劉智敏

中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司 北京 100086

在厚填土場(chǎng)地進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，負(fù)摩阻是影響樁豎向承載力的主要因素。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94-2008的5.4.4條，可以計(jì)算負(fù)摩阻力，最終得到樁的豎向承載力特征值，進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)場(chǎng)地表層填土強(qiáng)夯后，提高了表層填土的密實(shí)度，但由于底部填土尚未固結(jié)，填土仍會(huì)發(fā)生相對(duì)于樁向下的位移，仍將對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力。這個(gè)負(fù)摩阻力取多大？《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94-2008并沒(méi)有給出明確數(shù)值，本文通過(guò)工程實(shí)例，現(xiàn)場(chǎng)試樁結(jié)果分析，給出設(shè)計(jì)建議，供設(shè)計(jì)師在以后的工作中參考。

1 工程概況

擬建項(xiàng)目為新建贛州大余某綜合能源項(xiàng)目，包括服務(wù)區(qū)與工業(yè)區(qū)，其中鍋爐基礎(chǔ)，工藝專業(yè)對(duì)其沉降較為敏感，沉降變形要求嚴(yán)格，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)在初步設(shè)計(jì)時(shí)確認(rèn)為乙級(jí)，擬建場(chǎng)地為填方場(chǎng)地已完成填平，回填厚度 6～25m。

根據(jù)場(chǎng)地巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告，現(xiàn)狀場(chǎng)平工作已回填處理完成，回填處理方式不詳?；靥钔翞樗靥钔?(Q4ml)：褐黃色、褐色，松散，濕， 主要由粘性土組成，回填年限約5年，未完成自重固結(jié)。該層在場(chǎng)地局部分布，橫向和縱向分布變化較小，厚度較小，素填土總體呈松散狀，局部稍密，土質(zhì)不均，層底高程219.63m(ZK3)～220.17m(ZK6)，層厚 6.00m(ZK4) ～23.0 m(ZK3)。填土層承載力特征值給的90kPa。壓縮模量E0=2.5MPa。②層為中風(fēng)化巖，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為80kPa，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1400KPa；③層為中風(fēng)化巖，側(cè)阻力為160kPa，端阻力為1400 kPa。地勘報(bào)告中建議采用樁基時(shí)，需同時(shí)考慮負(fù)摩阻力，回填土部分樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik=23 kPa。報(bào)告中對(duì)于填土的承載力，地勘又建議按強(qiáng)夯地基檢測(cè)報(bào)告取值。

甲方同時(shí)又給出一份場(chǎng)地經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理的檢測(cè)報(bào)告：現(xiàn)場(chǎng)采用夯錘直徑 2.0m (夯擊能 6000KN·m)，單點(diǎn)夯擊擊數(shù)6-8 擊，夯點(diǎn)間距為5m ，夯擊遍數(shù)為四遍。檢測(cè)報(bào)告顯示強(qiáng)夯后地基承載力特征值為180kPa，強(qiáng)夯地基的最大沉降量15.23mm。

對(duì)于兩份差異較大的報(bào)告，設(shè)計(jì)、甲方及勘探三方經(jīng)過(guò)多次溝通未能達(dá)成統(tǒng)一。根據(jù)地勘報(bào)告提供的壓縮模量，鍋爐基礎(chǔ)、煙囪基礎(chǔ)沉降不滿足規(guī)范要求。為了安全，采用了保守設(shè)計(jì)，聽(tīng)取地勘單位建議采用樁基，并考慮負(fù)摩阻的影響。最終方案鍋爐房及輔助用房、鍋爐基礎(chǔ)、煙囪基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁，樁徑600mm ，根據(jù)地勘報(bào)告分區(qū)選取三個(gè)典型點(diǎn)位進(jìn)行樁基承載力特征值計(jì)算。覆土深度22～23.5m，但進(jìn)入持力層深度不一樣，樁長(zhǎng)總長(zhǎng)33m。

2 樁基設(shè)計(jì)

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1]的5.4.3條:樁周土沉降可能引起樁側(cè)負(fù)摩阻力時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況考慮負(fù)摩阻力對(duì)樁基承載力和沉降的影響；當(dāng)缺乏可參照的工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可按下列規(guī)定驗(yàn)算。

1)對(duì)于摩擦型基樁，可取樁身計(jì)算中性點(diǎn)以上側(cè)阻力為零，并可按公式驗(yàn)算基樁承載力： NK≤Ra

2)對(duì)于端承型基樁除應(yīng)滿足上式要求外，尚應(yīng)考慮負(fù)摩阻力引起基樁的下拉荷載Qng，并可按公式驗(yàn)算基樁承載力： NK+Qng≤Ra。

3)當(dāng)土層不均勻或建筑物對(duì)不均勻沉降較敏感時(shí)，尚應(yīng)考慮負(fù)摩阻力引起的下拉荷載計(jì)入附加荷載驗(yàn)算樁基沉降。

