戚健鋒
(上海電力建筑工程有限公司,上海 200437)
隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展,城市密集程度越來越高,用地越來越緊張,城市建筑追求外觀造型導(dǎo)致整樓偏心等問題,使得特殊土的工程地質(zhì)特性突顯。原本承載力較好的場(chǎng)地,由于上部荷載較大,荷載分布不均,導(dǎo)致差異沉降和工后沉降都明顯增大。同時(shí),由于未來周邊建設(shè)的情況不明,淺基礎(chǔ)極容易受到鄰近工程建設(shè)的影響,深基礎(chǔ)特別是樁基礎(chǔ)不僅在軟土地基受到青睞,在卵石、風(fēng)化巖等硬質(zhì)地基也應(yīng)用越來越廣泛。本文針對(duì)在表層欠固結(jié)土的地基上,建造4棟高層建筑的基礎(chǔ)工程進(jìn)行樁基優(yōu)選。
擬建場(chǎng)地地基土由素填土①、粉質(zhì)粘土②、中砂③、卵石④、全風(fēng)化凝灰?guī)r⑤、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2、中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦組成。
素填土①:勘察期間回填整平(堆填時(shí)間不足1年),尚未完成自重固結(jié),欠壓實(shí),土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏密不均,局部地段有揭露,厚度為0.40~2.50,變化較大,其工程地質(zhì)性能差。
粉質(zhì)粘土②:可塑~硬塑狀,該層力學(xué)強(qiáng)度一般,場(chǎng)地內(nèi)分布較均勻,厚度為4.20 m~12.00 m,承載力特征值fak=160 kPa,其工程地質(zhì)性能一般。
中砂③:松散~中密,局部鉆孔有揭露,厚度為0.50 m~6.90 m,承載力特征值fak=160 kPa,屬可液化砂土,其工程地質(zhì)性能差。
卵石④:松散~密實(shí),厚度為1.30 m~9.90 m,變化較大,局部地段缺失,力學(xué)強(qiáng)度較高,承載力特征值fak=280 kPa,其工程地質(zhì)性能較好。
全風(fēng)化凝灰?guī)r⑤:該層力學(xué)強(qiáng)度較高,變化較大,局部地段有揭露,厚度為1.00 m~3.30 m,未發(fā)現(xiàn)有碎巖體及軟弱夾層等,承載力特征值fak=350 kPa,工程地質(zhì)性能較好。
強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1:該層力學(xué)強(qiáng)度較高,承載力特征值fak=450 kPa,穩(wěn)定性較好,厚度為0.70 m~9.40 m,層面較穩(wěn)定,未發(fā)現(xiàn)有碎巖體及軟弱夾層等,工程地質(zhì)性能較好。
強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2:該層力學(xué)強(qiáng)度較高,承載力特征值fak=1 000 kPa,穩(wěn)定性較好,厚度為0.50 m~17.70 m,層面起伏較大,工程地質(zhì)性能較好。
中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦:力學(xué)強(qiáng)度高,承載力特征值fak=3 000 kPa,分布較穩(wěn)定,但層面起伏較大,工程地質(zhì)性能好。
擬建場(chǎng)地分布各種特殊性土:雜填土及不同程度風(fēng)化的花崗巖。
素填土①回填時(shí)未專門壓實(shí)處理,其密實(shí)度和均勻性較差,屬欠固結(jié)土,基槽開挖時(shí)應(yīng)做好支護(hù)和護(hù)坡,采用樁基時(shí)應(yīng)考慮負(fù)摩阻力影響;工程施工時(shí),應(yīng)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)填土進(jìn)行夯實(shí),以避免產(chǎn)生填土的“濕陷”及密實(shí)沉降問題。
不同程度風(fēng)化的凝灰?guī)r具有遇水容易軟化而降低強(qiáng)度或產(chǎn)生崩塌失穩(wěn),強(qiáng)度降低的特點(diǎn),基礎(chǔ)施工宜避開雨季,同時(shí)做好排水、疏干工作。
凝灰?guī)r的風(fēng)化均勻性差,較無規(guī)律,容易形成球狀風(fēng)化的殘留體(孤石)。本次勘察僅在31號(hào)孔中揭露到風(fēng)化殘留體(孤石),但不排除在鉆孔之間還有孤石存在的可能;樁基施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)持力層檢驗(yàn)判別。
