安 健

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

談混凝土灌注樁的設(shè)計(jì)及施工注意事項(xiàng)

安 健

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

以某單位職工高層商住樓為例，結(jié)合其具體工程概況，介紹了混凝土灌注樁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并針對(duì)灌注樁施工中出現(xiàn)的常見問題提出了具體的解決措施，以保證樁基的施工質(zhì)量。

混凝土灌注樁，土層，設(shè)計(jì)，樁基

1 灌注樁工程設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

該工程為山西太原市東中環(huán)路以東某單位職工高層商住樓，主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上33層，裙房地上2層，建筑總長(zhǎng)度61.125 m，總寬度52.400 m。建筑場(chǎng)地為Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土，基底下濕陷性土層厚度為10 m，以下各土層均為粉質(zhì)粘土。綜合考慮本工程采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，對(duì)于濕陷問題初定為兩個(gè)方案，方案一是灌注樁直接穿透濕陷性土層，濕陷性土層不另作處理，另一方案是先采用素土擠密樁處理濕陷土層，濕陷完全處理后打鋼筋混凝土灌注樁。經(jīng)對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)安全性綜合分析，采用處理濕陷性土層后打灌注樁的方案，因在造價(jià)相當(dāng)?shù)那闆r下，此方案可以考慮處理后土層為單樁承載力提供摩阻力，從而減小樁的長(zhǎng)度，也從根本上消除了濕陷性土層對(duì)建筑物存在的不確定的安全隱患。

1.2 樁基設(shè)計(jì)

1)樁徑、樁距、樁長(zhǎng)的選取。

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告基底以下土層分布如表1所示(黃土為處理后的濕陷土)。

表1 土層參數(shù)表

根據(jù)《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，灌注樁間距應(yīng)大于3倍樁徑，樁基進(jìn)入持力層深度為3倍～5倍樁徑，樁徑取0.7 m，考慮到主體結(jié)構(gòu)剪力墻長(zhǎng)度大部分為4 m～6 m，為使樁盡量布置在剪力墻下，減小承臺(tái)梁板內(nèi)力，樁距取2.1 m～3 m，根據(jù)上部建筑的荷載、樁徑、樁距、土層等經(jīng)初步計(jì)算樁長(zhǎng)取31.2 m。

2)基樁承載力的計(jì)算及平面布樁。

由計(jì)算公式Quk=u∑βsiqsiklgi+βpqpkAp得:

Quk=3.14×0.70×(10.10×40×1.4+19.1×65×
1.4+2×80×1.5)+2.2×1 800×3.14×0.352=7 114 kN。

單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值?。篞uk=7 100 kN。

單樁豎向承載力特征值?。篟a=Quk/2=3 550 kN。

因工程工期、場(chǎng)地問題甲方要求不再單獨(dú)做樁底樁側(cè)土破壞的試樁確定單樁承載力，本工程先以經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算單樁豎向極限承載力來(lái)布樁，待工程樁完成后取預(yù)先設(shè)定的三根試樁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)檢驗(yàn)，試樁達(dá)到工程樁豎向極限承載力再加兩級(jí)荷載即可，試樁要求極限承載力Quk=7 100/0.8=8 875 kN。若試樁沒有破壞可以當(dāng)作工程樁使用，應(yīng)考慮該試樁承載力的折減。布樁時(shí)，為使整體樁位形心盡量與上部結(jié)構(gòu)的重心重合，先按局部荷載與局部樁中心重合的原則進(jìn)行布樁，完成布樁后取上部結(jié)構(gòu)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值除以單樁特征值核對(duì)總樁數(shù)。

3)配筋計(jì)算。

本工程基底埋置較深，周邊土體及地庫(kù)對(duì)地下室有很好的約束，樁可不考慮抗拔和水平地震作用，配筋按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》的構(gòu)造規(guī)定：樁身配筋率為0.2%～0.65%(小直徑取大值)，而《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定受壓構(gòu)件全部配筋率為0.6%，所以工程樁全部縱筋取16根φ14，配筋率為0.64%，滿足要求，考慮軸向荷載的傳遞特征及荷載性質(zhì)，且無(wú)軟弱土層和液化土層，其中縱向受力筋的1/2沿樁身通長(zhǎng)配置，另外1/2按樁長(zhǎng)2/3配置。箍筋為8@100/200，樁頂5d范圍加密為8@100。每隔2 m設(shè)一道Φ12焊接加勁箍筋。

