張 杰

(北京未來之家建筑設(shè)計有限公司，北京 100025)

后注漿摩擦樁優(yōu)化案例分析

張 杰

(北京未來之家建筑設(shè)計有限公司，北京 100025)

以天津某住宅項(xiàng)目作為案例，詳細(xì)描述了后注漿摩擦樁的設(shè)計優(yōu)化過程,通過分析試樁環(huán)節(jié)與設(shè)計優(yōu)化環(huán)節(jié)的控制要點(diǎn)，顯示了采用試樁作為優(yōu)化手段的可行性與優(yōu)越性。

試樁，后注漿，摩擦樁，設(shè)計優(yōu)化

0 引言

在建筑行業(yè)努力實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保和節(jié)能減排，地產(chǎn)行業(yè)通過控制成本求得競爭優(yōu)勢的今天，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是建筑設(shè)計領(lǐng)域的新興熱點(diǎn)。從社會上出現(xiàn)的相當(dāng)數(shù)量的設(shè)計咨詢顧問公司、優(yōu)化公司可見一斑。其實(shí)，多種方案比選，追求結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)最省一直是結(jié)構(gòu)工程師孜孜以求的目標(biāo)。因地基基礎(chǔ)占結(jié)構(gòu)整體造價比重較大，且基礎(chǔ)設(shè)計中，經(jīng)驗(yàn)取值較多，一般安全余量較大，故基礎(chǔ)的優(yōu)化往往比上部結(jié)構(gòu)更見成效。作為量大面廣的樁基工程，樁基的優(yōu)化在許多已建工程中節(jié)省了可觀的資金。本文就天津一例后注漿摩擦灌注樁的優(yōu)化案例進(jìn)行探討。

1 試樁的準(zhǔn)備

1.1 規(guī)范依據(jù)

按照《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》2009版結(jié)構(gòu)分冊(地基與基礎(chǔ))6.7.2.1，注漿對樁承載力的提高視土性、注漿壓力、漿液配比、注漿工藝、注漿量的大小和施工隊(duì)的操作技術(shù)水平等因素而變化，通常幅度在20%～100%之間，在提高承載力的同時，增強(qiáng)樁的質(zhì)量穩(wěn)定性與減少樁基礎(chǔ)沉降。

按照J(rèn)GJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范的5.3.10，對于泥漿護(hù)壁成孔灌注樁，豎向增強(qiáng)段為樁端以上12 m；當(dāng)為樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿時，豎向增強(qiáng)段為樁端以上12 m及各樁側(cè)注漿斷面以上12 m，重疊部分應(yīng)扣除。

1.2 項(xiàng)目概況

天津某項(xiàng)目地上為18層～28層高層剪力墻住宅組團(tuán)，地下為1層車庫，主樓基礎(chǔ)為承臺梁下布樁，車庫基礎(chǔ)為樁承臺加防水板。樁徑600 mm，因地基土弱腐蝕，樁基混凝土標(biāo)號采用C35。主樓-1層層高4.7 m，取地勘報告175號鉆孔估算，樁頂標(biāo)高-5.5 m相當(dāng)于自然地面下埋深約4.3 m。巖土工程參數(shù)見表1。

表1 巖土工程參數(shù)

1.3 試樁的載荷試驗(yàn)

本項(xiàng)目試樁檢測采用單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)反力采用壓重平臺提供反力法，即由壓重平臺提供反力通過試樁鋼梁及千斤頂對基樁進(jìn)行加載試驗(yàn)。堆載配重650 t，基準(zhǔn)梁為鋼質(zhì)，長6 m；沉降測定平面距樁頂0.2 m。加載方法采用慢速維持荷載法。為節(jié)省成本，本項(xiàng)目試樁仍需做工程樁使用，不壓至破壞。

荷載分級：預(yù)估極限承載力值的1/10，第一級可按兩倍分級荷載加荷。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每級荷載作用下，1 h的沉降不超過0.1 mm，認(rèn)為已達(dá)到相對穩(wěn)定，可加下一級荷載。終止加荷條件：1)某級荷載作用下，樁頂沉降增量超過前一級荷載作用下樁頂沉降增量的5倍時；2)某級荷載作用下，樁頂?shù)某两翟隽砍^前一級荷載作用下沉降增量的2倍，且在24 h尚未達(dá)到相對穩(wěn)定時；3)當(dāng)樁頂總沉降量超過40 mm～60 mm后；4)已達(dá)到預(yù)估單樁豎向抗壓極限承載力；5)已達(dá)反力裝置的最大加載量。出現(xiàn)上述情況之一時即可終止試驗(yàn)。

