◎ 核工業(yè)贛州工程勘察院 陳仁祥

前言

樁基礎(chǔ)除了在一般工民建中主要用于承受豎向抗壓荷載外，還用于港口、橋梁、近海鉆采平臺(tái)、高聳及高重建筑物、支擋結(jié)構(gòu)及抗震工程中，承受側(cè)向風(fēng)力、波浪力、土壓力、地震力、車(chē)輛制動(dòng)力等水平荷載及豎向抗拔荷載等。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，人類充分利用空間的意識(shí)不斷增強(qiáng)，高層建筑愈來(lái)愈多，建筑物的結(jié)構(gòu)亦愈復(fù)雜，樁基礎(chǔ)應(yīng)用也更加廣泛，因此加強(qiáng)樁基礎(chǔ)的施工管理、質(zhì)量監(jiān)控也愈重要。高樓萬(wàn)丈始于基礎(chǔ)，現(xiàn)就樁基礎(chǔ)施工中地基土的影響因素及應(yīng)用談一談看法與認(rèn)識(shí)。

1、樁基礎(chǔ)分類

1.1 按使用功能可分為四類

（1）豎向抗壓樁：主要是承受豎向受壓荷載，根據(jù)荷載傳遞機(jī)理又可分為四類。

①摩擦樁：樁頂荷載主要由樁周側(cè)阻力承受，樁端阻力小到可忽略不計(jì)，樁長(zhǎng)一般大于30米；

②端承摩擦樁：樁端阻力分擔(dān)荷載的比例較大，但不大于30%；

③摩擦端承樁：樁頂荷載主要由樁端阻力承擔(dān)，樁側(cè)阻力分擔(dān)荷 載的比例不超過(guò)50%；

④端承樁：樁頂荷載主要由端阻力承擔(dān)，樁周土側(cè)阻力小到可忽略不計(jì)，通常指嵌巖樁。

（2）豎向抗拔樁：主要受豎向上拔荷載的樁，如抗浮樁。

（3）水平受荷載：主要受水平荷載。

（4）復(fù)合受荷載：承受豎向、水平荷載均較大的樁。

1.2 按樁身材料分為四類

（1）混凝土樁：該類樁目前使用最為廣泛，又可分為預(yù)制混凝土樁（預(yù)制樁）和灌注混凝土樁（灌注樁）。最常見(jiàn)的有沉管灌注樁，鉆、沖孔灌注樁，人工挖灌注樁。

（2）鋼樁：由于造價(jià)太高，使用量很小，主要用于特殊的大型工程。

（3）木樁：目前工程中已經(jīng)淘汰。

（4）組合樁：指一根樁由兩種或兩種以上材料組成的樁，一般可根據(jù)地層條件為充分發(fā)揮材料特性而組合的樁。不常用。

1.3 根據(jù)成樁方法可分為三類

（1）打入樁：分為錘擊、振動(dòng)兩種樁方式。

（2）灌注樁：有鉆、沖、挖三種形式。

（3）靜壓樁或叫壓入式：即采用無(wú)噪音機(jī)械壓入至設(shè)計(jì)標(biāo)高形式的樁。

1.4 按對(duì)場(chǎng)地的效應(yīng)（或根據(jù)成樁對(duì)土地的影響）分為三類

不同成樁方法對(duì)周?chē)翆拥呐艛D和擾動(dòng)性質(zhì)不同，將直接影響到樁的承載能力、成樁質(zhì)量及周?chē)h(huán)境。根據(jù)成樁對(duì)土層的影響可分為擠土樁、部分?jǐn)D土樁、非擠土樁三類。

（1）擠土樁：在成樁過(guò)程中，造成大量擠土，使樁周?chē)馏w受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，土的工程性質(zhì)有很大改變的樁，這類樁主要有打入或靜壓成樁的實(shí)心樁和閉口預(yù)應(yīng)力管樁、鋼管樁及沉管灌注樁等。擠土樁在成樁過(guò)程中因樁的擠土作用會(huì)引起場(chǎng)面隆起、土體側(cè)向移動(dòng)，對(duì)周?chē)挠绊懞艽?，?duì)灌注樁還可能會(huì)造成斷樁、縮徑等質(zhì)量事故，對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁會(huì)造成如樁的側(cè)移、傾斜、上?。ㄉ咸В┑荣|(zhì)量事故。

