持力層埋深過(guò)大、樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng),如何解決？且看人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)優(yōu)化

1、持力層埋深過(guò)大、樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，如何解決？且看人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例發(fā)表時(shí)間：2014-04-24某小區(qū)2幢28層剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅原設(shè)計(jì)采用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)、按端承樁設(shè)計(jì)，試挖后發(fā)現(xiàn)持力層埋深過(guò)大、樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，難以滿足施工要求，原設(shè)計(jì)單位嘗試改用沖（鉆）孔灌注樁也沒(méi)有成功。經(jīng)研究分析，確認(rèn)詳勘報(bào)告未準(zhǔn)確反映實(shí)際地質(zhì)情況、導(dǎo)致按其設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案難以實(shí)施，并判斷出補(bǔ)勘報(bào)告提供的設(shè)計(jì)參數(shù)偏于保守、尚有潛力可挖，相應(yīng)補(bǔ)充了基樁靜載試驗(yàn)，獲得了比較準(zhǔn)確可靠的人工挖孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)；考慮了樁側(cè)阻力對(duì)豎向抗壓承載力的貢獻(xiàn)，變更了樁端持力層，優(yōu)化了樁長(zhǎng)和樁身配筋，在滿足承載力的前提下減少了人工挖孔灌注樁的

2、施工難度、降低了造價(jià)，使本工程恢復(fù)了正常施工；總結(jié)了本工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，供類似工程參考。1、工程概況湖南省郴州市某住宅小區(qū)由北方某設(shè)計(jì)院（下文稱“原設(shè)計(jì)單位”）設(shè)計(jì)，其中2324#樓為28層剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高度為80.5m，建筑面積分別為11764.5和12360.5m2，設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，基本地震烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，上部剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)為三級(jí)，100年一遇基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，建筑場(chǎng)地類別為II類。地下水對(duì)砼結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。設(shè)有一層地下室形成大底

3、盤將2328#住宅樓連為一體，見圖1。樁基施工前先開挖了基坑，現(xiàn)場(chǎng)自然地面與地下室底板標(biāo)高基本持平，地下室底板面相對(duì)標(biāo)高為-4.600m。2、地質(zhì)情況和原基礎(chǔ)方案整個(gè)住宅小區(qū)的詳細(xì)巖土工程勘察報(bào)告由廣東某勘察單位提供。詳勘報(bào)告顯示場(chǎng)地的上覆土層厚度不大，基巖為中風(fēng)化灰?guī)r，普遍埋深在1015米左右。原設(shè)計(jì)2324#樓采用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化灰?guī)r為樁端持力層。在施工2324#樓前，由郴州市某勘察單位進(jìn)行了超前鉆補(bǔ)充勘察，補(bǔ)勘報(bào)告指出：（1）按區(qū)域地質(zhì)資料，擬建的2324#樓場(chǎng)地位于一區(qū)域性壓扭斷裂F1上，此斷裂活動(dòng)年代較為久遠(yuǎn)，不屬于全新世活動(dòng)斷裂，斷裂本身對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性不構(gòu)成影響；（2）受

4、斷裂擠壓及巖性影響，2324#樓場(chǎng)地巖性雜亂破碎，穩(wěn)定的中風(fēng)化炭質(zhì)泥巖埋深在均30米以下，上覆有厚2030米的強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）巖，巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分已遭破壞，遇水后易軟化。受斷層的影響，強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）巖中隨機(jī)分布有夾層狀、透鏡體狀的中風(fēng)化灰?guī)r夾層。在24#樓范圍內(nèi)還上覆一定厚度的土層。補(bǔ)勘報(bào)告建議的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1和2，典型地質(zhì)剖面見圖2；2328#樓地下室平面圖（3）遠(yuǎn)離斷裂帶巖體結(jié)構(gòu)逐漸變好、強(qiáng)度較高且層位基本穩(wěn)定，大致以2328#住宅樓地下室1-A軸與1-B軸之間的后澆帶為界到25#樓地段，巖性以中風(fēng)化砂巖、炭質(zhì)砂巖為主，埋深在15米以內(nèi)。補(bǔ)勘報(bào)告與詳勘報(bào)告對(duì)2324#樓地質(zhì)情況的描

