徐建平（中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司上海分公司，上海201999）

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樁基礎(chǔ)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐建平（中冶長(zhǎng)天國(guó)際工程有限責(zé)任公司上海分公司，上海201999）

在卵、碎石土層間隔分布，粉土、粘土夾雜的條件下，樁基設(shè)計(jì)方案和工程前試樁檢驗(yàn)非常重要。通過(guò)方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性比較和試樁檢測(cè)，不但可以取得可靠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，更能確保工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度和風(fēng)險(xiǎn)控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)。

鉆孔灌注樁；擴(kuò)底鉆孔灌注樁；鉆孔灌注樁+樁端后注漿

1　工程概況

項(xiàng)目擬建場(chǎng)地位于溫州永嘉縣上塘鎮(zhèn)西后村，主要由18 棟23～26層高層住宅樓、數(shù)棟1～2層與高層住宅連體的商業(yè)用房以及全基地一層地下室組成。高層住宅為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，商業(yè)及地下室為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。原設(shè)計(jì)樁基采用φ800mm、長(zhǎng)70～80m的鉆孔灌注樁，進(jìn)行工程前試驗(yàn)鉆孔時(shí)，發(fā)生了成孔質(zhì)量不佳，穿越深部卵、碎石土層時(shí)，有塌孔和損壞鉆頭的情況，為確保樁基工程質(zhì)量、安全和施工順利，擬對(duì)樁基方案做進(jìn)一步優(yōu)化。根據(jù)浙江省浙中地質(zhì)工程勘察院提供的《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》分析，可行設(shè)計(jì)方案有如下五種：①PHC預(yù)應(yīng)力管樁+管腔內(nèi)灌漿；②鉆孔灌注樁；③鉆孔灌注樁+樁端后注漿；④擴(kuò)底鉆孔灌注樁；⑤擠擴(kuò)支盤灌注樁。

對(duì)于方案①，雖可通過(guò)引孔方式穿越淺部卵石等硬土層，順利沉樁，進(jìn)入⑤21持力層，并通過(guò)管腔內(nèi)灌注混凝土來(lái)提高抗壓承載力，且具有工期短，干作業(yè)場(chǎng)地整潔，不受氣候條件影響，投資成本低等特點(diǎn)，但由于管樁自身強(qiáng)度和連接接頭數(shù)量限制，單樁承載力不高且提高有限，抗拔樁不宜采用，溫州地區(qū)多山地管樁應(yīng)用有限，管樁生產(chǎn)單位少，采購(gòu)不便，故放棄使用。對(duì)于方案⑤，雖然擠擴(kuò)支盤灌注樁在持力層厚度適宜、土層穩(wěn)定性好時(shí)，可以形成多道支撐底盤來(lái)提高樁基承載力和有效控制建筑沉降，成本低，但溫州地區(qū)實(shí)際工程應(yīng)用極少，施工單位缺少經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)不熟悉，故放棄使用。

本文就余下的三種方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，尋求最優(yōu)樁基設(shè)計(jì)方案。

2　工程地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地土層分布情況是：①0層素填土（松散）-①層粘土或粉質(zhì)粘土（可塑）-②1層淤泥（流塑）-②1′層圓礫（稍密）-③2層粘土（軟塑）-③2′層卵石（中密）-④2層粘土（軟塑）-④3層卵石（中密）-⑤2層粘土（可塑）-⑤2′層卵石（中密）-⑥2層粘土（可塑）-⑥3層含粘性土碎石（中密）-⑨1層含碎石粉質(zhì)粘土（可塑、稍密）-⑨2層含碎石粉質(zhì)粘土（可塑、稍密）-⑩1層全風(fēng)化凝灰?guī)r（風(fēng)化劇烈）-⑩2層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r巖（風(fēng)化、裂隙發(fā)育）。根據(jù)其土層物理力學(xué)性能和土層厚度情況，可作為建筑基礎(chǔ)或樁基持力層的土層主要有④3、⑤2′、⑥3、⑨1、⑨2土層，其中④3埋深較淺，可作為淺基礎(chǔ)和承載力要求較低的樁基礎(chǔ)持力層。⑥3部分區(qū)域缺失或土層起伏大，不穩(wěn)定，風(fēng)化巖石土層⑩1⑩2埋深太深，裂隙發(fā)育，地勘數(shù)據(jù)不完整，不適宜作為持力層。主要土層承載力參數(shù)見(jiàn)表1。