（2）部分?jǐn)D土樁：在成樁過(guò)程中引起部分?jǐn)D土效應(yīng)，樁周?chē)潦艿揭欢ǔ潭鹊臄_動(dòng)，這類樁有H型鋼樁、開(kāi)口預(yù)應(yīng)力管樁、沖孔灌注樁、螺旋樁。

（3）非擠土樁：顧名思義，對(duì)周?chē)馏w基本沒(méi)有擾動(dòng)，這類樁有鉆孔樁、挖孔樁、灌注樁、預(yù)鉆孔植樁、旋挖灌注樁等。

1.5 按樁徑分三類

（1）大口徑樁：D≥800mm。

（2）中等口徑：250mm＜D＜800mm。

（3）小樁或微型樁：俗稱樹(shù)根樁：D≤250mm，長(zhǎng)細(xì)比L／D值較小，因?yàn)槠涫┕た臻g要求小，對(duì)原有建筑物基礎(chǔ)影響小，施工方便，可在任何土層中成樁，并能穿透原有基礎(chǔ)等特點(diǎn)，因此在地基托換、支護(hù)結(jié)構(gòu)、抗浮、多層住宅處理等工程得到廣泛使用。

2 樁基礎(chǔ)施工中來(lái)自場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件的影響因素

一般來(lái)說(shuō)，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工中，場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，即地基條件是左右基礎(chǔ)形式、形狀、尺寸、支承方式、施工工藝、方法等的相當(dāng)重要的條件，具有什么樣的地質(zhì)條件，即選用什么樣的基礎(chǔ)型式，選擇什么樣的施工方式、工藝、方法，那么到底受那些地質(zhì)條件的約束呢？針對(duì)樁基礎(chǔ)，可以歸納如下幾點(diǎn)：

2.1 持力層的強(qiáng)度、深度及特性

（1）持力層的強(qiáng)度：對(duì)于硬質(zhì)巖嵌巖樁，從目前國(guó)內(nèi)機(jī)具設(shè)備來(lái)看，沖擊鉆優(yōu)于旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

（2）持力層的深度：過(guò)深，對(duì)于人工挖孔樁，就有很多不利因素，一是作業(yè)較困難，通風(fēng)成本也較高，排水難度也大，人身安全性也較差；同樣持力層埋藏太深，也難以發(fā)揮預(yù)應(yīng)力管樁的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

（3）持力層的特性方面：如有一些巖石風(fēng)化物具浸水易軟化的特點(diǎn)，對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁選型方面就應(yīng)考慮此問(wèn)題，一般宜選用閉口型。另外，在挖孔樁清底時(shí)，也要考慮受此影響。

2.2 地層結(jié)構(gòu)及特性

對(duì)樁基礎(chǔ)施工影響較大，甚至決定采用不同的樁型、成樁方式主要包括：

（1）有無(wú)卵、礫石層及其粒徑大小，如果土層中有粒徑大于100mm的卵石，那么成孔的效率就將降低，也較容易產(chǎn)生成樁事故，一般情況下，地質(zhì)勘察報(bào)告中的粒徑多半都是根據(jù)鉆探取樣收集的資料，然而，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際在土中的卵石粒徑為地質(zhì)報(bào)告中粒徑的三倍左右，因此施工中在分析判斷卵石粒徑時(shí)要考慮這一因素。

（2）持力層以上軟弱土層的情況，若有厚度較大的軟弱層，對(duì)采用沉管灌注樁、人工挖孔樁是極為不利的，必須采取有效的質(zhì)量保證措施。

（3）有無(wú)流砂層，或其它浸水易產(chǎn)生潛蝕流變的土層，若有對(duì)挖孔樁施工工藝極為不利的。

（4）持力層以上有無(wú)硬夾層，孤石分布，若有，對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁是很不利的，若廣泛分布，則根本不能采用預(yù)應(yīng)力管樁。同時(shí)對(duì)鉆、沖孔灌注影響也較大，若不采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，將容易造成樁孔傾斜。

2.3 地下水位及變化情況

對(duì)灌注樁的施工影響較大，如鉆、沖孔灌注樁護(hù)筒的埋設(shè)就與此有關(guān)，用反循環(huán)鉆孔法施工時(shí)，護(hù)筒的頂端高度必須超出最高水位2m以上。