5、述出入很大，是否能按原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案實(shí)施存疑。為此現(xiàn)場(chǎng)曾選2根1000樁進(jìn)行試挖，挖至超過(guò)20米仍未到達(dá)原設(shè)計(jì)要求的中風(fēng)化巖層，施工遇到很大困難，原基礎(chǔ)方案若不作重大調(diào)整，將導(dǎo)致樁長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)、難以滿足施工要求。原設(shè)計(jì)單位曾嘗試將基礎(chǔ)修改為沖（鉆）孔灌注樁，仍以中風(fēng)化巖為持力層。施工單位選3根800樁試沖，結(jié)果并不成功：3根樁在施工過(guò)程中都出現(xiàn)不同程度的塌孔現(xiàn)象，耗時(shí)715天才完成1根樁，灌注樁身混凝土充盈系數(shù)達(dá)2.12.7。工程被迫停頓下來(lái)，建設(shè)單位向我們咨詢處理方案。3、基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案3.1 方案比選分析經(jīng)過(guò)踏勘現(xiàn)場(chǎng)、與相關(guān)單位技術(shù)人員交流以及查閱原設(shè)計(jì)圖紙、詳勘報(bào)告和補(bǔ)勘報(bào)告等技術(shù)資料，確認(rèn)詳

6、勘報(bào)告沒(méi)有準(zhǔn)確反映2324#樓實(shí)際地質(zhì)情況、導(dǎo)致按其設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方案難以實(shí)施，因此按補(bǔ)勘報(bào)告對(duì)基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析。23#樓地質(zhì)條件相對(duì)較好、第4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）巖層面位于自然地面，經(jīng)過(guò)地基承載力的深寬修正后采用筏形基礎(chǔ)是可能的；24#樓地質(zhì)條件相對(duì)較差，表層土經(jīng)過(guò)地基承載力深寬修正后仍不滿足要求。由于兩幢大樓緊鄰，中間僅留300mm寬變形縫，若兩幢大樓采用不同的基礎(chǔ)形式，則兩樓相連處不論采用那種基礎(chǔ)形式，必定使其中一幢大樓存在較大沉降差，因此否決了筏形基礎(chǔ)。據(jù)了解郴州當(dāng)?shù)赜心Σ炼顺行腿斯ね诳坠嘧兜某晒Π咐?，?guī)范1有保證發(fā)揮其側(cè)阻力的技術(shù)措施，因此初步考慮改以第4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）

7、巖為樁端持力層、采用摩擦端承型人工挖孔灌注樁，干作業(yè)挖孔同時(shí)避免了持力層遇水軟化的風(fēng)險(xiǎn)。按原設(shè)計(jì)樁徑、以表2參數(shù)初步估算，最少樁長(zhǎng)為26m，在地質(zhì)條件較差的24#樓樁長(zhǎng)就更大了。郴州當(dāng)?shù)厥┕ぐ嘟M一般只承接樁長(zhǎng)15米以內(nèi)的挖樁任務(wù)，樁長(zhǎng)超過(guò)20米基本找不到施工班組承接，改成摩擦端承型人工挖孔灌注樁似乎也不可行。結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)補(bǔ)勘報(bào)告進(jìn)行研讀、判斷后，我們認(rèn)為表1和表2的數(shù)據(jù)偏于保守、尚有潛力可挖，例如干作業(yè)成孔的人工挖孔樁設(shè)計(jì)參數(shù)反而比濕作業(yè)的鉆（沖）孔樁低，與規(guī)范經(jīng)驗(yàn)規(guī)律不符12；第4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）巖內(nèi)摩擦角過(guò)小，一般應(yīng)在28o以上35；該層地基承載力特征值也偏小，按重型圓錐動(dòng)