4)樁身強(qiáng)度計(jì)算。

樁身的混凝土強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)取上部結(jié)構(gòu)荷載的設(shè)計(jì)值，為計(jì)算方便簡(jiǎn)單，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值Q與單樁豎向承載力特征值Ra的比值按1.35考慮，工程樁混凝土強(qiáng)度計(jì)算為：fc=Q/(φψcAps)=1.35×3 550/(0.8×3.14×0.352)=15.57 N/mm2。

由《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.1.4得C35的設(shè)計(jì)值為16.7 N/mm2,所以樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)取為C35，試樁樁身的混凝土強(qiáng)度計(jì)算：

fc=Q/(φψcAps)=8 875/(0.8×3.14×0.352)=28.84 N/mm2。

由《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.1.3得C45的標(biāo)準(zhǔn)值為29.6 N/mm2,試樁樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45。

5)后壓漿技術(shù)的應(yīng)用。

為提高樁承載力，減小樁頂沉降量，結(jié)合本工程樁端、樁側(cè)土層的土質(zhì)情況，本工程適合采用后注漿技術(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算注漿量:

Gc=αpd+αsnd=2.2×0.7+0.5×2×0.7=1.54+0.7=2.24 t。

取樁底約為2.0 t,樁側(cè)約為1.0 t。注漿導(dǎo)管采用φ20鋼管，樁底兩根，樁側(cè)兩道，規(guī)范要求距樁底5 m～15 m，樁頂約8 m以下，每隔6 m～12 m設(shè)一道注漿閥，本工程樁樁側(cè)在距樁頂8 m,18 m設(shè)兩道注漿閥，注漿材料為P.S32.5水泥，樁端注漿壓力應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)、注漿點(diǎn)深度來(lái)確定，對(duì)本工程為非飽和粉質(zhì)粘土，注漿壓力取3 MPa～10 MPa。通過樁的檢測(cè)報(bào)告分析，后壓漿明顯改善樁端樁側(cè)土的持力層條件，單樁承載力有明顯提高，試樁的沉降量也很小。

6)主裙房基礎(chǔ)的沉降計(jì)算及變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)。

本工程帶有兩跨兩層裙房，因高層主體采用樁基，為減小差異沉降，裙房采用剛度相對(duì)弱化的天然地基和混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，并要求在主體完成后沉降基本穩(wěn)定后再做裙房施工，如主體部分封頂完成后繼續(xù)沉降，裙房施工應(yīng)留置后澆帶。

2 樁基施工應(yīng)注意事項(xiàng)

灌注樁成孔方法有人工挖孔、機(jī)械沉管成孔、機(jī)械鉆孔等。機(jī)械鉆孔泥漿護(hù)壁成孔應(yīng)用較多，而水下混凝土施工是樁質(zhì)量控制的關(guān)鍵，個(gè)人對(duì)泥漿護(hù)壁灌注樁水下澆筑混凝土注意事項(xiàng)總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1)水下澆筑混凝土方法。

鉆孔灌注樁一般采用泥漿護(hù)壁成孔，鋼筋籠吊裝完成后立即進(jìn)行二次清孔，然后將端頭帶有隔水球膽導(dǎo)管插入距孔底300 mm～500 mm，將一定儲(chǔ)備量的混凝土一次灌入導(dǎo)管，混凝土將壓出隔水球膽且將導(dǎo)管埋入灌注面以下一定深度，初次埋入不小于0.8 m，混凝土連續(xù)灌注時(shí)在導(dǎo)管內(nèi)外形成高差而使混凝土灌注面不斷上升，這時(shí)導(dǎo)管埋入深度亦為2 m～6 m，孔內(nèi)泥漿隨著混凝土灌注面上升而排出，直至樁體全部澆筑完成。水下澆筑混凝土是隱蔽施工，必須由專人控制澆筑速度、導(dǎo)管埋入深度、提管速度、管內(nèi)外混凝土高差等，確保混凝土澆筑質(zhì)量。

2)導(dǎo)管堵塞或?qū)Ч馨慰铡?/p>

導(dǎo)管堵塞是水下灌注混凝土常見的問題，主要原因是混凝土坍落度小、流動(dòng)性差，混凝土發(fā)生離析，混凝土澆筑到管端因?qū)Ч軆?nèi)外壓力差變小發(fā)生堵塞，施工人員沒有充分的工序準(zhǔn)備就急于澆灌，澆筑時(shí)也不檢測(cè)混凝土的坍落度、流動(dòng)性。導(dǎo)管一旦堵塞插管會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的澆筑質(zhì)量。為防止堵塞，除了加快澆筑速度外，施工前應(yīng)嚴(yán)格培訓(xùn)工人操作工藝和施工工序，澆灌前根據(jù)孔深計(jì)算確定導(dǎo)管的搭配，灌注過程中及時(shí)測(cè)出混凝土面的上升高度，嚴(yán)格控制導(dǎo)管的埋置深度、拔管的速度并及時(shí)拆卸導(dǎo)管，也可不間斷緩緩地上下抖動(dòng)導(dǎo)管。導(dǎo)管堵塞無(wú)法灌注或者工人操作不當(dāng)導(dǎo)管拔空需要重新插管，必須抽掉導(dǎo)管里的水或?qū)Ч艿锥思痈羲w閥然后插入才可以繼續(xù)灌注混凝土。

