杜明浩

(蚌埠市勘測設(shè)計研究院，安徽 蚌埠 233000)

人工挖孔樁在蚌埠地區(qū)某工程中的應(yīng)用效果分析

杜明浩*

(蚌埠市勘測設(shè)計研究院，安徽 蚌埠 233000)

以人工挖孔擴(kuò)底樁在蚌埠地區(qū)某超高層建筑應(yīng)用實例，結(jié)合載荷試驗、沉降觀測從建筑技術(shù)的角度分析了人工挖孔擴(kuò)底樁在單柱承載力要求較高的建筑物上應(yīng)用效果。

人工挖孔擴(kuò)底樁；載荷試驗；沉降觀測；承載力

1 引 言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，造成用地緊張，地價上漲，為了最大限度利用土地資源，使城市煥發(fā)新的活力，提升城市形象，越來越多的高層建筑、超高層建筑出現(xiàn)在城市建設(shè)中。本文結(jié)合蚌埠地區(qū)某超高層建筑工程實例，對人工挖孔擴(kuò)底樁應(yīng)用效果進(jìn)行分析，為今后類似工程的樁基設(shè)計應(yīng)用提供經(jīng)驗。

2 工程實例

2.1 工程概況

該工程位于蚌埠市商業(yè)中心，淮河路以北，中山街以西，為1棟41層～46層超高層酒店，高度為 154.8 m，其高度位居本地區(qū)同類結(jié)構(gòu)之首，是其標(biāo)志性建筑。地下3層，埋深 15 m，上部結(jié)構(gòu)為內(nèi)筒外框架全鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。2014年初開始施工圖設(shè)計，2016年7月結(jié)構(gòu)完工。

2.2 場地巖土工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，擬建場地地貌單元類型為淮河南岸Ⅰ級階地，地形整體較平坦，地面高程在 20.34 m～21.81 m之間。在勘察深度范圍內(nèi)，自上而下各主要巖土層構(gòu)成及特征如表1所示。

各巖土層構(gòu)成及特征 表1

擬建場地對工程影響的主要存在三個含水層組，第一含水層組：主要賦存于①層雜填土、②層粉質(zhì)黏土上部裂隙中的上層滯水，勘察期間，穩(wěn)定水位埋深 1.35 m～2.51 m之間(高程為 18.6 m～19.9 m)。第二含水層組：主要分布于③層粉土及④層粉質(zhì)黏土孔隙中的承壓水，勘察期間，此層承壓水初見水位埋深為 2.5 m～3.8 m(高程為 17.3 m～19.3 m)，該含水層為影響基坑施工的主要含水層。第三含水層組：主要分布于⑦層強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖以下巖層裂隙中的承壓水。勘察期間，初見水位埋深 18.5 m～23.5 m(高程為 -1.7 m～3.3 m)。

本場地地下水和土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計方案

(1)基礎(chǔ)方案的選擇

采用天然地基時地基承載力不滿足要求，受周邊環(huán)境和施工設(shè)備、工期等的影響，不考慮鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。根據(jù)工程場地地質(zhì)情況及周邊環(huán)境，結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)及荷載要求，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理的分析論證，最終采用人工挖孔擴(kuò)底樁基礎(chǔ)設(shè)計，一柱一樁，樁端持力層選擇⑧層中等風(fēng)化花崗片麻巖。

(2)人工挖孔樁初步設(shè)計說明

本工程±0.000標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高為 21.600 m；樁端進(jìn)入持力層 ≥1.5 m或1D為準(zhǔn)；混凝土強(qiáng)度等級為C40；樁身通長縱筋，主筋保護(hù)層厚度為 50 mm；要求兩樁底凈距≥2倍樁底高差。本工程共布置人工挖孔樁33根，樁身參數(shù)如表2所示。

樁表 表2

(3)單樁靜載荷試驗檢測

為了驗證人工挖孔樁方案的可行性，確定設(shè)計和施工參數(shù)，為工程樁設(shè)計提供依據(jù)，在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，選擇了3根人工挖孔樁進(jìn)行單樁靜載荷試驗檢測，受檢樁設(shè)計參數(shù)如表3所示。

受檢樁設(shè)計參數(shù)表 表3

受設(shè)備和現(xiàn)場條件限制，本工程采用樁承載力自平衡法深層平板載荷試驗，荷載箱承壓板面積為 0.502 4 m2(φ800 mm圓板)，荷載箱最大加載能力不小于 4 500 kN，以確定持力層樁端阻力，推定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設(shè)計要求。單樁載荷試驗曲線如圖1所示。

圖1 載荷試驗p-s曲線圖

從圖1分析可知，3根受檢樁的荷載-沉降(p-s)關(guān)系曲線均為緩變型曲線，未發(fā)生明顯陡降；3根受檢樁載荷試驗承壓板的累計沉降量均小于 40 mm，且最大加載量均為設(shè)計要求的2倍。因此，根據(jù)有關(guān)規(guī)范確定3根受檢的人工挖孔樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk均可取為 9 000 kPa，均滿足設(shè)計要求。

按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.3.6條公式Quk=Qsk+Qpk=u∑φsiqsikli+φpqpkAp，根據(jù)載荷試驗數(shù)據(jù)分析計算推定單樁豎向抗壓承載力特征值Ra=Quk/2，如表4所示。

載荷試驗數(shù)據(jù)分析計算結(jié)果表 表4

(4)沉降觀測

本工程共布置4個沉降觀測點，如圖2所示，從首層施工至結(jié)構(gòu)封頂一個月后各沉降點沉降觀測成果如表5所示。從觀測成果表可看出各沉降點最大沉降量為 9.3 mm，整體沉降均勻且趨向穩(wěn)定，滿足相關(guān)規(guī)范允許值和設(shè)計要求。

