樁基礎方案優(yōu)化設計

徐建平（中冶長天國際工程有限責任公司上海分公司，上海201999）

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樁基礎方案優(yōu)化設計

徐建平（中冶長天國際工程有限責任公司上海分公司，上海201999）

在卵、碎石土層間隔分布，粉土、粘土夾雜的條件下，樁基設計方案和工程前試樁檢驗非常重要。通過方案的技術、經(jīng)濟性比較和試樁檢測，不但可以取得可靠設計數(shù)據(jù)，優(yōu)化設計，更能確保工程質(zhì)量、安全、進度和風險控制，實現(xiàn)設計優(yōu)化目標。

鉆孔灌注樁；擴底鉆孔灌注樁；鉆孔灌注樁+樁端后注漿

1　工程概況

項目擬建場地位于溫州永嘉縣上塘鎮(zhèn)西后村，主要由18 棟23～26層高層住宅樓、數(shù)棟1～2層與高層住宅連體的商業(yè)用房以及全基地一層地下室組成。高層住宅為鋼筋混凝土剪力墻結構，商業(yè)及地下室為鋼筋混凝土框架結構。原設計樁基采用φ800mm、長70～80m的鉆孔灌注樁，進行工程前試驗鉆孔時，發(fā)生了成孔質(zhì)量不佳，穿越深部卵、碎石土層時，有塌孔和損壞鉆頭的情況，為確保樁基工程質(zhì)量、安全和施工順利，擬對樁基方案做進一步優(yōu)化。根據(jù)浙江省浙中地質(zhì)工程勘察院提供的《工程地質(zhì)勘察報告》分析，可行設計方案有如下五種：①PHC預應力管樁+管腔內(nèi)灌漿；②鉆孔灌注樁；③鉆孔灌注樁+樁端后注漿；④擴底鉆孔灌注樁；⑤擠擴支盤灌注樁。

對于方案①，雖可通過引孔方式穿越淺部卵石等硬土層，順利沉樁，進入⑤21持力層，并通過管腔內(nèi)灌注混凝土來提高抗壓承載力，且具有工期短，干作業(yè)場地整潔，不受氣候條件影響，投資成本低等特點，但由于管樁自身強度和連接接頭數(shù)量限制，單樁承載力不高且提高有限，抗拔樁不宜采用，溫州地區(qū)多山地管樁應用有限，管樁生產(chǎn)單位少，采購不便，故放棄使用。對于方案⑤，雖然擠擴支盤灌注樁在持力層厚度適宜、土層穩(wěn)定性好時，可以形成多道支撐底盤來提高樁基承載力和有效控制建筑沉降，成本低，但溫州地區(qū)實際工程應用極少，施工單位缺少經(jīng)驗，技術不熟悉，故放棄使用。

本文就余下的三種方案進行技術經(jīng)濟比較，尋求最優(yōu)樁基設計方案。

2　工程地質(zhì)條件

工程場地土層分布情況是：①0層素填土（松散）-①層粘土或粉質(zhì)粘土（可塑）-②1層淤泥（流塑）-②1′層圓礫（稍密）-③2層粘土（軟塑）-③2′層卵石（中密）-④2層粘土（軟塑）-④3層卵石（中密）-⑤2層粘土（可塑）-⑤2′層卵石（中密）-⑥2層粘土（可塑）-⑥3層含粘性土碎石（中密）-⑨1層含碎石粉質(zhì)粘土（可塑、稍密）-⑨2層含碎石粉質(zhì)粘土（可塑、稍密）-⑩1層全風化凝灰?guī)r（風化劇烈）-⑩2層強風化凝灰?guī)r巖（風化、裂隙發(fā)育）。根據(jù)其土層物理力學性能和土層厚度情況，可作為建筑基礎或樁基持力層的土層主要有④3、⑤2′、⑥3、⑨1、⑨2土層，其中④3埋深較淺，可作為淺基礎和承載力要求較低的樁基礎持力層。⑥3部分區(qū)域缺失或土層起伏大，不穩(wěn)定，風化巖石土層⑩1⑩2埋深太深，裂隙發(fā)育，地勘數(shù)據(jù)不完整，不適宜作為持力層。主要土層承載力參數(shù)見表1。

3　樁基設計方案

根據(jù)地勘報告，場地土層分布復雜，起伏較大，加上建筑高度、尺度、層數(shù)、荷載不同，結構剪力墻、框架柱布置有所不同，因此，對建筑樁基類型、布樁方式、承載力及沉降控制、持力層選擇等也有所不同。樁直接布置在剪力墻或框架柱下部，結構傳力途徑直接、簡單，投資效益和技術效果最好。初步分析，在合理布樁條件下，單樁抗壓承載力特征值高層須達到3000～4500kN，商業(yè)及地下室須達到2000～2500kN，抗浮設計純地下室每框架柱下抗拔樁承載力特征值須達到900～1200kN。

3.1鉆孔灌注樁方案

表1　場地地基土承載力參數(shù)表

鉆孔施工時，根據(jù)卵石大小及密實度，采用螺桿樁機，能輕松旋鉆入卵石層，若卵石粒徑小，密實度差，則采用CFG樁機或長螺旋鉆機。為降低成孔風險，采用比重大（1.2左右）的泥漿護壁，在卵石層穿透后上提鉆具，連續(xù)澆灌高比重泥漿。

