張全林

（廣州市建工設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510030）

1 工程概況

某項(xiàng)目位于廣州南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)十六涌東南側(cè)，總占地面積約為26.9萬m2。由17～21層LOFT公寓、24～45層平層公寓及25層酒店、1～2層附屬商業(yè)組成，高層建筑高度在80～140 m之間，設(shè)置1層地下室。項(xiàng)目總平面布置如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目總平面Fig.1 General Arrangement Plan

工程設(shè)計(jì)使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組；建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類區(qū)域，設(shè)計(jì)特征周期值建議按0.45 s考慮，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g。50年一遇基本風(fēng)壓0.60 kN/m2，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)，樁基設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)。

1.1 地質(zhì)條件

南沙區(qū)位于廣州南部，處于北江、西江下游濱海河網(wǎng)區(qū)，廣泛分布深厚海陸交互相淤泥、淤泥質(zhì)土，屬典型的沖積軟土地質(zhì)。本工程所在地萬頃沙鎮(zhèn)緊臨大海，多為20世紀(jì)80年代填海而成，淤泥、淤泥質(zhì)土平均厚度約35 m，最大厚度超過40 m，具體土層分布及描述如下：

〈1〉人工填土層（Qml）

①素填土：灰黃、褐黃色，松散，濕～很濕，填料由粘性土、砂土為主，夾有少量或較多碎石塊，新近填成。

〈2〉第四系海陸交互沉積層（Q4mc）

②-1淤泥質(zhì)土：深灰色，流塑，味腥，局部夾薄層粉細(xì)砂，含有機(jī)質(zhì)，局部為淤泥。

②-2粉質(zhì)黏土：灰黃色，可塑狀態(tài)，局部軟塑，黏性較好，含有粉細(xì)砂，局部夾薄層粉土。

②-3中砂：灰白色、灰色，中密，局部密實(shí)，飽和，石英質(zhì)，粒徑不均勻，含有粉黏粒，級(jí)配不良。

〈4〉奧陶世基巖（O）

為花崗巖，鉆孔控制深度內(nèi)根據(jù)其風(fēng)化程度的不同可分為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化3個(gè)風(fēng)化帶。

④-1強(qiáng)風(fēng)化帶：青灰色、黃褐色，強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，裂隙較發(fā)育，散體狀結(jié)構(gòu)，巖芯多呈碎巖塊狀，手難扳斷，敲擊聲啞，局部呈半巖半土狀，受水易軟化、崩解。巖石堅(jiān)硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

④-2中風(fēng)化帶：青灰色、紅褐色，裂隙較發(fā)育，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈短柱狀、柱狀，局部塊狀，敲擊聲響。巖石堅(jiān)硬程度為較硬巖，巖體完整程度為較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

典型地質(zhì)柱狀圖如圖2所示。

圖2 典型地質(zhì)柱狀圖Fig.2 Typical Geological Column Diagram

不良地質(zhì)：淤泥、淤泥質(zhì)土具含水率大、孔隙比大、壓縮性高的特性，在觸變擾動(dòng)、地面堆載、失水固結(jié)等作用下容易產(chǎn)生豎向、水平位移，對(duì)基坑開挖、樁基施工、樁基受力產(chǎn)生非常不利的影響［1］。

2 地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 地基處理

對(duì)于深厚軟土地區(qū)，樁基施工完成后，基坑開挖不當(dāng)導(dǎo)致樁基傾斜、斷樁、偏移的工程事故經(jīng)常發(fā)生，因此需在樁頂標(biāo)高上下一定范圍內(nèi)的土進(jìn)行固化處理。固化處理可以采用深層攪拌樁和高壓旋噴樁。本項(xiàng)目所在地原為藕塘，表面積水0.2～0.5 m，其下為流塑狀淤泥。為驗(yàn)證2種處理方案的效果，分別選擇2塊進(jìn)行預(yù)處理，樁間距為1.2 m，梅花布樁，樁長2.0 m，樁頂標(biāo)高以上0.5 m，樁頂標(biāo)高以下1.5 m，28 d后開挖驗(yàn)證。通過現(xiàn)場(chǎng)開挖后發(fā)現(xiàn)：攪拌樁處理后的土層未見成形樁體，土質(zhì)顏色加深，說明水泥漿溶于空隙水中未能與土充分結(jié)合成形；高壓旋噴樁處理后的土層肉眼可見成形樁體，挖掘機(jī)挖難以挖動(dòng)，具有較高強(qiáng)度。因此，決定采用高壓旋噴樁的地基處理方案。后基坑開挖施工過程中，機(jī)械行走通順，未發(fā)現(xiàn)偏樁、斷樁現(xiàn)象。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目塔樓80～140 m高，墻柱底內(nèi)力最大高達(dá)25 000 kN，地基土有30～40 m深厚軟土，因此塔樓決定采用旋挖成孔灌注樁方案，以中風(fēng)化花崗巖為樁端持力層，入巖深度取1.0倍樁徑，樁徑采用1 000～1 200 mm。地下室基礎(chǔ)因荷載較小，且對(duì)基礎(chǔ)沉降要求可以適當(dāng)放松，為減小造價(jià)決定采用600 mm直徑高強(qiáng)混凝土預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。為減小不均勻沉降引起的附加應(yīng)力，在塔樓和地下室交接處設(shè)置沉降后澆帶，要求后澆帶需在結(jié)構(gòu)荷載完成且沉降穩(wěn)定后方可封閉。

