王應(yīng)麟

（靜寧縣建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理站，甘肅靜寧743400）

混凝土大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)淺析

王應(yīng)麟

（靜寧縣建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理站，甘肅靜寧743400）

地基主要受力層是高壓縮性土、軟弱土、不均勻土等不良地基土，為保證濕陷震陷土負(fù)摩阻力作用下地基基礎(chǔ)安全穩(wěn)定，減輕施工對(duì)周圍環(huán)境影響，場(chǎng)地經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件許可上部荷載較大常選用砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，研究總結(jié)常用大直徑砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)型持力層要求，成樁工藝樁布置構(gòu)造耐久性規(guī)定，豎向承載力軟弱下臥層驗(yàn)算方法，統(tǒng)一勘察深度原位測(cè)試施工質(zhì)量檢驗(yàn)要點(diǎn)，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)保證樁基設(shè)計(jì)成果準(zhǔn)確可靠有積極作用。

混凝土；大直徑；鉆孔；擴(kuò)底灌注樁；設(shè)計(jì)

0　引言

樁身直徑d≥0.8m的樁基為大直徑樁[1]，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在自重固結(jié)尚未完成的雜填土沖填土等高壓縮性土、濕陷性震陷性新黃土淤泥土等軟弱土、埋深較大的土洞古河道等不均勻土層，地基處埋深度常較大，在場(chǎng)地施工條件受到限制，地面下有埋深不是太大具有一定厚度、承載力高穩(wěn)定性好的密實(shí)性土層作可靠持力層，3層以上建筑常選用鋼筋混凝土大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，以保證建筑使用期間地基基礎(chǔ)安全可靠。

1　樁基選型成孔工藝持力層要求

1.1樁基選型

大直徑鉆孔灌注樁以端承型樁為主，為充分發(fā)揮樁端阻力較大優(yōu)勢(shì)，除持力層為硬質(zhì)以上巖石外一般采用擴(kuò)底樁，樁長(zhǎng)l＞5m[1]，l≤5m按淺基礎(chǔ)擴(kuò)底墩設(shè)計(jì)。二者區(qū)別擴(kuò)底墩地基反力取經(jīng)過深度修正的地基承載力設(shè)計(jì)值fa，而大直徑擴(kuò)底樁反力取樁端阻力特征值qpa按深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

1.2成孔工藝

為保障人身安全，除特殊情況并履行嚴(yán)格的審批程序采用人工挖孔樁外，大直徑灌注樁應(yīng)采用機(jī)械旋挖鉆孔工藝[2]，有地下水優(yōu)先用降低水位施工方法，保證施工期間最高水位低于樁底1m以上，嚴(yán)禁邊鉆孔邊抽水和抽出泥沙[1]。遇淤泥、流塑黃土、松散砂土縮徑坍塌涌砂難成孔時(shí)，應(yīng)采用厚度≥0.1m鋼筋砼護(hù)壁或厚δ≥4mm鋼護(hù)筒，砼護(hù)壁縱環(huán)向筋均在φ8@200以上，豎向連結(jié)采用焊接搭接；場(chǎng)地有持續(xù)水源補(bǔ)給水量較大，降水效果不明顯且可能引起周邊地面下陷等次生災(zāi)害時(shí)，采用泥漿護(hù)壁正反循環(huán)機(jī)械鉆孔工藝[2]，樁底留深≥0.3m沉渣槽，井口埋鋼護(hù)筒伸入粘性土≥1m砂土中≥1.5m，產(chǎn)生廢渣漿按綠色施工要求處理[1]。

1.3持力層要求

大直徑鉆孔灌注樁應(yīng)選擇液性指數(shù)IL≤0堅(jiān)硬土層，標(biāo)貫試驗(yàn)和動(dòng)力觸探N、N63.5分別＞10和15密實(shí)的砂土碎石土，單軸飽和抗壓強(qiáng)度frk≥5MPa微風(fēng)化以上巖體[3]，厚度t≥2.5D（D擴(kuò)大頭直徑）深度變化不大層位穩(wěn)定的堅(jiān)硬密實(shí)土層作持力層[1]。樁端下存在與持力層壓縮模量之比Es2/Es1≤0.6的土層時(shí)，要求持力層厚t≥2.0D；不滿足應(yīng)進(jìn)行軟弱下臥層計(jì)算[1]，樁端2.5D范圍雖有不均勻土層但Es2/Es1＞0.6，可不考慮土層差異對(duì)樁端土附加應(yīng)力的影響，不按軟弱下臥層對(duì)待[1]。