卸載：每級卸載值為每級加載值的2倍。

1.4 試驗(yàn)曲線分析

舉例取φ0.60×31.00 m(設(shè)計樁長)來分析，該樁每級加載360 kN，當(dāng)荷載逐級加壓至4 680 kN時，維持荷載150 min達(dá)到相對穩(wěn)定，該樁的樁頂累計沉降量為22.59 mm，滿足設(shè)計要求，故終止加荷，分級卸載至0 kN。該樁最終殘余變形量為15.44 mm。故該樁的單樁豎向抗壓極限承載力實(shí)測值可按不小于4 680 kN考慮。

通過圖 1Q—s曲線可見，加載到4 680 kN時，本級沉降超過5 mm，累計沉降超過20 mm，曲線即將進(jìn)入陡降段。若發(fā)生明顯陡降，其明顯陡降起始點(diǎn)對應(yīng)的荷載即為單樁極限承載力。圖2s—lgQ曲線即將出現(xiàn)陡降直線段，而出現(xiàn)陡降直線段的起始點(diǎn)所對應(yīng)的荷載即為單樁極限承載力。綜上考慮，從以上曲線可以看出，非破壞性加載已接近最大值，距離破壞性試樁，即單樁極限承載力相差級數(shù)應(yīng)該已不多。從樁基優(yōu)化幅度與確保項(xiàng)目整體安全性考慮，決定此時停止加載。

2 一期樁基優(yōu)化

2.1 注漿方式的選擇

首先，從機(jī)理上講，樁端受沉渣影響敏感，經(jīng)后注漿沉渣得到加固且樁端有擴(kuò)底效應(yīng)，樁端沉渣和土的加固效應(yīng)強(qiáng)于樁側(cè)泥皮的加固效應(yīng)，所以端阻的增幅高于側(cè)阻，故應(yīng)優(yōu)先考慮樁端加固。再者，從《樁基規(guī)范》講，單一樁端后注漿時，豎向增強(qiáng)段為樁端以上12 m。其效果相當(dāng)于樁端加固，加上樁端以上12 m樁側(cè)加固，因深層土側(cè)摩阻一般大于淺層土的，故效果肯定好于任一位置的單一樁側(cè)以上12 m加固。最后，假設(shè)考慮樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿，此項(xiàng)目最高28層剪力墻，就一般而言，荷載不算大，初步可不考慮。若超過100 m高層，則應(yīng)考慮。然后根據(jù)《規(guī)范》，豎向增強(qiáng)段為樁端以上12 m及各樁側(cè)注漿斷面以上12 m，重疊部分應(yīng)扣除。假如在距樁端12 m處增加注漿孔，則按計算值24 m樁承載力已接近4 000 kN。則設(shè)計所需要的承載力為3 200 kN，3 600 kN的樁長均會小于24 m，重疊部分造成浪費(fèi)。樁側(cè)土側(cè)阻力淺層小于50，提高幅度小，且樁短后，持力層上提，淺層持力層的樁端承載力和抵抗沉降均不如深層土。故綜上考慮，不采用復(fù)式注漿。最終該項(xiàng)目決定采用單一樁端后注漿。

2.2 樁長優(yōu)化分析

因本項(xiàng)目先打樁，后開挖，所以表2中，需要用試樁抗壓實(shí)測值Qui，減去設(shè)計樁長以上部分樁周土極限承載力，約4 m，28×4×1.884=211，近似按200考慮，得其設(shè)計樁長所對應(yīng)的抗壓極限承載力值Quk。表3中，EFG區(qū)作為項(xiàng)目一期，設(shè)計院根據(jù)地勘報告，計算出原始，即優(yōu)化前設(shè)計樁長28 m，31 m，34 m，對應(yīng)承載力3 200 kN，3 600 kN，4 000 kN。

試樁共5根，根據(jù)表2中Quk，34 m為4 650 kN，28 m為3 950 kN，即單純從表面看，28 m即可基本取代優(yōu)化前的34 m樁，但考慮28 m試樁只有兩根，相對于該區(qū)1 000多根樁，比例很低，為保險起見，不能按100%減少樁長，而取2/3的優(yōu)化量，即優(yōu)化2/3×(34-28)=4 m，取30 m對應(yīng)承載力為4 000 kN，根據(jù)表2中已有的一根31 m對應(yīng)的4 480 kN的試樁來看，差值480 kN，按照每米對應(yīng)200 kN，30 m取4 000 kN安全余量是足夠的。