本設(shè)計(jì)最大的難點(diǎn)是如何準(zhǔn)確計(jì)算經(jīng)過(guò)強(qiáng)夯處理后樁的豎向承載力，包括樁的負(fù)摩阻系數(shù)的取值及負(fù)摩阻力引起的下拉荷載大小。經(jīng)過(guò)查看地勘報(bào)告，需要打樁區(qū)域?yàn)閺S房、鍋爐基礎(chǔ)及煙囪基礎(chǔ)范圍，基礎(chǔ)下回填土厚度23m左右。初步計(jì)算，鍋爐、煙囪基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，按最小樁距3.5d=2100mm布置；廠房基礎(chǔ)采用單樁～四樁基礎(chǔ)。煙囪基礎(chǔ)單樁承受的最大豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值為400KN，鍋爐及廠房基礎(chǔ)單樁承受的最大豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1000KN，持力層為②層或③層，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值均為，由此式可以看出，單樁豎向承載力主要靠樁側(cè)阻力承受，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的5.4.4條，樁端持力層為巖石，中性點(diǎn)深度比取1.0，即填土層的樁側(cè)阻力為零計(jì)算單樁豎向承載力極限值，則單樁豎向承載力主要靠②或③層土的樁側(cè)阻力承受。如不采用后注漿法，想要單樁豎向承載力滿足設(shè)計(jì)要求，樁端入巖深度大部分在11m左右。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的5.4.4條，中性點(diǎn)以上單樁樁周第i層土負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可按公式計(jì)算：

故實(shí)際計(jì)算時(shí)素填土層樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值取23kPa。則最大填土厚度23m樁側(cè)負(fù)摩阻力引起的下拉荷載為。按常規(guī)設(shè)計(jì)，以全風(fēng)化巖或強(qiáng)風(fēng)化巖為持力層，樁端進(jìn)入持力層深度取2m，總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值均為，總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為，由此式可以看出，單樁豎向承載力特征值計(jì)算約為，此值遠(yuǎn)小于998KN，考慮到本工程為嵌巖樁，且鍋爐及煙囪基礎(chǔ)對(duì)沉降較為敏感，但樁端阻力不起控制作用，承受的豎向荷載稍大于樁側(cè)摩阻力，最終考慮計(jì)算一半的下拉荷載，取值499KN。即使這樣，計(jì)算出樁的負(fù)摩阻力還是大于樁的豎向承載力特征值，樁沒(méi)有可用荷載。據(jù)此結(jié)果，可以判斷，強(qiáng)夯后仍按所有回填土厚度計(jì)算樁的負(fù)摩阻力不夠合理，可又找不到規(guī)范或相關(guān)的理論知識(shí)推翻上述計(jì)算結(jié)果。

通過(guò)多次討論，確定鍋爐基礎(chǔ)、廠房基礎(chǔ)及煙囪基礎(chǔ)最終的單樁豎向承載力特征值僅考慮一半的下拉荷載，分別取為1500KN，1200KN及900KN。若僅根據(jù)規(guī)范上的計(jì)算公式，經(jīng)過(guò)計(jì)算，要達(dá)到以上承載力特征值樁長(zhǎng)為33m，入巖深度為11m。入巖11m，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大，施工周期長(zhǎng)，施工費(fèi)用大幅度增加。經(jīng)與甲方溝通協(xié)商，決定現(xiàn)場(chǎng)采用靜載荷試驗(yàn)確定樁的豎向承載力特征值，雖然試樁會(huì)增加工程成本，在理論計(jì)算不合理的情況下進(jìn)行試樁是優(yōu)化設(shè)計(jì)的唯一途徑，后期優(yōu)化會(huì)大幅度節(jié)約成本。

試樁時(shí)取三個(gè)區(qū)域的典型點(diǎn)共9根樁（每處3根），樁長(zhǎng)從自然地面算起，分別取為27m、28m、29m，入巖深度為4m， 回填土約為25m。這樣選取樁長(zhǎng)既能反映出負(fù)摩阻的計(jì)算是否正確，也能看出入巖深度對(duì)樁側(cè)阻力的影響作用。

初步的試樁方案是每個(gè)區(qū)域取一根樁進(jìn)行豎向承載力靜載荷試驗(yàn)，如入巖4m的樁加載至其破壞，其加載結(jié)果仍不能滿足設(shè)計(jì)要求，后面的試樁采用后注漿方案以提供樁的承載力。其中29m樁加載至4550KN時(shí)，施工單位又反饋，樁沒(méi)有破壞跡象，但加載用的堆重材料僅進(jìn)場(chǎng)6500KN，加載千斤頂受力極限值8000KN，咨詢?cè)O(shè)計(jì)怎么辦？考慮到施工周期緊張，如拆除重新加載，時(shí)間來(lái)不急，確定加載到6500KN，停止加載，此時(shí)，Q-s曲線未出現(xiàn)陡降，s-lgt曲線尾部未出現(xiàn)明顯彎折，各樁在加載到6500KN均未破壞。試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖1-3。