3　樁基設(shè)計(jì)方案

根據(jù)地勘報(bào)告，場(chǎng)地土層分布復(fù)雜，起伏較大，加上建筑高度、尺度、層數(shù)、荷載不同，結(jié)構(gòu)剪力墻、框架柱布置有所不同，因此，對(duì)建筑樁基類型、布樁方式、承載力及沉降控制、持力層選擇等也有所不同。樁直接布置在剪力墻或框架柱下部，結(jié)構(gòu)傳力途徑直接、簡(jiǎn)單，投資效益和技術(shù)效果最好。初步分析，在合理布樁條件下，單樁抗壓承載力特征值高層須達(dá)到3000～4500kN，商業(yè)及地下室須達(dá)到2000～2500kN，抗浮設(shè)計(jì)純地下室每框架柱下抗拔樁承載力特征值須達(dá)到900～1200kN。

3.1鉆孔灌注樁方案

表1　場(chǎng)地地基土承載力參數(shù)表

鉆孔施工時(shí)，根據(jù)卵石大小及密實(shí)度，采用螺桿樁機(jī)，能輕松旋鉆入卵石層，若卵石粒徑小，密實(shí)度差，則采用CFG樁機(jī)或長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)。為降低成孔風(fēng)險(xiǎn)，采用比重大（1.2左右）的泥漿護(hù)壁，在卵石層穿透后上提鉆具，連續(xù)澆灌高比重泥漿。

鉆孔灌注樁直徑600～800mm，其優(yōu)勢(shì)是，可根據(jù)單樁承載力、基礎(chǔ)沉降控制及持力層，靈活選擇樁長(zhǎng)和樁徑，短樁可以選擇⑤21為持力層，長(zhǎng)樁可以選擇⑨2為持力層。缺點(diǎn)是，工期長(zhǎng)，濕作業(yè)，場(chǎng)地環(huán)境差，可能產(chǎn)生縮頸、塌孔等，成孔檢驗(yàn)和孔底清渣困難。特別是長(zhǎng)樁，施工中更容易產(chǎn)生樁孔擴(kuò)大、卵石層塌孔、埋錘機(jī)率高等隱患，注漿時(shí)，卵石層充盈系數(shù)大，一般在1.5～1.7。由于樁長(zhǎng)孔深，不論沖擊鉆或回旋鉆，清孔后至灌注混凝土，交換工種間歇時(shí)間長(zhǎng)，沉渣過(guò)厚，會(huì)導(dǎo)致樁基的后期沉降量增大。性能及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比詳見(jiàn)表2～3。

3.2擴(kuò)底鉆孔灌注樁方案

擴(kuò)底鉆孔灌注樁成樁工藝與鉆孔灌注樁基本一致，擴(kuò)大頭直徑根據(jù)地質(zhì)條件和施工裝備，以1.2～1.5m為宜，擴(kuò)大頭高度以1.0～1.5m為宜。其優(yōu)勢(shì)是，通過(guò)擴(kuò)底，可以有效縮短樁長(zhǎng)，提高單樁承載力，減少樁基沉降量，降低成孔風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)地質(zhì)參數(shù)計(jì)算，本工程樁基屬于端承摩擦樁，在不擴(kuò)底時(shí)，φ700mm及以上的鉆孔灌注樁樁端承載力是側(cè)阻摩擦力的2倍左右。為避免擴(kuò)大頭計(jì)算提供的樁端承載力占比過(guò)大而發(fā)生實(shí)際單樁承載力不足的風(fēng)險(xiǎn)，以及為了更有效防止擴(kuò)底段塌孔、縮孔，應(yīng)嚴(yán)格控制擴(kuò)底直徑與擴(kuò)底高度。承載力數(shù)據(jù)以試樁檢測(cè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)綜合確定。擴(kuò)底鉆孔灌注樁以④3、或⑤2′卵石層為持力層，區(qū)域不同，樁長(zhǎng)22～36m，樁徑以φ600～700mm。性能及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比詳見(jiàn)表2～3。