2.4 有無(wú)滲流水或承壓水及其大小

若擬建場(chǎng)地有承壓水，采用灌注樁時(shí)，在施工過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生泥漿護(hù)壁困難，出現(xiàn)塌孔，從而造成鋼筋籠放不到底，柱底部形成很厚的泥夾層等眾多事故，特別是容易導(dǎo)致 樁身產(chǎn)生缺陷，當(dāng)有高出地表2m左右水頭的承壓水，灌注樁就比較難于施工。如果有流動(dòng)的地下水，就將嚴(yán)重影響到混凝土的澆注，特別當(dāng)?shù)叵滤魉俅笥?m/min時(shí)，根本就不能澆注混凝土。

3 巖土工程勘察資料在預(yù)應(yīng)力管樁、鉆、沖孔樁、人工挖孔樁施工中的指導(dǎo)作用

目前建筑工程中采用比較多的樁基礎(chǔ)類型有預(yù)應(yīng)力管樁、鉆、沖孔灌注樁及人工挖孔，在這些樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，合理、準(zhǔn)確的運(yùn)用巖土工程勘察資料，對(duì)提高施工效率，減少成樁質(zhì)量事故，都將是十分有益的。

3.1 預(yù)應(yīng)力管樁

3.1.1 適宜的地質(zhì)條件

預(yù)應(yīng)力管樁宜用于樁端持力層為較厚的強(qiáng)風(fēng)化巖或全風(fēng)化巖、堅(jiān)硬狀粘性土層，密實(shí)碎石、粗砂、粉土層。主要是這些土層管樁能進(jìn)入一定深度，成為摩擦端承樁或端承摩樁，以充分發(fā)揮其強(qiáng)度高的特點(diǎn)，從而提高樁的承載力和經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.2 不適宜的地質(zhì)條件

（1）持力層以上的土層中含有較多、又有一定埋深、難以清除的孤石或障礙物的場(chǎng)地。

（2）有不適宜作持力層，管樁又難以貫穿的堅(jiān)硬夾層的場(chǎng)地。

（3）巖面埋藏淺，且傾斜大，上覆土層又松散的場(chǎng)地。

3.1.3 以持力層埋藏情況、巖土特征，合理選擇樁型、配制樁長(zhǎng)

有些巖土層具有浸水易軟化的特點(diǎn)，如全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等。宜選用閉口型管樁，即使因考慮到擠土效應(yīng)采用了開(kāi)口型 ，亦應(yīng)及時(shí)封堵，否則將弱化樁端土的承載力，根據(jù)持力層的深度，合理配制樁長(zhǎng)，以免造成過(guò)多的截樁浪費(fèi)，配制時(shí)可按預(yù)估樁長(zhǎng)加長(zhǎng)3m考慮。

3.1.4 根據(jù)擠土效應(yīng)合理安排施工順序

一般遵循的原則：

（1）對(duì)于排樁應(yīng)從中間往兩頭施工，或分段施工。

（2）群樁應(yīng)從中央向四周施工。

（3）鄰近有建筑物時(shí)，應(yīng)從鄰近建筑物一側(cè)向無(wú)建筑物一側(cè)施打。

（4）先打持力層埋深大的地段，再打埋藏淺的地段，

（5）對(duì)于淺基坑，應(yīng)先打樁，后開(kāi)挖基坑，這樣有利于基坑的安全。當(dāng)然為避免截樁的浪費(fèi)，可進(jìn)行送樁。

3.1.5 正確確定收錘標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)廣東省標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(DBJ／T15-22-98)規(guī)定樁端持力層、最后貫入度、最后1米沉樁錘擊數(shù)三項(xiàng)主要指標(biāo)，樁入土深度、總錘擊數(shù)，每米沉樁錘擊數(shù)均為選作參考指標(biāo)。大量的實(shí)踐證明上述三個(gè)主要指標(biāo)也是隨著不同的地質(zhì)條件而有所側(cè)重。