同理，按照樁長減4 m的幅度，原設(shè)計31 m-4 m=27 m，因表2中28 m對應(yīng)3 950 kN，故27 m 對應(yīng)3 600 kN，安全余量足夠。原設(shè)計28 m-4 m=24 m，但考慮本次試樁最短28 m，無24 m樁實(shí)測數(shù)據(jù)。且樁長短，側(cè)阻力，端阻力均有減小；24 m樁持力層為9a或9b間雜土層，本次試驗(yàn)無持力層為該土層的試樁。所以仍考慮將持力層選為11a土層。故樁長減2 m，定為26 m。

根據(jù)地勘報告推薦值，樁側(cè)后壓漿提高系數(shù)1.5，樁端后壓漿提高系數(shù)2.3。試樁后效果較好，將樁側(cè)后壓漿提高系數(shù)提高為1.6。重新計算承載力，26 m計算承載力3 388 kN，3 388/3 200=1.06%，27 m為3 507 kN，3 507/3 600=97.4%，30 m為3 857 kN。3 857/4 000=96.4%?；疚呛?。一期與二期優(yōu)化前后樁長對比見表3。

表2 一期試樁單樁豎向抗壓極限承載力實(shí)測值

表3 一期與二期優(yōu)化前后樁長對比

本期EFG區(qū)全部樁基檢測均通過驗(yàn)收。且各區(qū)經(jīng)過近2年的沉降觀測，最大沉降200多毫米，符合設(shè)計要求。

3 二期樁基優(yōu)化

ABCD區(qū)作為項(xiàng)目二期，晚于一期施工，因設(shè)計單位更換后，新的設(shè)計單位認(rèn)為二期距離一期有數(shù)百米，不能直接采用一期的試樁結(jié)果。出圖后，發(fā)現(xiàn)樁圖由不同設(shè)計人按照地勘計算，選取樁長，居然有11種之多，最長達(dá)到38 m，40 m。溝通后，設(shè)計方認(rèn)為是嚴(yán)格按照地勘計算出的樁長，若歸并，則必會給甲方帶來浪費(fèi)。樁長種類偏多且樁基成本較一期要高不少，經(jīng)幾方協(xié)商后，在一期的基礎(chǔ)上，有必要重新做試樁。

選5種樁長，各做2根。本著二期優(yōu)化幅度不小于一期的原則，二期的26 m,27 m,30 m三種試樁直接按之前優(yōu)化后的3 400 kN,3 600 kN,4 000 kN來試，26 m根據(jù)前次計算值3 388 kN，與27 m只差1 m，故可適當(dāng)提高到3 400 kN。這三種樁試樁均合格。另有兩種試樁31 m，34 m，參照前次試樁結(jié)果，直接按4 300 kN，4 600 kN來試樁。本期單位布樁時盡量在剪力墻縱橫墻交角處布樁，故有些軸線樁數(shù)較一期減少，但樁長增加。試樁需多出31 m，34 m兩種，參照前期試樁結(jié)果，直接按4 300 kN,4 600 kN來試樁。試樁結(jié)果全部達(dá)標(biāo)。

二期試樁單樁豎向抗壓極限承載力實(shí)測值見表4。

表4 二期試樁單樁豎向抗壓極限承載力實(shí)測值

4 結(jié)語

兩次樁基優(yōu)化A區(qū)～F區(qū)共7個分區(qū)，總計節(jié)省成本約700萬元，經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。

1)試樁作為一種有效的優(yōu)化手段，對于大體量的建筑，應(yīng)盡量優(yōu)先選用。

2)對于試樁結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的對比分析，選取有一定安全余量的數(shù)值。分期開發(fā)的項(xiàng)目，不同期之間相互驗(yàn)證。

3)巖土工程參數(shù)修正后，重新計算，將計算值與試樁實(shí)測值對比，相互驗(yàn)證。

[1] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施(2009年版)編委會.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ))[M].北京：中國計劃出版社，2009.

Optimum case analysis of post grouting friction pile

Zhang Jie

(BeijingFutureHomeArchitecturalDesignCo.,Ltd,Beijing100025,China)

By taking the case of Tianjin residential project, it describes the optimum design process of post grouting friction pile in detail. By analyzing the control points of test pile link and optimum design link, it shows the feasibility and superiority of taking the test pile as optimum method.

test pile, post grouting, friction pile, optimum design

2015-02-27

張 杰(1980- ),男,碩士,工程師

1009-6825(2015)13-0061-03

TU473.1

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