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摘要：岩石地基比一般的土质地基承载力和变形模量高很多，而且岩石本身因为结构、组成成分、风化程度不同导致岩石地基基础与一般的土质地基基础设计有很多区别，甚至不同的地区也有本地区特殊的设计方式和有地区特点的基础施工方案。本文根据某岩石地基工程设计过程中遇到的岩石地基基础在基础类型选择、承载力计算、柱下独基的受剪承载力计算以及不良地质处理方面遇到的问题，通过查阅不同的规范后结合本地区的实际施工经验，对上述问题提出相应的解决方案。
关键词：岩石地基基础；基础选型；承载力计算；受剪承载力验算；构造
一、工程概况
本数据中心项目C区位于贵州省贵安市，占地面积89172m2，园区包括15栋单体，地上总建筑面积122335m2，地下总建筑面积17625m2。主要功能区分为数据中心、实验室、餐厅、公寓及辅助用房等。项目依山式而建，总共分为三个台地，台地绝对标高由低到高分别为1222、1227、1233。其中1233、1227台地需开挖山体，基础持力层为基岩。1222台地个别子项有纯地下室以及部分半地下室需要开挖山体，持力层为基岩，其余位置有红黏土覆盖层。根据地勘报告显示，基岩为中风化白云岩，岩块的单轴抗压强度标准值frk＝31.158Kpa，结合岩块结构特征及物质组成，为较硬岩，为场地主要地基岩体。综合钻探取芯，为较破碎岩体，岩体基本质量分级为Ⅲ级。硬塑红黏土承载力特征值fa=180Kpa。
二、基础类型及成孔方式选择
1、基础类型选择
根据《地勘报告》剖面显示个别位置基岩起伏多变、覆盖土层厚度相差较大，但平均厚度小于5m，其覆盖层主要为硬塑红粘土。地勘报告显示红黏土fak=180kpa。虽然硬塑红黏土承载力也可以满足设计要求，但为避免同一个结构单元持力层相差较多造成不均匀沉降，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016年版）[1]（以下简称《抗震规范》）第3.3.4-1条规定：“同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上”，需要采用深、浅基础相结合的基础形式保证持力层为基岩。结合地勘剖面及当地习惯做法，确定了三种主要基础形式：基础埋深小于3米采用柱下独立基础；基础埋深3米至7米采用扩底墩基础；埋深大于7米采用桩基础。其中基础埋深小于3米的柱下独基情况又细分为两种情况，一种是基础底至防水板顶距离小于1米，直接采用柱与基础顶相连，另一种是基础底至防水板顶距离介于1米和3米之间，采用短柱连接上部结构柱底和基础。
2、成孔方式选择
墩基础、桩基础初步确定采用在当地施工工艺较为成熟的人工挖孔扩底的墩基础，总包方考虑由于工期紧张且对人工挖孔安全性不认可，提议采用旋挖成孔。但是因为旋挖成孔无法扩底，需要将墩（桩）身直径做成与扩底直径一样，增加较多的混凝土及钢筋用量，造成不必要的浪费，另外在回填土或黏土覆盖区域为了防止塌孔，进行旋挖作业还需要泥浆护壁，工程现场缺少土，没有制备泥浆的条件，而人工挖孔采用预制混凝土护壁，可避免塌孔的发生。最终经过综合考虑，埋深大于7米的桩基础采用旋挖桩，埋深小于7米的墩基础采用人工挖孔。
三、地基承载力验算
1、浅基础承载力验算
柱下独立基础和扩底墩基础的承载力计算采用浅基础承载力的计算方法，地勘报告显示“综合钻探取芯，为较破碎岩体”根据《贵州建筑地基基础设计规范》（DBJ52/45-2018）[2]（以下简称《贵州地基基础规范》）表4.2.4注2条要求；“破碎、极破碎岩石地基可分别参考本表中强风化、全风化的地基承载力修正系数取值，其他状态下的岩石不进行修正”，故本工程计算柱下独基及扩底墩基础不考虑深宽修正。
2、桩基础承载力验算
桩基计算方法，按照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）[3]（以下简称《桩基规范》）规范5.3.9条要求嵌岩桩计算公式仅适用于桩端置于完整、较完整基岩的情况，但本工程的基岩完整程度为较破碎无法满足嵌岩桩计算公式的要求，需按照《建筑地基基础设计规范》（GB 5007-2011）[4]（以下简称《地基基础规范》）8.5.6-6：“......当桩端无沉渣时，桩端岩石承载力特征值应根据岩石饱和单轴抗压强度标准值按照本规范第5.2.6条确定......”计算，即只考虑端阻而不考虑嵌岩段的侧摩阻。因感觉完全不考虑嵌岩段侧阻较为浪费，所以查阅了《贵州省建筑桩基设计与施工规程》（DBJ52/T088-2018）[5]（以下简称《贵州桩基规程》）。《贵州桩基规程》第5.3.3-2条明确桩端置于较破碎基岩的单桩竖向极限承载力可按照置于完整、较完整基岩上的情况进行估算，并通过单桩静载荷实验确定，同时还给出了桩端置于较破碎基岩时的嵌岩段侧阻和端阻综合系数ζr，详见下表4-1（摘自《贵州桩基规程》表5.3.5-1）：