2.2.1 負(fù)摩阻力計(jì)算

軟土地區(qū)樁基設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容就是合理確定負(fù)摩阻力。當(dāng)樁周土體向下的相對(duì)位移大于樁身下沉位移進(jìn)，土體將對(duì)樁身產(chǎn)生下拉力，即負(fù)摩阻力，導(dǎo)致軟土地區(qū)負(fù)摩阻力產(chǎn)生的主要原因如下［2］：①欠固結(jié)土自重作用下的重新固結(jié)；②地表面新填土或新地堆載；③樁周土層由于基坑開挖、抽水致使地下水位下降，土中有效應(yīng)力增大，樁周土下沉。

⑴中性點(diǎn)深度確定

根據(jù)上文所述軟土負(fù)摩阻力產(chǎn)生的原因，再結(jié)合本項(xiàng)目自身特點(diǎn)及地質(zhì)資料，梳理后發(fā)現(xiàn)：本場(chǎng)地雖為軟土為淤泥或淤泥質(zhì)土，但經(jīng)多年沉積后，地勘資料判定為自重固結(jié)基本完成，從而排除第①條因素；由于地下室需開挖少量厚度表面土層，屬于卸載過程，排除第②條堆載因素；因此，導(dǎo)致負(fù)摩阻力產(chǎn)生的可能原因僅有第③條，即后期項(xiàng)目周邊基坑開挖、抽水引起地下水位下降或地基土受擾動(dòng)。為了充分評(píng)估地基土可能受到的擾動(dòng)程度，從而確定中性點(diǎn)的位置，項(xiàng)目組會(huì)同甲方、相關(guān)政府部門對(duì)周邊地塊項(xiàng)目規(guī)劃進(jìn)行了全面調(diào)查，調(diào)查結(jié)果為：本地塊西側(cè)、南側(cè)為河涌或河道，北側(cè)1 000 m、東側(cè)500 m范圍為本項(xiàng)目后期開發(fā)的商業(yè)用地，無大面積地下室，東側(cè)500 m以外為發(fā)展用地，規(guī)劃為普通住宅。周邊沒有超高層公建、地鐵或其它深挖地基的市政設(shè)施。再結(jié)合南沙地區(qū)為軟土地質(zhì)，深挖基坑成本高、工期長且樁基施工風(fēng)險(xiǎn)高等不利因素，一般建筑會(huì)采取抬高室外高，地下室盡量淺埋的做法以節(jié)約成本和工期，且地下室一般不會(huì)超過2層，因此，可以基本確定：項(xiàng)目周邊開挖深度最大不超過12 m，再加上降水深度會(huì)比基坑標(biāo)高多1～2 m，也即本場(chǎng)地地基土受降水、擾動(dòng)的影響深度在15 m以內(nèi)，為安全起見，計(jì)算負(fù)摩阻力的中性點(diǎn)深度按20 m計(jì)算，也即中性點(diǎn)深度比約0.6。

⑵單樁負(fù)摩阻力計(jì)算

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ 15-31—2016》［3］第10.2.10-3式：

式中：up為樁周長；qnsi為第i層土的豎向有效應(yīng)力，本項(xiàng)目取土的側(cè)阻力特征值；lin為第i層土的厚度，本項(xiàng)目取20 m。