8、力觸探N63.5=11.7推算可取480kPa67。因此我們向建設(shè)單位建議，選取有代表性的地段進(jìn)行基樁靜載試驗(yàn)，為安全而經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)人工挖孔灌注樁提供比較準(zhǔn)確的參數(shù)。3.2 補(bǔ)充基樁靜載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)在地質(zhì)條件相對(duì)較差的24#棟純地下室選取了3根1000人工挖孔灌注樁，開挖樁長(zhǎng)20m，以第4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）巖為樁端持力層。由長(zhǎng)沙某檢測(cè)單位采用自平衡法8進(jìn)行基樁靜載試驗(yàn)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果推薦的設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。設(shè)計(jì)參數(shù)有較大提高，為優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了有利條件。4、基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)根據(jù)補(bǔ)勘報(bào)告、基樁靜載試驗(yàn)報(bào)告以及原設(shè)計(jì)單位提供的基礎(chǔ)荷載數(shù)據(jù)，以基礎(chǔ)頂面為界對(duì)2324#樓基礎(chǔ)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以2328#樓地下室

9、平面1-A軸與1-B軸之間的后澆帶為設(shè)計(jì)范圍邊界，見圖3。采用摩擦端承型人工挖孔灌注樁，樁徑800（擴(kuò)大頭1600）和1000（擴(kuò)大頭2000），以第4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）巖為樁端持力層。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30（抗拔樁為C35），護(hù)壁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，采用HRB335鋼筋。2324#樓基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)平面圖4.1 單樁豎向承載力的計(jì)算經(jīng)溝通了解，表3中樁極限側(cè)阻力qsik是按名義樁徑1000mm推算的，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)樁身周長(zhǎng)u也按名義樁徑計(jì)算。另外工程樁雖然屬于大直徑樁，但設(shè)計(jì)參數(shù)是通過(guò)靜載試驗(yàn)測(cè)出的、直接反映了工程樁極限側(cè)阻力和極限端阻力的尺寸效應(yīng)，表3中qs

10、ik和qpk已經(jīng)包含了規(guī)范1所要求的尺寸效應(yīng)系數(shù)sik和pk，故優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)單樁豎向抗壓極限承載力按式（1）計(jì)算（式中各符號(hào)定義見規(guī)范1）：800單樁豎向抗壓極限承載力Quk=7700kN，1000樁Quk=11000kN，均布置在塔樓范圍。4.2 樁長(zhǎng)的優(yōu)化4.2.1 豎向抗壓樁原基礎(chǔ)方案按端承樁進(jìn)行設(shè)計(jì)，以中風(fēng)化灰?guī)r為樁端持力層，要求各樁進(jìn)入樁端持力層的深度（下文用“H1”表示）均為0.5m。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)考慮了樁側(cè)阻力對(duì)豎向抗壓承載力的貢獻(xiàn)，豎向抗壓樁H1值最大為12.9m。如果仍保持各樁H1值固定不變，則豎向抗壓樁最大樁長(zhǎng)將達(dá)23m，仍不能滿足郴州當(dāng)?shù)赝跇兜目墒┕ば砸?。鑒于人工挖樁過(guò)程相當(dāng)

11、于大直徑鉆探，挖至持力層后每樁的上覆巖土層類型和厚度是可知的，可按所需的總側(cè)阻力確定各樁的H1值和樁長(zhǎng)。我們對(duì)豎向抗壓樁提出了如下挖樁終孔原則：1）持力層巖面位于自然地面時(shí)，H1=12.9m；2）施工中記錄每樁的上覆巖土層類型和厚度，并由施工、監(jiān)理和甲方等簽字確認(rèn)；3）根據(jù)施工記錄，從承臺(tái)底面起每遇1m厚填土，H1可減少0.25m；每遇1m厚粉質(zhì)粘土，H1可減少0.58m；每遇1m厚泥質(zhì)頁(yè)巖，H1可減少0.67m。例如，某樁遇有4米粉質(zhì)粘土、以下為強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)(灰)巖，則有效樁長(zhǎng)=粉質(zhì)粘土厚度+ H1 =4+(12.9-40.58)=14.6m。終孔原則的第3）點(diǎn)本質(zhì)上就是按上覆巖土層qsik