鉆孔灌注樁直徑600～800mm，其優(yōu)勢是，可根據(jù)單樁承載力、基礎沉降控制及持力層，靈活選擇樁長和樁徑，短樁可以選擇⑤21為持力層，長樁可以選擇⑨2為持力層。缺點是，工期長，濕作業(yè)，場地環(huán)境差，可能產(chǎn)生縮頸、塌孔等，成孔檢驗和孔底清渣困難。特別是長樁，施工中更容易產(chǎn)生樁孔擴大、卵石層塌孔、埋錘機率高等隱患，注漿時，卵石層充盈系數(shù)大，一般在1.5～1.7。由于樁長孔深，不論沖擊鉆或回旋鉆，清孔后至灌注混凝土，交換工種間歇時間長，沉渣過厚，會導致樁基的后期沉降量增大。性能及經(jīng)濟性對比詳見表2～3。

3.2擴底鉆孔灌注樁方案

擴底鉆孔灌注樁成樁工藝與鉆孔灌注樁基本一致，擴大頭直徑根據(jù)地質(zhì)條件和施工裝備，以1.2～1.5m為宜，擴大頭高度以1.0～1.5m為宜。其優(yōu)勢是，通過擴底，可以有效縮短樁長，提高單樁承載力，減少樁基沉降量，降低成孔風險。根據(jù)地質(zhì)參數(shù)計算，本工程樁基屬于端承摩擦樁，在不擴底時，φ700mm及以上的鉆孔灌注樁樁端承載力是側阻摩擦力的2倍左右。為避免擴大頭計算提供的樁端承載力占比過大而發(fā)生實際單樁承載力不足的風險，以及為了更有效防止擴底段塌孔、縮孔，應嚴格控制擴底直徑與擴底高度。承載力數(shù)據(jù)以試樁檢測數(shù)據(jù)為基準綜合確定。擴底鉆孔灌注樁以④3、或⑤2′卵石層為持力層，區(qū)域不同，樁長22～36m，樁徑以φ600～700mm。性能及經(jīng)濟性對比詳見表2～3。

表2　樁基技術性能比較

表3　樁基經(jīng)濟性能比較

3.3鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案

鉆孔灌注樁+樁底注漿，是在上述2種方案的基礎上，為更好規(guī)避成孔風險，又切實提高單樁承載力、控制基礎沉降，實現(xiàn)設計要求和目標的優(yōu)化方案。其成孔、成樁工藝和鉆孔灌注樁一樣。樁端后注漿，可以合理選擇樁端持力層，有效減短樁長，降低成孔、成樁風險，大大提高單樁承載力，減少基礎沉降，節(jié)約工期，節(jié)省主材用量，降低成本。本工程以④3或⑤2′卵石層為樁基持力層，樁徑以φ600mm為主，區(qū)域不同，樁長20～38m。性能及經(jīng)濟性對比詳見表2～3。

注漿采用高壓旋噴式注漿工藝，20MPa高壓泵，雙注漿管，采用φ35×3無縫鋼管加工制作，單節(jié)長度與鋼筋籠分節(jié)長度相同，無鋼筋籠段按最大起吊高度控制，即≥9m。以注入水泥量為主控，注漿壓力為副控。為防止卵石層坍塌，采用含固結物質(zhì)成份好、比重較大的泥漿來充填卵石層，比重大礦物質(zhì)采用重晶石粉、石粉、膨潤土等。

4　試樁及檢測情況

工程前試樁詳見表4，對有抗拔要求的，先按設計抗拔承載力特征值1.1倍且不高于地層參數(shù)計算值3%進行抗拔檢測，不破壞，抗拔檢測 7d后，再進行靜載檢測，加壓至破壞。

表4　工程前試樁樁基本情況

5　樁基設計方案優(yōu)缺點列表（見表2～3）

6　樁基設計方案優(yōu)選

從表2看，鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案、擴底灌注樁方案具有較好的技術優(yōu)勢，從表3看，性價比好的有φ600mm小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案、擴底鉆孔灌注樁方案。根據(jù)表3所列結果，優(yōu)化設計思路是，根據(jù)建筑單體實際情況，分別采取最合理設計方案。對商業(yè)建筑和純地下室，采用φ600mm小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案，以④3或⑤2′卵石層為樁基持力層。對高層住宅采用擴底鉆孔灌注樁方案，樁長按單體結構計算和樁基布置，在滿足承載力及沉降控制要求的前提下確定，以⑤2′卵石層為樁基持力層。對個別因為淺部持力層不穩(wěn)定或局部缺失的高層建筑，則采用φ700mm或φ800mm的鉆孔灌注樁長樁，以⑨2碎石粘土層為樁端持力層，樁長70～80m。

7　結論

（1）根據(jù)分析比較，小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案、擴底鉆孔灌注樁方案，可以充分利用淺部卵石層作為樁基持力層，不但可以大大降低設計施工風險，有效節(jié)省投資，提高樁基性價比，而且還能有效控制基礎沉降，提高樁基承載力，滿足設計要求和建筑安全性能要求。

（2）采用擴底灌注樁和小直徑鉆孔灌注樁+樁端后注漿方案，使樁基及基礎工程取得了良好的社會經(jīng)濟效益，大大減少了工程量，滿足了合理布樁要求，有效減小承臺尺度或基礎筏板厚度。據(jù)甲方提供，較原設計節(jié)約樁基工程建設工期4個月，節(jié)省建安投資總直接費31.8%。承臺及筏板按單體建筑承載力及沉降控制量身設計后，整個項目的基礎工程總投資較原設計節(jié)省12.92%，創(chuàng)優(yōu)設計效果非常明顯。

［1］《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）［S］.

［2］《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）［S］.

［3］《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）［S］.

［4］王衛(wèi)東，李永輝，吳江斌.上海中心大廈大直徑超長灌注樁現(xiàn)場試驗研究［J］.巖土工程學報，2011，33（12）：1817～1826.

徐建平（1965-），男，高級工程師，本科，主要從事建筑結構工作。

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2016-3-15