，可以采用天然地基。因此地基基础方案除应考虑承载力外，还应考虑地基土的不均匀性。
5.2 基础方案的初步评价
5.2.1 主楼地基处理方案的初选和介绍
由于本建筑主楼为高层建筑，地基基础设计等级为甲级，基础设计安全等级为一级，初选地基处理方法为:（1）静压预应力钢筋混凝土预制桩，（2）混凝土灌注桩，（3）CFG桩复合地基。
1)静压预应力钢筋混凝土预制桩
采用机械将预应力钢筋混凝土预制桩压入设计标高，施工过程无噪音，适于在市中心施工。
桩身除了有混凝土材料还配有受力筋、箍筋、及其他构造筋并且钢筋为预应力筋。目前预应力钢筋混凝土预制桩是在我国应用最广泛的预制桩。
预应力钢筋混凝土预制桩适用范围：适用于大中型各类建筑工程的承载桩，这种桩不仅抗压，而且可以抗拔和抗弯，同时能够承受水平荷载，应用较广。
预应力钢筋混凝土预制桩规格：桩的截面形状有圆形方形等多种形状，由于施工方法及设备等因素影响，目前使用最广泛的是圆形桩。工厂预制时将预制桩分节，沉桩时在现场将桩接到所需桩长即可，一般用气体保护焊焊接。
预应力钢筋混凝土预制桩桩身强度高，制作方便，耐腐蚀性好，不受地下水与土质条件限制，质量易保证安全可靠，承载力高，施工周期短，每台班可压桩300～400米，每昼夜施工700米以上，每米施工与材料总费用在150元以上。但预应力钢筋混凝土预制桩自重大，需要运输及压桩设备，桩长不够时，需要结桩并要保证接桩质量； 目前国内只有为数不多的厂家生产此类预应力钢筋混凝土预制桩，离本场地最近的生产厂家是天津的建华公司，压桩设备重达500～1000吨，设备运输不方便。在遇到卵石层等含大量大颗粒密实土层时压桩困难。
2）混凝土灌注桩
灌注桩是在施工现场桩位上通过机械钻冲或人工挖掘等方法成桩孔，然后在孔内下入钢筋笼，灌注混凝土，便形成钢筋混凝土灌注桩。
灌注桩适用于各种砂性土，粘性土，也适用于卵砾石类土层和岩层，桩长和桩径变化范围大，所以应用很广，近年来我国灌注桩的施工技术发展很快，施工方法很多，现在的大口径旋挖钻机，可以成直径1～2米的大口径钻孔，而不用人工挖掘，工期短、质量高、成本低。混凝土灌注桩抗压强度高，耐久性好，抗震性能好，混凝土取材方便，施工噪音小，公害少，并且灌注桩具有造价低、用钢量少、桩长可以灵活掌握等优点。
混凝土灌注桩施工工序多，技术要求高，工作量较大，且必须在短时间内完成。
3）CFG桩复合地基
水泥粉煤灰碎石桩又称CFG桩（Cement Fly-ash Gravel）是近年来发展起来的处理软弱地基的一种新方法。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩。工程中常采用CFG桩与桩间土和褥垫层一起构成复合地基[13]。
CFG桩的特点：（1）改变桩长、桩径、桩距等设计参数，可使承载力在较大范围内调整。（2）有较高的承载力，承载力提高在250%-300%，对软土地基承载力提高更大。（3）沉降量小，变形稳定快。（4）工艺性好。（5）节约部分水泥钢材，利用工业废料，消耗大量粉煤灰，降低工程费用。
CFG桩常用的施工方法有振动沉管成桩、长螺旋钻孔灌注成桩、泥浆护壁钻孔灌注成桩、长螺旋钻孔成桩以及管内泵压混合料灌注成桩等。CFG桩适用于多层和高层建筑地基，如砂土、粉土、松散填土、粉质粘土、粘土、淤泥质粘土等的处理。
现今CFG桩施工常采用素混凝土作为原材料。素混凝土桩复合地基方法在石家庄地区有较成熟的工程经验，可以有效提高地基土层承载力，减少沉降变形，是目前高层建筑常采用的地基形式之一。具体到本工程，根据勘察所揭露的地层层位的分布，并考虑拟建建筑的高度和荷载（660 kPa），复合地基的桩端持力层宜利用中粗砂⑥层，该层强度较高且厚度稳定，深度适宜，20m左右的桩长对复合地基设计比较理想。
综上所述，静压预应力钢筋混凝土预制桩无论从场地情况，施工方法及对周围环境影响，施工周期，桩的性能等都是最好的选择，但是由于其造价昂贵，施工经验不足以及地质条件等原因，不适合本场地。混凝土灌注桩具有承载力高，稳定性好，耐久性好，抗震性能好，施工方便，造价低，施工噪音小，公害少等优点。并且素混凝土桩复合地基有比较成熟施工经验。从施工技术成熟程度，以及工程造价等因素综合考虑，CFG桩复合地基是最优方案。对工程桩单桩竖向承载力特征值应通过静载荷试验确定。本工程从施工难度、地层原因、工程造价、环保、噪音等方面可采用钻孔灌注桩。
5.2.2附属商业楼
附属商业拟建二层，基础埋深自然地坪下1.50m，地基持力层为黄土状粉质粘土①层，该层强度较低且具湿陷性，不宜做为天然地基使用，建议采用夯实水泥土桩进行加固补强，以粉细砂②层做为桩端持力层，基础形式可采用独立基础。
夯实水泥土桩复合地基设计参数可按表9所列数值采用。
表5—2 夯实水泥土桩复合地基设计参数一览表
地层名称及编号
侧阻力特征值
qsi（kPa）
端阻力特征值
qP（kPa）
黄土状粉质粘土①
12

粉细砂②
25
450
对裙楼地基进行均匀性评价与变形验算，若均匀性与变形均符合要求便可采用天然地基。所谓均匀性评价，最终结果是为了满足建筑物的沉降变形要求，也就是地基基础规范中的3.0.2条的规定，所以说均匀性评价也就是地基和基础变形的评价，对于不同的建筑物和不同基础而言，其评价方法和标准并不相同，对于不需要进行变形计算的建筑物来说也同样存在均匀性问题。

第6章 桩体复合地基设计方案

6.1 素混凝土桩体设计
根据中国兵器工业北方勘察设计研究院提供的《卓达青年城Ι段岩土工程勘察报告》，场地各土层物理力学指标及设计参数参见表6—1。
表6—1 地基处理各地基土层设计参数
土层名称及序号
承载力特征值
fak（kPa）
压缩模量
Es（MPa）
侧阻力特征值qsk（kPa）
端阻力特征值qpk（kPa）
黄土状粉质粘土①
120
6.3

粉细砂②
170
15.0
25

粉质粘土③
160
20.7
32

细砂④
200
30.0
35
1200
粉质粘土⑤
190
18.6
38
1300
中粗砂⑥
250
32.0
35
1700
粉质粘土⑦
200
25.3

中粗砂⑧
280
35.0

素混凝土桩复合地基桩端持力层的确定：
根据勘察报告，中粗砂⑥层为良好的桩端持力层，勘察报告对该层的描述如下：
中粗砂⑥层：中密～密实状，层位连续稳定，强度高，压缩性低，工程性质好。

表6—2 场地地层资料统计表
土层名称及编号
层顶标高（m）
层厚（m）
状态/密度
压缩性
原位