表2　樁基技術(shù)性能比較

表3　樁基經(jīng)濟(jì)性能比較

3.3鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案

鉆孔灌注樁+樁底注漿，是在上述2種方案的基礎(chǔ)上，為更好規(guī)避成孔風(fēng)險(xiǎn)，又切實(shí)提高單樁承載力、控制基礎(chǔ)沉降，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)的優(yōu)化方案。其成孔、成樁工藝和鉆孔灌注樁一樣。樁端后注漿，可以合理選擇樁端持力層，有效減短樁長(zhǎng)，降低成孔、成樁風(fēng)險(xiǎn)，大大提高單樁承載力，減少基礎(chǔ)沉降，節(jié)約工期，節(jié)省主材用量，降低成本。本工程以④3或⑤2′卵石層為樁基持力層，樁徑以φ600mm為主，區(qū)域不同，樁長(zhǎng)20～38m。性能及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比詳見(jiàn)表2～3。

注漿采用高壓旋噴式注漿工藝，20MPa高壓泵，雙注漿管，采用φ35×3無(wú)縫鋼管加工制作，單節(jié)長(zhǎng)度與鋼筋籠分節(jié)長(zhǎng)度相同，無(wú)鋼筋籠段按最大起吊高度控制，即≥9m。以注入水泥量為主控，注漿壓力為副控。為防止卵石層坍塌，采用含固結(jié)物質(zhì)成份好、比重較大的泥漿來(lái)充填卵石層，比重大礦物質(zhì)采用重晶石粉、石粉、膨潤(rùn)土等。

4　試樁及檢測(cè)情況

工程前試樁詳見(jiàn)表4，對(duì)有抗拔要求的，先按設(shè)計(jì)抗拔承載力特征值1.1倍且不高于地層參數(shù)計(jì)算值3%進(jìn)行抗拔檢測(cè)，不破壞，抗拔檢測(cè) 7d后，再進(jìn)行靜載檢測(cè)，加壓至破壞。

表4　工程前試樁樁基本情況

5　樁基設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)列表（見(jiàn)表2～3）

6　樁基設(shè)計(jì)方案優(yōu)選

從表2看，鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案、擴(kuò)底灌注樁方案具有較好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從表3看，性價(jià)比好的有φ600mm小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案、擴(kuò)底鉆孔灌注樁方案。根據(jù)表3所列結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)思路是，根據(jù)建筑單體實(shí)際情況，分別采取最合理設(shè)計(jì)方案。對(duì)商業(yè)建筑和純地下室，采用φ600mm小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案，以④3或⑤2′卵石層為樁基持力層。對(duì)高層住宅采用擴(kuò)底鉆孔灌注樁方案，樁長(zhǎng)按單體結(jié)構(gòu)計(jì)算和樁基布置，在滿足承載力及沉降控制要求的前提下確定，以⑤2′卵石層為樁基持力層。對(duì)個(gè)別因?yàn)闇\部持力層不穩(wěn)定或局部缺失的高層建筑，則采用φ700mm或φ800mm的鉆孔灌注樁長(zhǎng)樁，以⑨2碎石粘土層為樁端持力層，樁長(zhǎng)70～80m。

7　結(jié)論

（1）根據(jù)分析比較，小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案、擴(kuò)底鉆孔灌注樁方案，可以充分利用淺部卵石層作為樁基持力層，不但可以大大降低設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn)，有效節(jié)省投資，提高樁基性價(jià)比，而且還能有效控制基礎(chǔ)沉降，提高樁基承載力，滿足設(shè)計(jì)要求和建筑安全性能要求。

（2）采用擴(kuò)底灌注樁和小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案，使樁基及基礎(chǔ)工程取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，大大減少了工程量，滿足了合理布樁要求，有效減小承臺(tái)尺度或基礎(chǔ)筏板厚度。據(jù)甲方提供，較原設(shè)計(jì)節(jié)約樁基工程建設(shè)工期4個(gè)月，節(jié)省建安投資總直接費(fèi)31.8%。承臺(tái)及筏板按單體建筑承載力及沉降控制量身設(shè)計(jì)后，整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ)工程總投資較原設(shè)計(jì)節(jié)省12.92%，創(chuàng)優(yōu)設(shè)計(jì)效果非常明顯。

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

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

［3］《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）［S］.

［4］王衛(wèi)東，李永輝，吳江斌.上海中心大廈大直徑超長(zhǎng)灌注樁現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2011，33（12）：1817～1826.

徐建平（1965-），男，高級(jí)工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)工作。

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2016-3-15