2　樁布置構(gòu)造耐久性要求

2.1布置構(gòu)造

大直徑鉆孔灌注樁中心距S≥1.5D，擴(kuò)大端凈距Sn≥0.5m，端徑比D/d≤3擴(kuò)大端矢高h(yuǎn)c≥0.3D、側(cè)面寬高比b/ha（ha擴(kuò)大段斜高）碎石土微風(fēng)化以上巖石、堅(jiān)硬土、砂土分別≤2?、3?和4?，樁端進(jìn)入持力層深度堅(jiān)硬土微風(fēng)化巖石≥ha和d，碎石土硬質(zhì)以上巖石≥0.5ha和0.5m，同時(shí)樁端進(jìn)入持力層深度≤0.3t[1]，樁形心與墻柱豎向合力點(diǎn)重合，除樁身截面積＞2倍柱截面一柱一樁和厚＞0.5m的筏板基礎(chǔ)外，一般樁頂設(shè)每邊超出樁身0.2m矩形承臺(tái)，承臺(tái)高≥0.5m和梁高50mm，承臺(tái)間設(shè)與承臺(tái)頂平的縱橫向拉梁，梁高≥柱中心距（1/10～1/15）L和0.4m，梁寬≥0.25m[1]。配筋按梁上荷載和樁頂最大豎向力設(shè)計(jì)值10%按拉彎組合構(gòu)件設(shè)計(jì)，地面下承臺(tái)樁身側(cè)隙灌素砼或3∶7灰土夯實(shí)壓實(shí)系≥0.94。

2.2樁配筋

樁身配筋計(jì)算確定，豎向最小配筋率≥0.3%，伸入擴(kuò)大頭內(nèi)通長(zhǎng)設(shè)置，沿周邊均勻布置，最小凈距≥60mm，最大凈距≤0.2m，箍筋φ8@200以上螺旋箍，d≥1.5m樁頂3d范圍d≤1.0m樁頂5d范圍，1m＜d＜1.5m樁頂4d范圍，箍筋間距加密至0.1m，位于陡坎坡岸邊和設(shè)防烈度≥8°以上地區(qū)樁用φ10@200以上箍筋；縱筋籠長(zhǎng)＞4m每隔2m在縱筋內(nèi)設(shè)一道φ20加勁箍，加勁箍端頭雙面焊接搭接焊縫長(zhǎng)≥0.1m與縱向鋼筋綁牢固，承臺(tái)配筋計(jì)算確定用φ12@200以上縱箍筋，樁頂嵌入承臺(tái)內(nèi)≥0.1m，縱筋錨入承臺(tái)內(nèi)長(zhǎng)度≥35dg（dg縱筋直徑），拉梁縱筋錨入承臺(tái)和框柱縱筋錨入樁內(nèi)、墻縱筋錨入梁筏板內(nèi)長(zhǎng)度≥LaE（LaE受力鋼筋抗震錨固長(zhǎng)度），不滿足時(shí)采用符合抗震要求的錨固措施。

2.3耐久性要求

樁基位于水土環(huán)境中，應(yīng)按耐久性校核材料強(qiáng)度和鋼筋保護(hù)層厚度，當(dāng)樁身基礎(chǔ)梁位于微腐蝕以下水土和寒冷以上（Ⅱb）土中最低砼強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)分別≥C30和Ca30[4]，受力鋼筋保護(hù)層厚C分別≥50mm和40mm，水泥用量≥300kg/m3，水膠比W/B≤0.50，抗?jié)B等級(jí)≥S6，最大骨料粒徑do≤50mm，樁身基礎(chǔ)梁處于弱腐蝕（Vc類）以上水土中，最低砼強(qiáng)度等級(jí)≥C35[4]；承臺(tái)基礎(chǔ)梁設(shè)≥0.1m厚C20砼墊層，表面用10mm厚聚合物砂漿連續(xù)抹面，鋼筋保護(hù)層厚C分別≥55mm和50mm，與土直接接觸樁身鋼筋保護(hù)層厚≥70mm，并增加砼保護(hù)層耐腐蝕裕量≥20mm，縱筋直徑d≥16mm，最大骨料粒徑do≤35mm，水泥用量≥320kg/m3，最大水膠比W/B≤0.45，抗?jié)B等級(jí)≥S8[5]。