圖2 沉降點點位布置圖

沉降觀測成果表 表5

3 應(yīng)用效果分析

人工挖孔樁施工操作簡單、方便，適宜在狹窄的場地施工，且無污染環(huán)境，噪聲小，可多樁同時進(jìn)行且設(shè)備簡單，施工速度相對較快，節(jié)省設(shè)備投資，從而降低工程造價。成孔時可直接觀察地質(zhì)變化情況，樁底沉渣易于清除，施工質(zhì)量可靠，樁端擴(kuò)底單樁承載力高是一種經(jīng)濟(jì)適用的深基礎(chǔ)型式。

3.1 應(yīng)用條件及受力變形特點

在上述工程實例中，對樁周土層較好且樁徑比(L/D)很小的大直徑人工挖孔嵌巖樁，單樁承載力主要由樁端發(fā)揮，樁端極限阻力占單樁極限承載力的90%以上，屬摩擦端承樁。從13#、20#樁試樁情況可以看出，樁徑相同樁長相差 2 m左右，但單樁承載力很相近，表明嵌巖樁樁端阻力的發(fā)揮，并不隨嵌巖深度遞增，超過一定深度后，端阻力變化很小，且造成樁基費用增加，工期延長，如一度強(qiáng)調(diào)增加嵌巖深度是不必要的。

3.2 擴(kuò)底端尺寸設(shè)計

對于抗壓樁，當(dāng)風(fēng)化巖等高強(qiáng)度持力層埋置較淺時，可采用擴(kuò)底方式獲得較大的端承力，但設(shè)計擴(kuò)底端時，由于重力作用，擴(kuò)底端及以上一定高度范圍內(nèi)孔壁土體存在松弛效應(yīng)，另外當(dāng)樁受壓下沉?xí)r，擴(kuò)底上部傾斜面形成空隙，從而導(dǎo)致變截面以上約2d范圍內(nèi)側(cè)阻力消減，因此在擴(kuò)底設(shè)計時應(yīng)首先考慮土層分布情況，進(jìn)行具體分析判定擴(kuò)底的合理性。

樁端持力層承載力較高時，為其充分發(fā)揮其承載力，擴(kuò)大頭直徑宜加大，但D/d不應(yīng)大于3。擴(kuò)底端側(cè)面的斜率a/hc應(yīng)根據(jù)實際成孔及土體自立條件確定，根據(jù)工程施工經(jīng)驗，a/hc可取1/4～1/2，巖土層自立性較好取高值，反之取低值?？箟簶稊U(kuò)底面宜呈鍋底形，失高h(yuǎn)b可取(0.15～0.20)D。

從上述工程實例可以看出，在擬建場地巖土工程地質(zhì)條件較好，持力層埋深較淺特別是以巖層作為樁端持力層的高層建筑，采用人工挖孔擴(kuò)底樁設(shè)計可大幅提高單樁承載力。人工挖孔擴(kuò)底嵌巖樁承載力的計算，在樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的承載力設(shè)計要求下，主要問題是嵌巖段荷載傳遞機(jī)理的認(rèn)識和樁端基巖的承載力取值問題。從上述試樁成果可以看出樁基承載力尚有較大發(fā)揮空間。

4 結(jié) 語

(1)對樁周土質(zhì)較好的端承樁，可適當(dāng)考慮樁周土體的摩擦力，避免采用按端承樁設(shè)計導(dǎo)致嵌巖深度加大，工期延長，樁基費用增加的問題。

(2)并非所有的灌注樁采用擴(kuò)底都能提高單樁承載力，當(dāng)巖石地基承載力特征值fa>fc(為樁身混凝土強(qiáng)度設(shè)計值)時，不用擴(kuò)底；樁側(cè)土較好、樁長較大時，擴(kuò)底即損失擴(kuò)底端以上部分的側(cè)阻力，又增加擴(kuò)底費用，可能得失相當(dāng)或得不償失。

(3)因人工挖孔樁為限制樁型，應(yīng)制定周密的質(zhì)量保證和安全保證措施，經(jīng)專家論證及有關(guān)部門批準(zhǔn)后方可使用。人工挖孔樁正式施工前應(yīng)進(jìn)行試樁，以核對地質(zhì)資料，并檢驗施工工藝及技術(shù)要求是否適宜。

(4)在適宜的條件下合理使用人工挖孔樁，可創(chuàng)造較好的效益。通過工程實例及已有經(jīng)驗表明在本地區(qū)淮河南岸階地、剝蝕準(zhǔn)平原等地貌單元采用人工挖孔樁設(shè)計是安全適用、經(jīng)濟(jì)可靠的，可作為類似高層建筑樁基設(shè)計參考。

[1] GB50021-2001(2009年版). 巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2] GB50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計范[S].

[3] JGJ 94-2008. 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JGJ106-2014. 建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 劉金礪，高文生，邱明兵. 建筑樁基技術(shù)規(guī)范應(yīng)用手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[6] 朱炳寅，婁宇，楊琦. 地基基礎(chǔ)設(shè)計方法及實例[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

Analyzing of Applying Effects of Artificial Dig-hole Pile in a Certain Engineering of Bengbu Area

Du Minghao

(Bengbu Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Bengbu 233000，China)

Based on the artificial dig-hole expanding bottom pile of a super-high building application in bengbu region，and combining with the load test and settlement observation from the perspective of the architectural technology，this paper analyzes the application effect of the artificial dig-hole expanding bottom pile in bearing capacity of single column that the buildings highly demand.

artificial dig-hole expanding bottom pile；load test；settlement observation；the bearing capacity

1672-8262(2017)03-163-03

TU473.1

B

2016—12—16

杜明浩(1980—)，男，工程師，主要從事巖土工程勘察與設(shè)計。