表4-1 嵌岩段侧阻和端阻综合系数ζr
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四、柱下独基受剪承载力验算
1、浅基础承载力验算
根据《贵州地基基础规范》第8.2.2条要求：当基础置于岩石地基上时，应验算柱边或者墙边缘以及变阶处基础受剪承载力。其中《贵州地基基础规范》8.2.2条根据岩体基本质量等级将验算公式细化为三种类型，经计算对比按此公式验算，本工程基础高度比按照《地基基础规范》计算方法计算出的基础高度要小，在保证安全的基础上减少了钢筋和混凝土用量。下面以本工程一个柱的计算作为算例对两种公式进行对比。
算例：如下图4-1所示，已知某柱截面600x600，基底净反力设计值为3480kPa，基础边长1200x1200，基础高度600，基础有效高度540，基础混凝土强度等级为C30，岩体基本质量等级为Ⅲ级。
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图4－1
根据计算VS=3480x0.3x1.2=1252.8kN
按照《地基基础规范》计算如下：
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（4－1）
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（4－2）
根据公式4-2计算βhs=1.0
根据公式4-1计算基础抗剪承载力为648.65kN，不满足抗剪验算。
按照《贵州地基基础规范》）计算如下：
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（4－3）
其中λ为基础台阶宽度与台阶高度之比，且1≤λ≤2.5，此算例为λ=300/600<1，故取λ=1。
根据公式4-3计算基础抗剪承载力为1297.30kN，满足抗剪验算。
经过对比可知在对于基底反力集中于立柱附近的岩石地基，验算岩石上基础抗剪应根据各地区的具体情况确定才更为合理。
基础顶弯矩和水平力影响
对于地基承载力的验算通常需要验算轴心荷载作用和偏心荷载作用两种情况。根据《贵州地基基础规范》当基岩为完整、较完整硬质岩石地基以及完整的软质岩石地基，当满足基础嵌入基岩的深度h不小于0.5m，且满足公式4-4时可不考虑基础顶弯矩和水平力对基底压力的影响。
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（4－4）
当按照上述要求不考虑基础顶弯矩及水平力对基底压力的影响时，嵌岩段侧面宜配置直径不小于8mm、间距不大于150mm的双向抗裂钢筋。
五、无外倾结构影响
由于建筑功能原因，个别位置上台地柱下独基与下台地地下室外墙距离较近，下台地地下室外墙肥槽开挖后造成两个问题：一是上台地柱下独基位于无外倾结构面、较破碎且稳定的岩质边坡上，如何考虑边坡对基础稳定和承载力的影响？二是外墙距边坡较近，肥槽回填如何保证密实？为解决边坡对基础稳定和承载力的影响，我们参考了《重庆市住宅建筑结构设计规程》（DBJ50/T-243-2016）[6]（以下简称《重庆住宅结构设计规程》）的4.1.6条：对位于无外倾结构面、岩体完整、较完整或较破碎且稳定的岩质边坡上的基础，边坡地基承载力特征值可根据平地地基承载力特征值进行折减。折减系数可根据基础外边缘与坡脚连线θ按下表确定。
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根据现场实际情况降低个别基础底标高使基础外边缘与坡脚连线θ不大于75°，且此部分基础承载力特征值按照0.50进行折减。
由于外墙距边坡较近，空间较为狭窄不具备机械夯实的条件，肥槽回填不密实一方面会造成室外管线断裂、室外台阶及铺装路面下沉等问题，更为重要的是回填不密实对嵌固、挡土墙计算假定、抗浮产生不利的影响。根据现场条件现场情况采取了单侧支模形式，其中绝对标高1226~1229m挡土墙外侧采用C15混凝土回填，绝对标高1229~1232m为降低工程造价，在保证回填质量的情况下采用流动性水泥土进行回填。
六、特殊构造做法及不良地质情况处理
1、特殊构造做法
