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        高層建筑基礎(chǔ)選型淺析

        2014-11-16 07:04:18閆和雷
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年12期
        關(guān)鍵詞:嘉陵江卵石灌注樁

        閆和雷 馮 將

        (中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610052)

        1 工程概況

        擬建工程位于南充市江東中路與上中壩大橋交匯處,場地西北方向緊鄰嘉陵江,為9幢33層超高層住宅地下室一層和一幢52層五星級(jí)酒店地下室二層??傆玫孛娣e55275.00m2,總建筑面積308434.07m2。其用地紅線距嘉陵江邊約48.00m,該段嘉陵江河床寬50.00~100.00m,其嘉陵江水面高度約為262.09m,水深約為5.00~15.00m;河床底部為砂卵石土,局部已出露。在場地與嘉陵江之間為防汛大堤,其堤頂面寬度約4.00m,大堤頂面標(biāo)高約為275.55。高出目前場地平均標(biāo)高約1.40m。

        2 工程地質(zhì)條件

        場區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造屬新華夏系四川沉降帶內(nèi)的川中褶皺帶,處于川中東西向構(gòu)造帶偏東,南充背斜與西山向斜兩褶皺帶之間。上述兩褶皺在該地區(qū)均為北西—南東走向,南北相距約12km,基本平行,地質(zhì)構(gòu)造簡單。區(qū)域內(nèi)巖層晚近期構(gòu)造活動(dòng)微弱,斷裂構(gòu)造不發(fā)育,區(qū)域穩(wěn)定性好。場地基巖為侏羅系中統(tǒng)遂寧組泥巖(J2sn),巖層傾角平緩,近于水平。

        表1

        表2

        場地地貌上屬于嘉陵江水系Ⅰ級(jí)堆積階地。場地西北方向緊鄰嘉陵江,其用地紅線距嘉陵江邊約48.00m,該段嘉陵江河床寬50.00~100.00m。本次勘察期間為枯水期,其嘉陵江水面高度約為262.09m,水深約為5.00~15.00m;河床底部為砂卵石土,局部已出露。在場地與嘉陵江之間為防汛大堤,其堤頂面寬度約4.00m,大堤頂面標(biāo)高約為275.55。高出目前場地平均標(biāo)高約1.40m。

        勘察報(bào)告揭露的地層由上而下為第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖、洪積層(Q4al+pl)及侏羅系中統(tǒng)遂寧組(J2sn)泥巖層。

        3 基礎(chǔ)類型選擇分析

        3.1 樁基礎(chǔ)

        從場地工程地質(zhì)條件出發(fā),結(jié)合擬建建筑物性質(zhì),擬建工程可供選擇樁基礎(chǔ)類型為大直徑人工挖孔灌注樁和鉆(沖)孔灌注樁

        3.1.1 單樁豎向極限承載力估算

        利用巖石天然狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度估算,根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.3.9條計(jì)算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(Quk):計(jì)算結(jié)果見表1。

        由于巖石單軸抗壓試驗(yàn)與巖石作為地基時(shí)的實(shí)際受力狀態(tài)存在明顯差異;另外,由于基巖各風(fēng)化帶的劃分只是相對的,受人為鑒別、野外鉆探、現(xiàn)場取樣等諸多因素影響,并且各風(fēng)化帶之間風(fēng)化程度往往呈逐漸過渡,實(shí)際并無明確的分界線。因此,大直徑嵌巖樁單樁承載力的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果往往與按巖石單軸抗壓強(qiáng)度估算的結(jié)果具有一定的差異。因此從發(fā)揮地基潛力的角度講,單樁承載力應(yīng)通過現(xiàn)場樁靜載試驗(yàn)確定。

        3.1.2 樁基施工可能性分析

        人工挖孔樁具有造價(jià)低、施工簡單(可大面積展開),噪音小,易于清底,樁身質(zhì)量易于保證和樁底巖層觀察驗(yàn)槽工作易于進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn),但其施工時(shí)需采取人工降水措施將卵礫石含水層中地下水疏干,同時(shí),施工時(shí)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,危險(xiǎn)性高。