擬建場(chǎng)地地勢(shì)相對(duì)開闊,不存在滑坡、崩塌及泥石流等影響場(chǎng)地地基穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用,據(jù)地面調(diào)查及鉆探結(jié)果顯示,場(chǎng)地內(nèi)及附近未發(fā)現(xiàn)其他人為地下工程及大面積開采地下水的活動(dòng),不會(huì)產(chǎn)生地面塌陷;未發(fā)現(xiàn)有隱伏的河道、溝浜、防空洞等對(duì)工程不利的地下埋藏物或構(gòu)筑物。對(duì)于擬作樁端持力層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥、中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦及其影響深度范圍內(nèi)3倍樁身直徑或5 m深度范圍內(nèi),未發(fā)現(xiàn)有地下洞穴、臨空面、破碎巖體及軟弱夾層等對(duì)工程不利的地下埋藏物,地基穩(wěn)定性較好。
依據(jù)鉆探資料分析,擬建場(chǎng)地內(nèi)素填土①力學(xué)性能均勻性差,未完成自重固結(jié),地基土均勻性差;粉質(zhì)粘土②分布較均勻,厚度變化較大,地基土均勻性一般;中砂③分布不均勻,地基土均勻性差;卵石④層位穩(wěn)定性一般,厚度變化較大,地基土均勻性一般;下伏全風(fēng)化凝灰?guī)r⑤、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥、中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦層位分布相對(duì)穩(wěn)定,但風(fēng)化不均勻,且各風(fēng)化帶基巖自身的力學(xué)性質(zhì)也因風(fēng)化和裂隙發(fā)育程度不同而有所差異,綜合評(píng)價(jià)擬建場(chǎng)地地基均勻性差。
擬建建筑物共4棟,其中1號(hào)~4號(hào)樓主樓為32層,采用框剪結(jié)構(gòu)、單柱最大荷載為12 000 kN,設(shè)計(jì)地坪高程(±0.00)為52.30 m~53.70 m,室外地面高程為51.70 m~53.10 m,地下室承臺(tái)底標(biāo)高47.50 m,基坑開挖后,基坑底部出露的巖土層為粉質(zhì)粘土②,其承載力特征值fak=160 kPa,承載力無法滿足單柱荷載要求,下伏土層為可液化砂層中砂③及卵石④,故擬建物采用天然地基淺基礎(chǔ)條件差,主樓需采用樁基礎(chǔ)。裙樓為1層~2層,均采用框架結(jié)構(gòu)、柱最大荷載為2 000 kN,裙樓設(shè)計(jì)地坪高程(±0.00)為52.10 m~53.70 m,室外地面高程51.30 m~53.10 m,純地下室設(shè)置1層,框剪結(jié)構(gòu),單柱最大荷載為1 500 kN,地下室承臺(tái)底標(biāo)高為47.50 m,基坑開挖后,基坑底部粉質(zhì)粘土②直接出露,擬建物具備采用天然地基淺基礎(chǔ)條件,擬建物若采用天然地基淺基礎(chǔ),地下室應(yīng)考慮抗浮作用,應(yīng)設(shè)置抗浮樁;根據(jù)場(chǎng)地施工條件,結(jié)合經(jīng)濟(jì)費(fèi)用,擬建裙樓及純地下室基礎(chǔ)形式也采用樁基礎(chǔ)。
根據(jù)場(chǎng)地條件,上覆欠固結(jié)填土,下為不均勻強(qiáng)風(fēng)化巖的特性,對(duì)預(yù)制樁、沖、鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁進(jìn)行可行性分析。
3.2.1預(yù)制樁
擬建1號(hào)樓地下室開挖至承臺(tái)底標(biāo)高(47.50 m)后,卵石④埋藏深度為4.29 m~7.74 m(層頂標(biāo)高為39.76 m~43.21 m),強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1埋藏深度為11.34 m~14.23 m(層頂標(biāo)高為33.27 m~36.16 m);局部地段強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1缺失,卵石④以下直接揭露到強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2;樁型若選擇預(yù)制樁,以卵石④作為樁端持力層;樁長(zhǎng)難以滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求;若持力層選擇在強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2,樁身穿越巖土層為粉質(zhì)粘土②、卵石④,其卵石④為松散~密實(shí),樁身穿越卵石④難度較大,若選擇預(yù)制樁,樁基施工時(shí)應(yīng)采用預(yù)鉆孔再沉樁方式進(jìn)行施工,確保樁長(zhǎng)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。