12、的比例折減H1最大值。由此有效樁長(zhǎng)控制在12.9m17.9m之間，在保證單樁承載力的前提下減少了樁長(zhǎng)，滿足了郴州當(dāng)?shù)乜墒┕ば缘囊蟆?.2.2抗拔樁在純地下室部位，需要設(shè)置抗拔樁來(lái)抵抗地下水的浮力，樁徑1000（擴(kuò)大頭2000），以第4層強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)（灰）巖為樁端持力層，單樁抗拔承載力特征值Rat=1500kN。原設(shè)計(jì)抗拔樁的終孔要求與抗壓樁相同。我們經(jīng)過(guò)復(fù)算后發(fā)現(xiàn)H1最大值取6.6m就可滿足要求，而且純地下室的上部荷載不大，不考慮地下水作用時(shí)對(duì)應(yīng)的豎向抗壓承載力需求不大，僅考慮擴(kuò)大頭端阻力已有很大的富裕。因此優(yōu)化設(shè)計(jì)中抗拔樁H1最大值取6.6m，同樣按上覆巖土層qsik的比例折減H1最大值，

13、有效樁長(zhǎng)控制在6.6m14.7m之間。4.3樁身配筋的優(yōu)化4.3.1 豎向抗壓樁在地質(zhì)條件相對(duì)較差的24#棟，豎向抗壓樁采用比原設(shè)計(jì)更大的縱筋配筋率予以適當(dāng)加強(qiáng)，縱筋等截面通長(zhǎng)配置。在地質(zhì)條件相對(duì)較好的23#棟，在滿足規(guī)范構(gòu)造要求的前提下，豎向抗壓樁縱筋比原設(shè)計(jì)略有減少，長(zhǎng)短筋間隔通長(zhǎng)配置。4.3.2抗拔樁驗(yàn)算樁身承載力時(shí)，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)抗拔樁配筋不足。經(jīng)分析估計(jì)是原設(shè)計(jì)沒(méi)有將單樁抗拔承載力特征值Rat乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)轉(zhuǎn)換成荷載設(shè)計(jì)值所致，因此對(duì)抗拔樁的配筋作必要的加強(qiáng)，并按規(guī)范1要求驗(yàn)算其裂縫寬度。通過(guò)提高樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)至C35、采用細(xì)而密的縱向鋼筋等措施，使樁身最大裂縫寬度滿足了規(guī)范1限值

14、要求（lim=0.3mm）。5、施工問(wèn)題的處理人工挖孔灌注樁的施工安全需引起高度重視，在設(shè)計(jì)文件中強(qiáng)調(diào)了“跳挖”等施工安全措施。先前現(xiàn)場(chǎng)試挖的2根1000樁，既沒(méi)有做擴(kuò)大頭也沒(méi)有澆注樁身混凝土，開挖后放置已有一年時(shí)間。鑒于該2根樁持力層長(zhǎng)期泡水，故要求繼續(xù)開挖、直至穿越受泡水變軟的影響范圍后方可做擴(kuò)大頭，并要求繼續(xù)開挖該2根樁前，檢查和修補(bǔ)破損的護(hù)壁，必要時(shí)加鋼護(hù)筒。6、結(jié)論通過(guò)基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)，既減少了人工挖孔灌注樁施工難度又降低了造價(jià)，使本工程恢復(fù)正常施工，基礎(chǔ)施工已順利完成并通過(guò)驗(yàn)收，目前正在施工上部結(jié)構(gòu)。為了監(jiān)測(cè)樁基變形的進(jìn)展情況，共設(shè)置了31個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，由于工程正在施工，沉降觀測(cè)將持續(xù)進(jìn)行?？偨Y(jié)本工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以供類似工程參考：（1）巖土工程勘察報(bào)告應(yīng)準(zhǔn)確反映工程場(chǎng)地實(shí)際情況，這是成功開展工程建設(shè)的前提。由于詳勘報(bào)告資料不準(zhǔn)，本工程建設(shè)單位在工期和資金方面蒙受較大損失，如在詳細(xì)勘察階段適當(dāng)加大在勘察費(fèi)用和時(shí)間方面的投入，就有可能避免相關(guān)損失；（2）仔細(xì)研讀、正確使用巖土勘察報(bào)告（包括基樁靜載試驗(yàn)報(bào)告的參數(shù)），是結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該具備的基本素質(zhì)，文獻(xiàn)9歸納總結(jié)了相關(guān)的步驟和方法，可供讀者參考；