3　樁基豎向承載力計(jì)算

1）單樁豎向承載力特征值Ra=πd∑liqsia+Apqpa（KN）[1]，式中d樁徑（m），li第i層土厚（m），qsia第i層土樁側(cè)阻力特征值（kPa），樁長(zhǎng)l≤6m不計(jì)，在自重濕陷量△ZS≥50mm和堆載引起樁側(cè)土下沉場(chǎng)地，除不計(jì)樁正側(cè)阻力qsia=0，Ra=Apqpa外，尚應(yīng)扣除樁側(cè)濕陷土飽和狀態(tài)負(fù)摩阻力Qsg=πd∑ls qsng，式中l(wèi)s自重濕陷系數(shù)△zs≥0.15土層厚（m），qnsg樁側(cè)平均負(fù)摩阻力特征值（kPa），70≤△ZS≤200mm，qsng=10kPa，△zs＞200mm，qnsg=15KPa[6]，非自重濕陷場(chǎng)地甲類樁基qsia按土層厚計(jì)算飽和度平均值折減0.5~0.8計(jì)算[1]，AP樁底擴(kuò)大端水平投影面積（m2），qpa勘察確定的樁端阻力特征值（kPa），抗震設(shè)防烈度≥8°場(chǎng)地，承臺(tái)下有厚度＞15m空隙比e≥0.95且含水率W≥20%的震陷土，樁基抗震計(jì)算應(yīng)計(jì)入震陷土產(chǎn)生的下拉荷載Qng，Qng=dqnskLs[7]，式中Ls震陷新黃土厚當(dāng)Ls＞20m取Ls=20m，qnsk震陷土樁側(cè)平均負(fù)摩阻力特征值，震陷量計(jì)算值50≤△k≤100mm，qnsk=12kPa，△k＞100mm，qnsk=15kPa[7]。

2）樁基豎向承載力：大直徑鉆孔灌柱樁一般不考慮承臺(tái)效應(yīng)，樁基豎向承載力特征值取單樁豎向承載力特征值，樁豎向承載力計(jì)算：①非濕陷震陷場(chǎng)地：震前Nk≤Ra，Nkmax≤1.2Ra，震后NEk≤1.25Ra，NEkmax≤1.5Ra，式中NkNkmax分別荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合樁頂平均豎向力和最大豎向力；NEk和NEkmax分別地震和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合樁頂平均豎向力和最大豎向力；②濕陷非震陷場(chǎng)地：震前NK+Qsg≤Ra，Nkmax+Qsg≤1.2Ra，震后NEk+ Qsg≤1.25Ra，NEkmax+Qsg≤1.5Ra；③濕陷震陷場(chǎng)地：震前Nk+Qsg≤Ra，Nkmax+Qsg≤1.2Ra，震后NEk+Qng≤1.25Ra，NEkmax+Qng≤1.5Ra，位于抗震有利地段大直徑低承臺(tái)灌注樁，樁頂作用效應(yīng)可不孝慮地震作用，當(dāng)濕陷震陷影響樁基承載力計(jì)算不滿足要求，應(yīng)對(duì)場(chǎng)地濕陷震陷黃土在樁基施工前一同考慮采用擠密強(qiáng)夯等方法處理，處理濕陷同時(shí)消除震陷[7]；樁基豎向承載力計(jì)算濕陷震陷可不疊加計(jì)入，但樁基在濕陷震陷場(chǎng)地豎向承載力計(jì)算必須計(jì)入震前濕陷震后震陷下拉荷載Qsg和Qng，使樁基計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3）軟弱下臥層驗(yàn)算：大直徑鉆孔灌注樁端持力層厚2.0D范圍內(nèi)存在壓縮模量ES2與持力層壓縮模量ES1之比ES2/ES1≤0.6土層時(shí)，應(yīng)進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算，滿足δz+rm（l+t）≤faz要求，式中faz下臥層經(jīng)深度修正的（nb=0）地基承載力特征值（kPa），rm下臥層上土層厚加權(quán)平均重度（kN/m3，水下取浮重度），l樁長(zhǎng)（m），t持力層厚（m），δz下臥層頂平均附加應(yīng)力特征值（kPa），

式中，V樁體積（m3），△r樁砼與土體重度差，△r= rG-rm，rG樁體砼重度（kN/m3）），qsia第i層土樁側(cè)阻力特征值（kPa），自重濕陷地面堆載產(chǎn)生下拉荷載qsia取負(fù)值，θ持力層壓力擴(kuò)散角（°）。依ES2/ES1值和t大小按規(guī)范確定，t＜0.25D取θ=0°[1]，下臥層驗(yàn)算不滿足要求，應(yīng)調(diào)整D值樁側(cè)土處理消除負(fù)摩阻力等方法使樁基下臥層驗(yàn)算滿足要求。

4　勘察深度施工質(zhì)量要求

4.1勘察深度

大直徑灌注樁應(yīng)按設(shè)計(jì)樁位布置探孔，控制性探孔深≥持力層下3D，一般性探孔深≥持力層下2D，控制孔≥2?總探孔，每層土試樣≥6組，乙丙類樁持力層粉黏土用靜力觸探砂土用標(biāo)貫試驗(yàn)，碎石土軟質(zhì)巖用動(dòng)力觸探，硬質(zhì)巖用巖芯抗壓試驗(yàn)，甲類樁用深層載荷試驗(yàn)進(jìn)行原位測(cè)試確定端側(cè)阻值和變形模量。報(bào)告內(nèi)容應(yīng)有最高地下水位，水量和空洞不均勻土層等不良地質(zhì)情況描述，場(chǎng)地土是濕陷性黃土震陷土應(yīng)有濕陷震陷量計(jì)算值及厚度反應(yīng)。一般深層載荷試驗(yàn)取樁底沉降量10~15mm對(duì)應(yīng)荷載值為大直徑擴(kuò)底鉆孔灌注樁承載力特征值。