從而算得樁徑1.0 m的單樁負(fù)摩阻力Qn=628 kN，設(shè)計(jì)時(shí)取值700 kN。

2.2.2 單樁承載力特征值計(jì)算

本項(xiàng)目樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖，按嵌巖樁計(jì)算，根據(jù)文獻(xiàn)［3］-⑴～⑷式：

式中：Rsa為樁側(cè)土側(cè)摩阻力特征值；Rra為樁側(cè)巖側(cè)摩阻力特征值；Rpa為持力巖層端阻力特征值；frs、frp分別為樁側(cè)巖層、樁端巖層巖樣天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度；C1、C2分別為折減系數(shù)，本項(xiàng)目分別取0.320、0.032。

分別選取典型勘孔剖面計(jì)算單樁承載力特征值，如表1所示。

表1 單樁承載力特征值計(jì)算Tab.1 The Characteristic Value of Pile Bearing Capacity by Different Exploratory Holes

樁身承載力驗(yàn)算文獻(xiàn)［3］10.2-8式：

式中：ψc為工作條件系數(shù)，泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁取0.7～0.8；fc為樁身混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Q為相應(yīng)于荷載基本組合時(shí)的單樁承載力設(shè)計(jì)值。

將式⑹算出的對(duì)應(yīng)荷載基本組合的單樁承載力設(shè)計(jì)除以1.35，得出對(duì)應(yīng)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合的單樁承載力特征值，即：

Ra=Q/1.35

從而得到直徑1.0 m，樁身混凝土C35的單樁承載力特征值為6 800 kN?？梢钥闯觯瑔螛冻休d力特征值由樁身混凝土控制，可取6 800 kN以內(nèi)，實(shí)際設(shè)計(jì)取值6 500 kN。布樁時(shí)需考慮負(fù)摩阻力引起的下拉荷載，即：

式中：Ra1為布樁時(shí)單樁承載力特征值；Ra為中性點(diǎn)以下土側(cè)阻力土與樁端土提供或由樁身計(jì)算的單樁承載力特征值；Qn為中性點(diǎn)以上土負(fù)摩阻力引起的下拉荷載。

根據(jù)式⑺計(jì)算出布樁時(shí)單樁承載力特征值為5 800 kN，即要求樁頂反力應(yīng)控制在5 800 kN以內(nèi)。

2.2.3 存在負(fù)摩阻力的基樁靜載試驗(yàn)最大加載量的確定

眾所周知，一般基樁靜載試驗(yàn)的最大加載值為單樁承載力特征值的2倍，按常規(guī)設(shè)計(jì)本項(xiàng)目取13 000 kN即可。但是本項(xiàng)目樁周軟土存在負(fù)摩阻力，在靜載試驗(yàn)的極短時(shí)間內(nèi)（一般1～2 d）負(fù)摩阻力不可能發(fā)揮出來，相反中性點(diǎn)以上的土層不僅不會(huì)出現(xiàn)負(fù)摩阻力，還會(huì)提供正摩阻力，因此試驗(yàn)最大加載量需另計(jì)上層軟土在靜載試驗(yàn)階段時(shí)提供的正摩阻力［4］。如果將單樁承載力分為中性點(diǎn)以上土側(cè)阻力和中性點(diǎn)以下土側(cè)阻力與樁端阻力之和，中性點(diǎn)以上的土側(cè)阻力等于下拉荷載Qn，中性點(diǎn)以下土側(cè)阻力與樁端阻力力之和為單樁承載力特征值Ra，此時(shí)，最大加載值為：2（Ra+Qn）。因此，本項(xiàng)目按上式計(jì)算的靜載試驗(yàn)的最大加載值應(yīng)為：2×（6 500+700）=14 400 kN。若遺漏了負(fù)摩阻力的作用，靜載試驗(yàn)最大加載力量盲目采用常規(guī)設(shè)計(jì)2倍單樁承載力特征值的話，試驗(yàn)最大加載量僅為13 000/14 400=90.3%，導(dǎo)致靜載試驗(yàn)加載量不足，某些原本承載力不足的樁不會(huì)被檢測(cè)出來，樁基存在安全隱患，樁基靜載試驗(yàn)也失去應(yīng)有的功能。因此，存在負(fù)摩阻力的樁基設(shè)計(jì)圖紙中，不僅要注明樁基承載力特征值，還要注明靜載試驗(yàn)的最大加載量。