（1）強(qiáng)風(fēng)化巖上面有較厚的堅(jiān)硬狀殘積土或全風(fēng)化巖，此時(shí)管樁并非一定要進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖，大致進(jìn)入全風(fēng)化巖及堅(jiān)硬殘積土層7-8m，即可滿足承載力及變形要求，若非要打入強(qiáng)風(fēng)化巖，此時(shí)，總錘擊數(shù)就有可能很高，將會(huì)導(dǎo)致樁的疲勞損傷，那么在這樣的地質(zhì)條件下，可采用最后1米錘擊數(shù)作為最主要收錘標(biāo)準(zhǔn)。

（2）有些擬建場(chǎng)強(qiáng)風(fēng)化巖上覆土層較軟弱，管樁穿透上覆軟土層后，立即進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖，樁的貫入度會(huì)迅速變小，在這樣的地質(zhì)條件下，應(yīng)采用最后1米沉樁錘擊數(shù)作為收錘的最主要指標(biāo)，這樣才能確保樁進(jìn)入持力層一定深度，以達(dá)到一是：由于擠土作用，可明顯的增加阻力效果；二是可以保證和提高管樁基礎(chǔ)的抗震性能。

（3）對(duì)于大面積群樁，先期施打的樁較容易進(jìn)入持力層，但由于成樁的擠土效應(yīng)，后打入的樁就有可能進(jìn)入不了強(qiáng)風(fēng)化巖，而只能打入全風(fēng)化巖或堅(jiān)硬狀殘積土層。若強(qiáng)行打至強(qiáng)風(fēng)化巖，就有可能出現(xiàn)前面提到的會(huì)打裂或打斷樁，此時(shí)應(yīng)以貫入度作為最主要的指標(biāo)。

（4）部分?jǐn)M建場(chǎng)地，局部強(qiáng)風(fēng)化巖持力層很薄，樁端是直接至中風(fēng)化巖面上，此時(shí)，打樁會(huì)明顯出現(xiàn)反彈，如果繼續(xù)施打，事必造成管樁打裂、打斷，因此，在這樣的地質(zhì)條件下，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告，以持力層作為主要的收錘標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.6 預(yù)鉆孔植樁

對(duì)于一些剝蝕殘丘地貌區(qū)，經(jīng)常會(huì)遇到強(qiáng)風(fēng)化巖面起伏很大，同一擬建建筑物范圍內(nèi)，有的部位強(qiáng)風(fēng)化巖埋藏淺，有的部位埋藏深，甚至有的部位直接為地坪面，這些部位的管樁可采用預(yù)鉆孔植樁施工方法，包括一些淺層的硬夾層亦可采用此方法。為防止擠土作用對(duì)周邊鄰近建筑物的影響，邊緣部位的樁同樣可采用此方法。

3.2 鉆、沖孔灌注樁

3.1.1 適宜的地質(zhì)條件

鉆、沖孔灌注樁適應(yīng)性較強(qiáng)，幾乎能適應(yīng)各種地質(zhì)條件，當(dāng)存在有較高水頭值的承壓水或動(dòng)水情況下，施工較為困難，若不采取其它防預(yù)措施，甚至無(wú)法施工。

3.2.2 持力層的確認(rèn)

可以根據(jù)鉆進(jìn)過(guò)程中排出的渣質(zhì)成分與勘察資料中所描述的巖土層成份加以對(duì)照，同時(shí)結(jié)合工程地質(zhì)剖面圖、柱狀圖、鉆進(jìn)速度予以確認(rèn)，較為可靠、準(zhǔn)確。

3.2.3 選擇合適的施工機(jī)具、施工工藝和方法

（1）當(dāng)土層中存在卵石層時(shí)，選用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)較之為沖擊鉆進(jìn)速度更快、效率更高、更具經(jīng)濟(jì)性。

（2）當(dāng)土層中存在卵石層和其它硬層時(shí)，宜選用反循環(huán)鉆進(jìn)，(粒徑應(yīng)小于鉆管直徑)、沖擊鉆進(jìn)。當(dāng)夾有較大的塊石、漂石、孤石時(shí)，還可同時(shí)采用錘式抓頭，效果更好。對(duì)于特別難以鉆進(jìn)的巨大孤石，還可輔以水下爆破的方法，予以炸裂，這樣可大大加快沖進(jìn)、鉆進(jìn)速度。