4.2施工質(zhì)量要求

樁位、樁徑垂直度允許偏差分別在±100mm、±50mm和1%內(nèi)，樁底沉渣厚度≤50mm，成樁后逐孔檢驗(yàn)持力層巖性深度和樁身垂直度，用傘形孔徑儀和沉渣厚度儀測(cè)量孔徑沉渣厚度，出具成孔質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告。樁端進(jìn)入持力層深度由勘察設(shè)計(jì)施工監(jiān)理專業(yè)負(fù)責(zé)共同檢查確認(rèn)，沉渣厚＞50mm無法清孔用樁端后注漿加固。批量施工前應(yīng)進(jìn)行試成孔，數(shù)量不少于2個(gè)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)持力層位置成樁條件，相鄰樁凈距＜2.5m，排樁凈距＜4.5m，應(yīng)間隔施工。最后一次沉渣檢測(cè)在灌砼前進(jìn)行，水上砼用導(dǎo)管泵送管端距澆筑面＜2m連續(xù)澆灌，距樁頂5m每層灌注高度≤1.5m分層振搗密實(shí)，水下砼在第3次清孔換漿沉渣厚度檢測(cè)注漿后，立即用壁厚δ≥3mm直徑d≥250mm導(dǎo)管，在距孔底0.5m水下連續(xù)灌注，要求導(dǎo)管始終埋入砼≥2m，嚴(yán)禁導(dǎo)管撥出砼面和出現(xiàn)停灌事故，砼摻早強(qiáng)劑減水劑坍落度在180~220mm之間，中粗砂含砂率40%~50%，水泥用量≥360kg/m3。在初凝時(shí)間內(nèi)澆灌完成，按樁體積校核砼灌注量，超灌高度≥0.8m，保證樁頂砼質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3質(zhì)量檢驗(yàn)

大直徑灌注樁用低應(yīng)變法，100%檢測(cè)樁身完整性，用單樁靜載試驗(yàn)檢測(cè)樁基承載力，數(shù)量不少于總數(shù)的1%和3根，出具成樁質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告，每根樁和50m3砼留一組同條件試件，鋼筋保護(hù)層偏差在10mm之內(nèi)，成孔完整性和承載力檢驗(yàn)報(bào)告作為樁基驗(yàn)收條件核查，樁底是遇空氣水崩解軟化的強(qiáng)風(fēng)化泥砂巖時(shí)，應(yīng)清除凈松軟巖體沉渣檢測(cè)隱蔽驗(yàn)收后，立即用自密實(shí)砼封底連續(xù)灌注砼；保證持力層在堅(jiān)硬的弱風(fēng)化巖層內(nèi)，單樁承載力檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值Quk≥2Ra，樁頂允許沉降量[S]≤10mm。

5　結(jié)語

砼大直徑鉆孔灌注樁常用在不具備開挖處理?xiàng)l件的高壓縮性不均勻土場(chǎng)地，以機(jī)械成孔端承樁為主，持力層選用厚t≥2.5D密實(shí)堅(jiān)硬土層，樁基豎向承載力計(jì)算應(yīng)計(jì)入樁側(cè)濕陷震陷土產(chǎn)生的下拉荷載，樁構(gòu)造應(yīng)滿足l＞5m，D/d≤3和S≥1.5D等規(guī)定，樁身砼鋼筋保護(hù)層厚根據(jù)環(huán)境條件按耐久性要求校核，勘察樁基端側(cè)阻力特征值根據(jù)樁類別用深層載荷試驗(yàn)標(biāo)貫動(dòng)探等原位測(cè)試方法確定，樁底2D范圍有Es2/Es1≤0.6土層，應(yīng)進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算，勘察探孔深≥3D，用低應(yīng)變法全數(shù)進(jìn)行完整性，單樁靜載試驗(yàn)進(jìn)行承載力檢測(cè)，保證成樁質(zhì)量安全可靠。

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［2］住建部質(zhì)安司.建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施（2009地基與基礎(chǔ)）［M］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

［3］GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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［5］GB50046-2008，工業(yè)建筑防腐蝕規(guī)范［S］.

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TU473.1+4

A

1673-1093（2015）10-0082-03

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.10.019

王應(yīng)麟（1965），男，甘肅靜寧人，畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)土木工程專業(yè)，正高級(jí)工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。

2015-05-25；

2015-06-12