根据《贵州地基基础规范》6.1.4条要求：“置于硬质岩石上的条形基础、筏形基础以及地下室底板宜加设隔离层”根据条文解释主要是因为体积较大的混凝土直接浇筑在硬质岩石上，混凝土的收缩受到基岩的约束会使混凝土产生裂缝，因此设置隔离层给基础一定的活动空间可以避免收缩产生的裂缝。另外本工程地下室结构长度较长，且部分地下室存在临空面，采取必要措施控制和减少温度应力的影响非常重要。本工程场地内有较多碎石可作为褥垫层材料，采用因为碎石垫层摩擦系数较大，不会对抗滑移稳定产生不利影响，另外控制碎石褥垫层厚度不大于50mm，且控制夯填度0.9，可以保持基础不会产生较大沉降。参考《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）[7]（以下简称《高规》）12.3.2条的要求，结合本工程场地内条件，本工程基础下设置50mm厚碎石褥垫层，在保证不产生较大沉降、保证抗滑移稳定的基础上避免了对于基础的过度约束。
2、桩基础承载力验算
根据《贵州省建筑岩土工程技术规范》（DB52/T046-2018）[8]（以下简称《贵州岩土工程规范》）7.2.3-2第2条要求：“一般性钻孔：用以查明地基建筑条件，孔深宜进入持力层3~5倍基础短边宽度或桩基底面直径，且均不小于5m。”现场实际验槽过程中有以下特殊不良地质条件：溶洞、裂隙。
针对溶洞的情况，要求现场增加钎探数量查明溶洞的宏观分布规律，分类处理。依据《贵州岩土工程规范》7.3.2条规定及本工程的岩体基本质量：当溶洞面积小于基底面积且溶洞顶板厚度小于0.5d（d为溶洞直径）可以不考虑溶洞的影响；当溶洞面积大于基底面积需要进行原位实体基础载荷试验评价溶洞顶板的强度与稳定。但考虑业主对建筑安全性较高要求，且项目工期较为紧张，对于基础下相关范围内存在面积小于基础底面积的溶洞，采取清除填充物后毛石混凝土回填。当溶洞面积大于基础底面积的情况，将柱下独基调整为墩基础，并对墩基础持力层以下相关范围进行钎探，排除不良地质情况。针对溶槽的情况按照《贵州岩土工程规范》：a.对于浅层裂隙，清除填充物后采用C15混凝土、毛石混凝土或红黏土块石回填；b.对于基底下宽度不大的深溶槽裂隙，清除基础底面以下500mm深度内的填充物后，横截刻槽，刻槽间距200mm，嵌入钢筋后回填混凝土或水泥砂浆；c.对于基础边缘宽度不大的溶槽按照b项方式处理后可扩大基础跨越；d.在基础一侧或者一角有宽度和深度的溶槽，可采用孔径大于300mm的钻孔嵌岩桩支撑基底，桩基承载力应大于支撑面积荷载的1.25倍。
结 论
关于基础类型选择：本工程根据持力层上图层的厚度，选择了三种不同的基础形式：基础埋深小于3米采用柱下独立基础；基础埋深3米至7米采用扩底墩基础；埋深大于7米采用桩基础。由于墩基础属于浅基础，无需进行墩身的检测，可节约时间以及费用。当埋深接近7米时优先考虑墩基础。
关于承载力计算：根据《地基基础规范》本工程浅基础（柱下独基、墩基础）不考虑深度修正。依据《贵州桩基规程》的相关规定计算桩基承载力，可比《地基基础规范》规范有所提高。
关于柱下独基的受剪承载力计算：由于按照按照《地基基础规范》的相关条文验算基础抗剪承载力未考虑剪跨比对抗剪的影响，导致满足规范抗剪要求的基础高度较大。《贵州地基基础规范》根据贵州地区岩石地基的特点，将基础按照悬臂梁考虑，根据混凝土深受弯构件受剪承载力的计算导出了岩石地基柱下独基的受剪承载力公式。按《贵州地基基础规范》中公式验算柱下独基的受剪承载力可使基础高度减小，在保证安全的情况下，更加节约和经济。
关于无外倾结构面对结构基础设计的影响主要体现在两个方面。一个是需要考虑边坡稳定性影响对地基承载力进行折减，另一个是避免回填不密实造成对结构的影响采取的回填措施。
关于岩石地基基础特殊构造要求本文介绍了褥垫层的作用及设置要求。褥垫层的设置对于防止岩石地基基础出现收缩裂缝非常重要，单需考虑褥垫层对沉降及滑移稳定性的影响。本文中介绍了两种常见的不良地质情况溶洞及溶槽，并分别针对这两种情况按照规范提出了处理方法。
参考文献：
[1] 《建筑抗震设计规范》：GB 50011-2010（2016年版）[S] 北京：中国建筑工业出版社，2016
[2] 《贵州建筑地基基础设计规范》：DBJ52/45-2018 [S] 贵阳：贵州省住房与建设厅，2018
[3] 《建筑桩基技术规范》：JGJ 94-2008[S] 北京：中国建筑工业出版社，2008
[4] 《建筑地基基础设计规范》：GB 50007-2011[S] 北京：中国建筑工业出版社，2011
[5]《贵州省建筑桩基设计与施工规程》：DBJ52/T088-2018[S] 贵阳：贵州省住房与建设厅，2018
[6] 《重庆市住宅建筑结构设计规程》：DBJ50/T-243-2016[S] 重庆，贵州省住房与建设厅，2016
[7] 《高层建筑混凝土结构技术规程》：JGJ3-2010[S] 北京，中国建筑工业出版社，2010
[8] 《贵州省建筑岩土工程技术规范》DB52/T046-2018[S] 贵阳：贵州省住房与建设厅，2018