3)正確控制后壓漿壓力和注漿量。

近年來(lái)注漿技術(shù)得到了成熟和廣泛的應(yīng)用，其工程機(jī)理是水泥漿通過預(yù)設(shè)于樁身內(nèi)的注漿管和與之相連的注漿閥壓入滲透到樁端及樁周的土層中，高壓漿液使松質(zhì)的土層固結(jié)、填充、壓密，形成承載力較高的新加固土層，其與灌注樁的有機(jī)結(jié)合明顯地提高了灌注樁的承載力，也對(duì)樁底沉渣、樁側(cè)縮頸、泥皮等缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。后注漿時(shí)間一般于成樁達(dá)到一定強(qiáng)度后開始，注漿順序應(yīng)按場(chǎng)地土質(zhì)特性確定，一般對(duì)于飽和土的復(fù)式注漿宜為先樁側(cè)后樁端，對(duì)于非飽和土先樁端后樁側(cè)；多斷面樁側(cè)應(yīng)先上后下。注漿壓力及注漿量應(yīng)按設(shè)計(jì)要求范圍調(diào)整，一般情況下樁端后注漿的完成以注漿量來(lái)控制，壓力過大會(huì)擾動(dòng)樁周土層或?qū)扼w破壞，或使樁體上浮；樁端注漿終止壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求壓力，而已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的注漿量時(shí)可以停止注漿。

4)鋼筋籠上浮。

混凝土灌注時(shí)鋼筋籠有時(shí)會(huì)出現(xiàn)上浮，原因之一是混凝土粗骨料所占比例大，混凝土在導(dǎo)管內(nèi)下落過程中發(fā)生離析，當(dāng)灌注到鋼筋籠底端時(shí)由于鋼筋籠的主筋和箍筋密致使難以插入導(dǎo)管翻出發(fā)生離析的混凝土，鋼筋籠會(huì)受混凝土的反沖力托動(dòng)上??；也可能因混凝土初凝時(shí)間短，澆筑上升一定高度時(shí)澆筑面開始凝固，和鋼筋籠凝固在一起的表層混凝土?xí)y帶鋼筋籠上浮。以上情況下可以通過加快灌注速度、減小混凝土骨料粒徑、調(diào)整初凝時(shí)間、更好地固定鋼筋籠、保證導(dǎo)管與鋼筋籠間隙要求且互無(wú)掛帶等等方法來(lái)解決。

3 結(jié)語(yǔ)

混凝土灌注樁是高層建筑最常用的一種基礎(chǔ)型式。尤其鉆孔施工方法能適應(yīng)各種復(fù)雜地層，而且施工速度快，對(duì)周邊建筑物影響也小，但成孔必須為泥漿護(hù)壁，成孔尺寸無(wú)法直接實(shí)測(cè)實(shí)量；混凝土為水下澆筑，靠自身重力密實(shí)，混凝土質(zhì)量不易控制；樁出現(xiàn)缺陷補(bǔ)救困難，費(fèi)用高。樁基一旦出現(xiàn)質(zhì)量事故將影響整個(gè)工程質(zhì)量，會(huì)給甲方造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。所以設(shè)計(jì)人員必須綜合考慮場(chǎng)地成孔的可行性、當(dāng)?shù)厥┕ぜ夹g(shù)條件并且參考已建成的工程再作出合理的設(shè)計(jì)，同時(shí)建設(shè)施工單位應(yīng)該加強(qiáng)管理，嚴(yán)格控制每一道工序，出現(xiàn)問題及時(shí)補(bǔ)救確保樁基施工的質(zhì)量。

[1] 張忠苗.灌注樁后注漿技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] GB 50010-2010，混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Discussion on bored concrete pile design and construction matters

AN Jian

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan 030013, China)

Taking one staff high-rise residential building as an example, combining with specific engineering conditions, the paper introduces bored concrete pile design points, and puts forward specific solving measures to common construction problems, with a view to guarantee the pile foundation construction quality.

bored concrete pile, soil layer, design, pile foundation

1009-6825(2014)36-0065-02

2014-10-20

安 健(1977- )，男，工程師

TU473.14

A