（3）當(dāng)嵌巖深度較大時(shí)，特別是硬質(zhì)巖，從目前國(guó)內(nèi)施工的機(jī)具來(lái)看，還是選用沖擊鉆進(jìn)更經(jīng)濟(jì)。

（4）多種方法并用，在沿海一些地區(qū)，填方時(shí)，往往都填有大量的塊石，此時(shí)采用沖擊鉆進(jìn)時(shí)，漏漿現(xiàn)象十分嚴(yán)重，以至于無(wú)法施工，在這樣的地質(zhì)條件下，可先采用人工挖孔，便于實(shí)施爆破作業(yè)，然后再采用沖孔樁，不僅可以提高效率，還可大大降低成本，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，如福建省漳州電廠樁基礎(chǔ)施工中，采用該方法，就獲得了十分成功的效果。

3.2.4 水下灌注

尤其在基坑中進(jìn)行鉆孔灌注樁當(dāng)中，進(jìn)行混凝土灌注時(shí)，應(yīng)當(dāng)降低基坑排水量，以免產(chǎn)生動(dòng)水影響灌注質(zhì)量，產(chǎn)生樁身缺陷。

3.2.5 護(hù)筒埋設(shè)

采用反循環(huán)施工工藝成孔時(shí)，必須注意要做到護(hù)筒埋設(shè)時(shí)，護(hù)筒頂一定要高出水位2m以上，否則將會(huì)導(dǎo)致孔內(nèi)事故。在粘性土中埋設(shè)深度不宜小于1.0m，砂土中不宜小于1.5m。受水位漲落影響或水下施工時(shí)，護(hù)筒應(yīng)加深，必須打入不透水層。

3.3 人工挖孔樁

3.3.1 適宜的地質(zhì)條件

①持力層埋藏較淺；②持力層以上無(wú)流砂，易產(chǎn)生觸變、流變的軟弱土，或無(wú)遇水易產(chǎn)生潛蝕、流變的含砂量較高的粘性土、粉土，如有上述地層，則不易護(hù)壁；③場(chǎng)地地下水缺乏或較貧。若地下水豐富，則排水困難，而且大量排水容易造成周邊建筑物，特別是周邊建筑物天然淺基礎(chǔ)。

3.3.2 護(hù)壁

局部遇有厚度不大（小于1.5m）的流動(dòng)性軟土（淤泥）和出現(xiàn)上述講的會(huì)涌土、涌砂的地層時(shí)，護(hù)壁應(yīng)采取：

①減少每節(jié)護(hù)壁的高度至0.3－0.5m；

②采用鋼護(hù)筒；

③采用有效的降水措施，在周?chē)O(shè)置降水井；

④采用靜壓注漿或高壓旋噴的方法加固這些土體。

3.3.3 合理選擇灌注方式

當(dāng)挖孔樁混凝土灌注時(shí)，一般都是通過(guò)溜槽或串筒，采用干作業(yè)方式進(jìn)行，當(dāng)滲水量過(guò)大時(shí)，特別見(jiàn)有股狀、束狀涌水點(diǎn)時(shí)，應(yīng)是待地下水恢復(fù)到基本接近靜止地下水位時(shí)，再以水下灌注的方式進(jìn)行混凝土灌注，否則將會(huì)由于動(dòng)水的影響，導(dǎo)致灌注質(zhì)量事故，產(chǎn)生柱身缺陷。在以往的施工中，由于這一因素常被大家忽視，造成樁身缺陷的嚴(yán)重質(zhì)量事故，可以說(shuō)是屢見(jiàn)不鮮。

4 結(jié)束語(yǔ)

從以上介紹的內(nèi)容可以看出，巖土工程勘察資料不僅可以為設(shè)計(jì)提供相關(guān)的地質(zhì)資料、參數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)施工同樣也是具有很現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)作用。巖土工程勘察報(bào)告是工程建議中一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)性成果，因此認(rèn)真做好工程建設(shè)前的場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)勘察工作，提供一份真實(shí)、可靠、高質(zhì)施工前，仔細(xì)閱讀，認(rèn)真分析報(bào)告中的有關(guān)內(nèi)容。對(duì)施工中將會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，制定相應(yīng)的預(yù)防措施，是能夠作出前瞻性的預(yù)估，有備無(wú)患，若能有這樣的共識(shí)，就是本文的目的所在。