擬建2號(hào)樓地下室開挖至承臺(tái)底標(biāo)高(47.50 m)后,卵石④埋藏深度為5.87 m~9.47 m(層頂標(biāo)高為38.03 m~41.63 m),強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1埋藏深度為10.15 m~12.94 m(層頂標(biāo)高為34.56 m~37.35 m);局部地段卵石④缺失,樁型若選擇預(yù)制樁,以卵石④或強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1作為樁端持力層;樁身穿越巖土層為粉質(zhì)粘土②、中砂③,樁身穿越各巖土層難度不大。若持力層選擇在強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1,樁身穿越巖土層為粉質(zhì)粘土②、中砂③、卵石④、全風(fēng)化凝灰?guī)r⑤,其卵石④為松散~密實(shí),樁身穿越卵石④難度較大,若選擇預(yù)制樁,樁基施工時(shí)應(yīng)采用預(yù)鉆孔再沉樁方式進(jìn)行施工,確保樁長(zhǎng)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。擬建3號(hào)樓地下室開挖至承臺(tái)底標(biāo)高(47.50 m)后,卵石④埋藏深度為4.72 m~5.97 m(層頂標(biāo)高為41.53 m~42.78 m),強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1埋藏深度為9.42 m~12.18 m(層頂標(biāo)高為35.32 m~38.08 m);擬建4號(hào)樓地下室開挖至承臺(tái)底標(biāo)高(47.50 m)后,卵石④埋藏深度為6.97 m~9.40 m(層頂標(biāo)高為38.10 m~40.53 m),強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1埋藏深度為11.36 m~14.07 m(層頂標(biāo)高為33.43 m~36.14 m),該兩處塔樓下的樁型若選擇預(yù)制樁,以卵石④作為樁端持力層;樁長(zhǎng)難以滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求;若持力層選擇在強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1,樁身穿越巖土層為粉質(zhì)粘土②、中砂③、卵石④、全風(fēng)化凝灰?guī)r⑤,其卵石④為松散~密實(shí),樁身穿越卵石④難度較大,樁基施工時(shí)應(yīng)采用預(yù)鉆孔再沉樁方式進(jìn)行施工。
綜上所述,若采用預(yù)制樁,1號(hào)、2號(hào)樓及裙樓以卵石④作為樁端持力層;局部地段持力層埋藏深度較淺,可結(jié)合預(yù)鉆孔再沉樁方式進(jìn)行施工。為確保樁長(zhǎng)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求,3號(hào)、4號(hào)樓需以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1作為樁端持力層,樁基施工時(shí)應(yīng)采用預(yù)鉆孔再沉樁方式進(jìn)行施工。
3.2.2沖、鉆孔灌注樁
擬建物地下室開挖至承臺(tái)底標(biāo)高(47.50 m)后,強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1埋藏深度為7.65 m~14.51 m(層頂標(biāo)高為32.99 m~39.85 m);或強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2埋藏深度為7.82 m~18.65 m(層頂標(biāo)高為28.85 m~39.68 m);中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦埋藏深度為9.59 m~29.97 m(層頂標(biāo)高為17.53 m~37.91 m);如選擇沖、鉆孔灌注樁,建議1號(hào)~5號(hào) 樓主樓以中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦作為樁端持力層;裙樓及純地下室以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2或中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦作為樁端持力層;該種樁型穿透力強(qiáng),穩(wěn)定性較好,單樁承載力高,但施工工期偏長(zhǎng),造價(jià)偏高。
