余然

鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司（450000）

大直徑人工挖孔樁設(shè)計(jì)分析

余然

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介紹了大直徑人工挖孔擴(kuò)底樁的適用條件、設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

大直徑；人工挖孔；擴(kuò)底樁；設(shè)計(jì)

大直徑人工挖孔樁可用于地下水位以上的黏性土、粉土、填土、中等密實(shí)以上的砂土、風(fēng)化巖等，尤其用于山區(qū)或上覆土層不太厚且樁端持力層較好的基巖或風(fēng)化巖地區(qū)，能夠取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。具體優(yōu)點(diǎn)如下，一則樁長(zhǎng)不會(huì)太長(zhǎng)，太長(zhǎng)不適宜施工，安全性不好；二則能提供較大的單樁承載力，承載力不足時(shí)還可增加擴(kuò)底尺寸提高單樁承載力。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《樁規(guī)》）第6.6.5條要求地下水位較高，有承壓水的砂土層、滯水層、厚度較大的流塑狀淤泥、淤泥質(zhì)土層中不得選用人工挖孔灌注樁。此類地區(qū)地質(zhì)、施工條件較差，易引發(fā)安全和質(zhì)量事故，因此不得選用此種工藝。

大直徑擴(kuò)底人工挖孔樁的設(shè)計(jì)分以下幾個(gè)步驟：

1）確定樁徑，根據(jù)《樁規(guī)》第6.6.5條孔徑（不含護(hù)壁）不得小于0.8 m，且不宜大于2.5 m。通常可取0.8 m。

2）確定樁長(zhǎng)，樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件確定，即到達(dá)硬土層樁端持力層且滿足進(jìn)入持力層的最小深度即可。樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度，根據(jù)《樁規(guī)》第3.3.3.5條對(duì)于黏性土、粉土不宜小于2 d，砂土不宜小于1.5 d碎石類土，不宜小于1 d；當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁端以下硬持力層厚度不宜小于3 d。在樁端持力層起伏較大的山區(qū)，樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)一般只給樁長(zhǎng)的范圍。施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收孔底進(jìn)入持力層的最小深度確定樁的實(shí)際樁長(zhǎng)。這里要注意每個(gè)樁孔都要實(shí)地驗(yàn)收。當(dāng)樁端持力層起伏不平時(shí)，最小深度按最低處計(jì)算，同一基礎(chǔ)，相鄰樁的樁底標(biāo)高差對(duì)非嵌巖端承型樁不宜超過相鄰樁的中距。

3）確定單樁承載力，一個(gè)場(chǎng)地能不能用人工挖孔樁是根據(jù)單樁承載力和最小樁間距確定的，單樁承載力可以根據(jù)《樁規(guī)》第5.3.6條進(jìn)行計(jì)算：

請(qǐng)注意以下兩點(diǎn)，首先對(duì)于擴(kuò)底樁變截面以上2 d長(zhǎng)度范圍不計(jì)側(cè)阻力；其次當(dāng)人工挖孔樁樁周護(hù)壁為振搗密實(shí)的混凝土?xí)r，樁身周長(zhǎng)可按護(hù)壁外直徑計(jì)算。

4）按《樁規(guī)》4.1.3條確定擴(kuò)底灌注樁擴(kuò)底端尺寸。挖孔樁的D/d不應(yīng)大于3，擴(kuò)底端側(cè)面的斜率應(yīng)根據(jù)實(shí)際成孔及土體自立條件確定，a/hc可取1/4～1/2，砂土可取1/4，粉土、黏性土可取1/3～1/2?？箟簶稊U(kuò)底端底面宜呈鍋底形，矢高h(yuǎn)b可取(0.15～0.20) D。

實(shí)際計(jì)算過程舉例如下：某項(xiàng)目位于山區(qū)，樁端持力層起伏較大，各層土樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik見表1。

表1 各層土樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik

某孔點(diǎn)土層分布情況見圖1，人工挖孔樁樁徑0.8 m，樁頂標(biāo)高為100.0 m，樁端持力層為第④層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，按樁進(jìn)入持力層的深度不小于1 d來(lái)計(jì)算，樁長(zhǎng)為100-92.8+0.8=8 m，擴(kuò)底尺寸D取2 d=0.8×2=1.6 m，a=（1.6-0.8）/2=0.4 m，由于持力層為中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層，a/hc可取1/3，hc=0.4×3=1.2 m。實(shí)際計(jì)算極限側(cè)阻力時(shí)的樁長(zhǎng)為擴(kuò)底樁變截面2 d以上長(zhǎng)度范圍8.0-1.2-0.8×2=5.2 m，其中進(jìn)入第②層的長(zhǎng)度為100-96.4=3.6 m，進(jìn)入第③層的長(zhǎng)度為96.4-92.8=3.6 m，由于計(jì)算極限側(cè)阻力時(shí)的樁長(zhǎng)為5.2 m，所以進(jìn)入第③層的長(zhǎng)度只能按5.2-3.6 m=1.6取用。