圖1 Q-s曲線

圖2 s-lgt曲線

圖3 s-lgQ曲線

《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[2]JGJ106第4.4.2條，單樁豎向抗壓極限承載力[3]Qu可按下列方法綜合分析確定：對(duì)于緩變形Q-S曲線可根據(jù)沉降量確定，宜取S=40mm對(duì)應(yīng)的荷載值。

以此為依據(jù)完善Q-S曲線，則三根樁的極限承載力都超過(guò)8000KN?？紤]到場(chǎng)地填土不均勻，地勘報(bào)告顯示局部還存在淤泥，對(duì)于填土25m，入巖深度4m的樁極限承載力取值6500KN。

試樁時(shí)樁長(zhǎng)從自然地面算起，承臺(tái)底標(biāo)高-2.5m，也就是有2.5m樁長(zhǎng)在強(qiáng)夯處理最為密實(shí)的填土層，此范圍樁不僅不會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，正摩阻力對(duì)樁豎向承載力發(fā)揮作用，導(dǎo)致試樁的承載力比實(shí)際情況大。②、③號(hào)樁填土層僅為23m，實(shí)際施工時(shí)，樁在強(qiáng)夯加固填土層將減少2.5m，經(jīng)計(jì)算分析，最終施工方案是入巖4m，單樁豎向承載力極限值取4500KN，特征值取2250KN。

單樁豎向承載力極限值試樁結(jié)果遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值，分析查找原因：

a施工單位反映，填土深度14m左右，鉆機(jī)明顯比上面進(jìn)入困難，說(shuō)明填土14m以下回填時(shí)間較長(zhǎng)，已基本固結(jié)。填土經(jīng)強(qiáng)夯加固后的加固深度大致在6～8m，這樣23～25m的填土，未加固土層厚度僅8m左右。若按8m填土考慮，單樁豎向承載力極限值計(jì)算時(shí)，回填土中有15m不僅不需考慮負(fù)摩阻，反而需考慮側(cè)阻力。理論計(jì)算時(shí)考慮了全部填土層的負(fù)摩阻力，試樁時(shí)，單樁豎向承載力主要靠填土層的樁側(cè)阻力提供，這是試驗(yàn)樁的豎向承載力遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值的主要原因之一。

b整個(gè)廠區(qū)進(jìn)行了強(qiáng)夯處理[4]。強(qiáng)夯時(shí)產(chǎn)生的沖擊能使土的滲透性驟然大增，孔隙水迅速排出，孔隙水壓力很快消散[5]（數(shù)據(jù)顯示，5d左右能消散80%以上），從而產(chǎn)生很大的瞬間沉降，使土體壓密，強(qiáng)度大幅度提高。工程實(shí)例顯示：地基經(jīng)強(qiáng)夯處理后，可明顯提高地基承載力、壓縮模量，增加干重度，減少孔隙比，降低壓縮系數(shù)，增加場(chǎng)地均勻性，消除濕陷性，膨脹性，防止振動(dòng)液化。填土經(jīng)強(qiáng)夯加固后的性質(zhì)優(yōu)于同層位的天然土，能有效地解決樁的負(fù)摩阻力問(wèn)題[6]。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出計(jì)算樁的豎向承載力時(shí)全部填土均考慮負(fù)摩阻力是不合理的。最后將單樁豎向承載力特征值取為2250KN，樁入巖深度4m，所有樁檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求的承載力特征值。本工程樁基設(shè)計(jì)，理論計(jì)算時(shí)，共布樁268根，樁長(zhǎng)平均33m，樁入巖深度平均11m；試樁后優(yōu)化設(shè)計(jì)，樁數(shù)146根，樁長(zhǎng)平均26m，入巖深度均為4m，大大節(jié)省工期，并大幅減少工程造價(jià)，共節(jié)約造價(jià)289萬(wàn)，本工程現(xiàn)已施工完成，運(yùn)行良好。

3 結(jié)束語(yǔ)

厚填土層經(jīng)強(qiáng)夯處理后場(chǎng)地樁的負(fù)摩阻力計(jì)算比較復(fù)雜，影響因素較多，全部填土層均考慮負(fù)摩阻力的保守計(jì)算不大合理，至少表層強(qiáng)夯處理范圍內(nèi)的6-8m填土層可以不用考慮負(fù)摩阻力。一般情況下，填土地基強(qiáng)夯處理后樁的負(fù)摩阻力約是理論計(jì)算值的一半。強(qiáng)夯使填土壓實(shí)，則其中性點(diǎn)深度ln應(yīng)小于l.0，強(qiáng)夯后填土的負(fù)摩阻系數(shù)也應(yīng)降低，這些都有待繼續(xù)積累工程經(jīng)驗(yàn)?？傊O(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮土體實(shí)際情況，通過(guò)試驗(yàn)后再進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)，會(huì)更加合理、經(jīng)濟(jì)及安全。