        對本工程而言,采用人工降水措施需將場地地下水降至中等風(fēng)化泥巖頂板以下。無論理論計(jì)算還是工程實(shí)踐,采用單一的管井降水措施,均不可能將基巖頂板以上的地下水疏干,在基巖頂板以上會(huì)存在2~3m的地下水,必須輔以孔內(nèi)明排措施,進(jìn)行水下挖孔作業(yè)。一方面由于場地上部弱透水層---粉土,呈稍密狀態(tài),其間分布有相對隔水的粉質(zhì)粘土層,受其影響短時(shí)間內(nèi)是不可能將其中地下水疏干,根據(jù)南充地區(qū)已有施工經(jīng)驗(yàn),要完全疏干粘性土、粉土層中的地下水所用時(shí)間將長達(dá)3~5個(gè)月,這樣會(huì)嚴(yán)重影響工期。若強(qiáng)行施工,在滯留地下水的作用下,粉土呈流動(dòng)狀態(tài),在該土層中進(jìn)行人工開挖將很難保證樁孔成形,極易造成垮塌。

        同時(shí),由于本場地卵石土顆粒較小,卵石土以稍密、松散狀態(tài)為主,在該段進(jìn)行水下人工挖孔時(shí),樁壁土極易垮塌,樁孔不能按設(shè)計(jì)要求成形,施工安全不能得到保證。

        另一方面,由于卵石土中充填物主要為粉細(xì)砂,采取樁內(nèi)明排,將大量抽走卵礫土中的粉細(xì)砂,影響到卵礫石土本身的性質(zhì),極大降低樁側(cè)摩阻力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成空洞,導(dǎo)致地面塌陷。

        第三方面,擬建工程場地緊鄰嘉陵江,且位于嘉陵江凹岸,屬?zèng)_刷岸,抽水試驗(yàn)結(jié)果表明,場地砂卵石土滲透性達(dá)30m/d。嘉陵江水體與場地內(nèi)地下水具有直接的水力聯(lián)系,在豐水期,嘉陵江水將對場地地下水進(jìn)行直接補(bǔ)給,形成江水倒灌,這無疑會(huì)極大地增加降水難度和降水處理造價(jià)。

        鉆(沖)孔灌注樁因其是以機(jī)械成孔,噪音大,費(fèi)用高,設(shè)備投入量大,大量的泥漿排放困難。同時(shí)因孔底沉渣的存在將較大的影響樁端阻力的發(fā)揮。

        其優(yōu)點(diǎn)是可以在有地下水的條件下成孔成樁,不需降水就可以施工;同時(shí),鉆(沖)孔灌注樁是一項(xiàng)很成熟的施工工法,施工過程中,只要嚴(yán)格把握施工過程質(zhì)量控制,特別是水下砼的澆筑,其樁身質(zhì)量是完全能得到保證的;第三,因其在地面作業(yè),施工安全,隱患較少。

        綜合上述分析,結(jié)合擬建工程場地的工程地質(zhì)條件及已有的樁基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn),擬建工程不宜采用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)方案,適宜的樁基礎(chǔ)型式為鉆(沖)孔灌注樁。

        3.2 地基處理

        3.2.1 CFG樁復(fù)合地基

        為降低基礎(chǔ)造價(jià),減少基礎(chǔ)施工難度,節(jié)省工期,根據(jù)本場地工程地質(zhì)條件及擬建物性質(zhì),可采用CFG樁復(fù)合地基上的獨(dú)立基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。

        根據(jù)擬建工程場地工程地質(zhì)條件,按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2002)9.2公式估算CFG樁復(fù)合地基承載力特征值(fspk)見表2。