3 深厚軟土條件下超長灌注樁的施工質(zhì)量控制

軟土地基上泥漿護(hù)壁旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)的成孔、成樁質(zhì)量、樁端沉渣是影響基樁承載力的關(guān)鍵因素，也是工程界的一大弊病［5］。本項(xiàng)目土質(zhì)條件較差，巖面埋深較大且起伏較大，樁基施工難度較大，主要表現(xiàn)為：

⑴上部存在較厚流塑狀淤泥或淤泥質(zhì)土，成孔時(shí)極易出現(xiàn)塌孔、縮頸現(xiàn)象；

⑵中風(fēng)化巖面埋深較深，大部分在基底下50～60 m，局部樓棟（如1#、3#、5#棟）中風(fēng)化巖面深度達(dá)80～90 m，樁身超長，樁身混凝土澆筑質(zhì)量難以保證；

⑶為了防止塌孔，護(hù)壁所用泥漿含泥量較大，還需增加膨潤土等增加稠度，而且樁身越長，樁孔底部泥漿自重作用下沉積，清孔難度越大，樁底沉渣厚度難以控制；

⑷由于護(hù)壁含泥量大，孔壁泥皮較厚，樁身與樁周土無法粘結(jié)，導(dǎo)致樁側(cè)阻力大大降低。

針對(duì)項(xiàng)目地質(zhì)現(xiàn)狀，為保證成樁質(zhì)量和基樁承載力，經(jīng)多方研究論證，從設(shè)計(jì)和施工2個(gè)方面采取如下措施［6-11］：

⑴對(duì)于預(yù)估有效樁長大于60 m的超長樁，采取樁端后注漿施工工藝。該工藝可以劈裂、充填樁端沉渣，同時(shí)對(duì)樁端上部一定范圍的樁周土進(jìn)行滲透、充填，從而提高樁端、樁側(cè)阻力；

⑵針對(duì)軟土、砂土成孔易塌孔的問題，先進(jìn)行試成孔，調(diào)整泥漿配方和配比，并選擇合適功率的成孔機(jī)械，確保成孔順暢；

⑶要求分成孔后和混凝土澆筑前進(jìn)行二次清孔，測(cè)定的沉渣厚度需滿足設(shè)計(jì)要求；灌注混凝土必須連續(xù)進(jìn)行，導(dǎo)管在混凝土面的埋置深度控制在2.0～6.0 m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管底端提出混凝土面，并應(yīng)控制導(dǎo)管的提拔速度；

⑷確保樁端持力層，鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)要求的持力層后，應(yīng)記錄巖面深度并取樣保存，繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)要求的入巖深度后，記錄巖底標(biāo)高并取樣保存；

⑸加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管控，對(duì)成孔、清孔、持力層巖樣判別、鋼筋籠放置、沉渣測(cè)量、混凝土澆筑等全過程進(jìn)行監(jiān)督。

4 結(jié)論

⑴對(duì)于深厚軟土地質(zhì)，為避免偏樁、斷樁事故的發(fā)生，樁基施工前需對(duì)表層土作硬化處理。對(duì)于流塑狀淤泥的處理，深層攪拌樁效果不理想，可優(yōu)先選用高壓旋噴樁處理；

⑵布樁時(shí)單樁承載力特征值的取值應(yīng)考慮負(fù)摩阻力引起的下拉荷；負(fù)摩阻力計(jì)算時(shí)，結(jié)合項(xiàng)目本身特點(diǎn)，判斷負(fù)摩力產(chǎn)生主要源自于軟土擾動(dòng)，因此，根據(jù)最大擾動(dòng)深度確定中性點(diǎn)深度比值為0.6，而未采用文獻(xiàn)［2］的經(jīng)驗(yàn)值0.9～1.0，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)性；

⑶對(duì)于有負(fù)摩阻力的樁基，靜載試驗(yàn)最大加載值不宜直接采用特征值的2倍，而還應(yīng)加上負(fù)摩阻力的2倍后的總值，并應(yīng)在設(shè)計(jì)圖紙上注明；

⑷軟土超長混凝土灌注樁施工時(shí)容易出現(xiàn)塌孔、斷樁事故，清孔難度大，樁底沉渣厚度難以控制，樁端持力層不宜確認(rèn)，需加強(qiáng)施工過程監(jiān)管，同時(shí)，對(duì)于樁長大于60 m的樁建議采用樁端后注漿施工工藝，提高單樁承載力。