單樁承載力特征值計(jì)算如下：

以上是單樁承載力特征值的計(jì)算過程。在工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體情況，布樁應(yīng)能夠滿足上部結(jié)構(gòu)承載力、施工的安全適用性和經(jīng)濟(jì)合理性等要求?；鶚兜淖钚≈行木鄳?yīng)滿足《樁規(guī)》表3.3.3條的要求，對(duì)于排數(shù)不少于3排且樁數(shù)不少于9根的摩擦型樁基，基樁的最小中心距為2D或D+2.0 m（當(dāng)D>2 m時(shí)），其他情況為1.5D或D+1.5 m（當(dāng)D>2 m時(shí)）。當(dāng)縱橫向樁距不相等時(shí)，最小樁間距應(yīng)滿足“其他情況”的要求?；鶚恫贾脮r(shí)，宜使樁群承載力合力點(diǎn)與豎向永久荷載合力作用點(diǎn)重合，并使基樁受水平力和力矩較大方向有較大抗彎截面模量。對(duì)于樁箱基礎(chǔ)、剪力墻結(jié)構(gòu)樁筏(含平板和梁板式承臺(tái))基礎(chǔ)，宜將樁布置于墻下。對(duì)于框架-核心筒結(jié)構(gòu)樁筏基礎(chǔ)應(yīng)按荷載分布考慮相互影響，將樁相對(duì)集中布置于核心筒和柱下，外圍框架柱宜采用復(fù)合樁基，有合適樁端持力層時(shí)，樁長(zhǎng)可減小。

圖1 擴(kuò)底樁構(gòu)造

圖2 孔點(diǎn)土層分布情況

根據(jù)前面單樁承載力計(jì)算可知，本例對(duì)承載力貢獻(xiàn)較大的是極限端阻力。當(dāng)承載力不能滿足上部荷載要求時(shí)，加大擴(kuò)底尺寸是提高單樁承載力比較有效的方法之一。但是，若將擴(kuò)底不適當(dāng)應(yīng)用，則可能走進(jìn)誤區(qū)。如：在飽和單軸抗壓強(qiáng)度高于樁身混凝土強(qiáng)度的基巖中擴(kuò)底，是不必要的；在樁側(cè)土層較好、樁長(zhǎng)較大的情況下擴(kuò)底，一則損失擴(kuò)底端以上部分側(cè)阻力，二則增加擴(kuò)底費(fèi)用，可能得失相當(dāng)或失大于得；將擴(kuò)底端放置于有軟弱下臥層的薄硬土層上，既無(wú)增強(qiáng)效應(yīng)，還可能留下安全隱患；在加大擴(kuò)底尺寸時(shí)，最小樁間距不能太小，太小施工中容易出現(xiàn)塌孔，對(duì)安全不利。樁端持力層起伏不平時(shí)，同一基礎(chǔ)，相鄰樁的樁底標(biāo)高差對(duì)非嵌巖端承型樁不宜超過相鄰樁的中距。

人工挖孔樁屬于灌注樁，應(yīng)滿足規(guī)范關(guān)于灌注樁的計(jì)算和構(gòu)造要求。在軸心受壓承載力計(jì)算時(shí)，Ψc＝0.90。大直徑人工挖孔樁嵌入承臺(tái)內(nèi)的長(zhǎng)度不宜小于100 mm。

樁基施工時(shí)，當(dāng)樁凈距小于2.5 m時(shí)，應(yīng)間隔開挖，相鄰排樁跳挖的最小施工凈距不得小于4.5 m。并加強(qiáng)護(hù)壁工作，按《樁規(guī)》要求設(shè)置井圈護(hù)壁，保證施工安全。護(hù)壁的厚度不應(yīng)小于100 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)，并應(yīng)振搗密實(shí)。護(hù)壁應(yīng)配置直徑不小于8 mm的構(gòu)造鋼筋，豎向筋應(yīng)上下搭接或拉接。井圈頂面應(yīng)比場(chǎng)地高出100～150 mm，壁厚應(yīng)比下面井壁厚度增加100～150 mm，上下節(jié)護(hù)壁的搭接長(zhǎng)度不得小于50 mm。在既有建筑鄰近施工時(shí)，應(yīng)注意地下水的流失及土的側(cè)向變形，可采用回灌、截水措施或跳挖施工，并進(jìn)行沉降觀測(cè)，防止既有建筑出現(xiàn)不均勻沉降而造成裂損。

人工挖孔樁終孔時(shí)，應(yīng)清除護(hù)壁上的泥土和孔底殘?jiān)?、積水，并應(yīng)逐孔進(jìn)行終孔驗(yàn)收，終孔驗(yàn)收的重點(diǎn)是持力層的巖土特征。還應(yīng)用超前鉆逐孔對(duì)孔底下3 d或5 m深度范圍內(nèi)持力層進(jìn)行檢驗(yàn)，查明是否存在溶洞、破碎帶和軟夾層等不良地質(zhì)條件，檢驗(yàn)樁數(shù)不小于總樁數(shù)20%。驗(yàn)收合格后，應(yīng)立即封底和灌注樁身混凝土,做到及時(shí)開挖及時(shí)封閉。在地下水疏干狀態(tài)不佳時(shí)，對(duì)樁端及時(shí)采用低水混凝土封底是保證樁基礎(chǔ)承載力的關(guān)鍵之一?；颖韺蛹爸苓呉矐?yīng)做好排水降水工作。