        3.2.2 CFG樁復(fù)合地基施工可能性分析

        CFG樁復(fù)合地基宜以圓礫或卵石層作為CFG樁的樁端持力層,其加固原理為通過置換、擠密作用對上部軟弱土層進(jìn)行加固,通過對樁端卵礫石土進(jìn)行強(qiáng)夯,可極大的改善樁端持力層(卵、礫石層)的密實(shí)度,進(jìn)而達(dá)到提高持力層地基土承載力的目的。

        對干作業(yè)取土灌注樁樁底地基土進(jìn)行孔底深層強(qiáng)夯也是近年來發(fā)展的樁基改良技術(shù)。是灌注樁的輔助工法,該技術(shù)的作用機(jī)理主要通過對樁底地基土進(jìn)行重錘強(qiáng)力夯擊,可極大地改善樁端地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),特別是在夯擊同時(shí)加入干硬性混凝土,可同時(shí)產(chǎn)生“擴(kuò)底、擴(kuò)徑”效應(yīng),相當(dāng)于在樁端形成擴(kuò)大頭,并加固樁底和樁周一定范圍的土體,從而大幅度提高灌注樁的樁側(cè)阻力和樁端阻力,達(dá)到增強(qiáng)樁的質(zhì)量穩(wěn)定性、減小樁基沉降、增加灌注樁承載力的目的。對于樁端為易擠密夯實(shí)的地基土,如砂卵石、粉土等,經(jīng)實(shí)踐表明均取得良好成效。該技術(shù)因其費(fèi)用低、在孔底夯擊噪音低、振動(dòng)小、對周圍環(huán)境影響小、承載力提高幅度大而得到廣泛應(yīng)用。

        目前受施工設(shè)備的限制,在孔底進(jìn)行深層強(qiáng)夯,其成孔孔徑一般不大于600mm,在南充地區(qū)已有的施工案例對Φ600的干作業(yè)灌注樁樁底松散~稍密的砂卵石土進(jìn)行深層強(qiáng)夯處理后,其單樁承載力特征值可達(dá)1600kN~2000kN。

        CFG 樁復(fù)合地基具有如下優(yōu)點(diǎn):

        ①其降水深度僅需達(dá)到卵石層頂板,可大大減少降水難度及對周圍建筑及地面產(chǎn)生的不良影響;

        ②其施工工法簡單,快速,施工質(zhì)量可得到足夠的保證;

        ③施工噪音小,產(chǎn)生的渣土少,對環(huán)境影響小,施工不擾民;

        ④地基檢測快速,方便;

        ⑤由于采用低標(biāo)號(hào)砼,同時(shí)通過褥墊層的調(diào)節(jié)作用,充分發(fā)揮了原有地基土的承載力,故相對于灌注樁基礎(chǔ)而言其造價(jià)有較大的節(jié)約;

        ⑥由于單臺(tái)施工設(shè)備簡單、造價(jià)低,可方便地投入較多的施工設(shè)備,可極大地縮短工期。

        ⑦由于采用褥墊層技術(shù),使建筑物基礎(chǔ)與地基脫開,在地震作用下具有很強(qiáng)的減震效應(yīng)。

        結(jié)語

        對于五星級(jí)酒店由于層數(shù)較高(52層),荷重較大,前述計(jì)算結(jié)果表明,天然地基和單一復(fù)合地基提供的承載力均不能滿足其承載力要求。因此,適宜的基礎(chǔ)形式為鉆(沖)孔灌注樁。

        對于9幢33層住宅樓主樓根據(jù)本場地工程地質(zhì)條件,天然地基承載力不能滿足其承載力的要求。從工期、造價(jià)、環(huán)衛(wèi)方面考慮可采用CFG樁復(fù)合地基加固處理,基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ),以經(jīng)CFG樁復(fù)合地基加固處理的地層為基礎(chǔ)持力層。其承載力特征值可達(dá)600~800kPa。能夠滿足其承載力的要求。

        [1]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

        [2]JGJ79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

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