3.2.3人工挖孔灌注樁
擬建物樁型若選擇人工挖孔灌注樁,以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1作為樁端持力層,場(chǎng)地內(nèi)分布有強(qiáng)透水層(中砂③、卵石④),且強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1埋藏深度超過15 m,按建設(shè)主管部門的相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定禁止采用人工挖孔灌注樁。
綜上所述:在樁型選擇上擬建1號(hào)~4號(hào)樓主樓、裙樓及純地下室可采用預(yù)制樁或沖(鉆)孔灌注樁,但是由于場(chǎng)地土顆粒較粗、樁端入巖,預(yù)制樁打入困難,仍需先沖、鉆孔再下放預(yù)制樁。
3.3.1預(yù)制樁
擬建物樁型若采用預(yù)制樁,場(chǎng)地四周距離已有建筑物較遠(yuǎn),沉樁方式采用錘擊或靜壓均可,考慮到卵石③厚度為1.30 m~9.90 m,建議采用錘擊式預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行施工,但應(yīng)作好樁基施工的作業(yè)時(shí)間,以避免噪聲對(duì)周邊村民及環(huán)境的不利影響。施工時(shí)以壓樁力或貫入度并結(jié)合標(biāo)高控制樁長(zhǎng)。以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥1作為樁端持力層;樁端穿越的土層為粉質(zhì)粘土②、中砂③、卵石④、全風(fēng)化凝灰?guī)r⑤,建議采用具有較大壓樁力的機(jī)械或大噸位樁錘,樁若較難壓(打)進(jìn)時(shí),不可強(qiáng)加壓(打)力,以免樁身爆裂,應(yīng)采用加焊樁尖及預(yù)鉆孔沉樁等輔助措施,樁端進(jìn)入持力層的深度均應(yīng)以壓樁力或貫入度控制為主,標(biāo)高控制為輔。
3.3.2沖、鉆孔灌注樁
擬建物樁型若采用沖、鉆孔灌注樁,該樁型穿透能力強(qiáng),可穿填石、孤石進(jìn)入穩(wěn)定巖層。場(chǎng)地內(nèi)傾斜陡變的巖面容易使樁基產(chǎn)生偏移、斜樁。因此建議樁基施工時(shí)在巖面坡度大于10%的部位布置超前鉆孔進(jìn)行施工勘察,以加強(qiáng)樁端持力層的識(shí)別。樁身穿越的土層,對(duì)基樁施工影響較小,但應(yīng)防止中砂③、卵石④在沉樁過程中出現(xiàn)塌孔問題,故應(yīng)做好孔壁泥漿支護(hù)工作,該樁型存在的問題是施工質(zhì)量較難控制,常出現(xiàn)樁端沉渣,厚度較大等施工質(zhì)量影響樁基承載力;建議選擇施工經(jīng)驗(yàn)豐富、管理先進(jìn)的施工隊(duì)伍,并采用樁端壓力注漿工藝;為減少樁端沉渣,建議采用反循環(huán)清渣施工工藝,保證沉渣厚度小于5 cm,同時(shí)應(yīng)強(qiáng)化檢測(cè)手段。在施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制合理的泥漿配比,以免產(chǎn)生斷樁、離析、樁底沉渣等問題,在主要含水層地段應(yīng)合理調(diào)整泥漿配合比,確保樁基質(zhì)量。
按省標(biāo)DBJ 13—07—2006建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范第9.2.4式,估算預(yù)制樁、沖(鉆)孔灌注樁單樁豎向承載力見表1。
表1 單樁豎向承載力特征值估算表
通過單樁承載力估算,可以得出預(yù)制樁和灌注樁(持力層分別選擇⑥2或⑦層)單位體積的承載力特征值,見表2。
表2 不同樁型的單樁單位體積承載力特征值
由此可見,灌注樁盡管樁長(zhǎng)長(zhǎng),直徑大,但是承載力發(fā)揮效力更大,單位混凝土用量的灌注樁經(jīng)濟(jì)性更好。
考慮經(jīng)濟(jì)性和施工適宜性,采用沖(鉆)孔灌注樁具有更好的場(chǎng)地適宜性,技術(shù)方案可行,施工難度較小,對(duì)比同體積混凝土預(yù)制樁具有較高的承載力發(fā)揮效力,經(jīng)濟(jì)性更好。由此得出,選擇沖(鉆)孔灌注樁作為基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)方案,1號(hào)~4號(hào)樓主樓以中風(fēng)化凝灰?guī)r⑦作為樁端持力層;裙樓及純地下室以強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r⑥2作為樁端持力層。