樁基礎施工中地基土的影響因素分析及應用

◎ 核工業(yè)贛州工程勘察院 陳仁祥

前言

樁基礎除了在一般工民建中主要用于承受豎向抗壓荷載外，還用于港口、橋梁、近海鉆采平臺、高聳及高重建筑物、支擋結(jié)構(gòu)及抗震工程中，承受側(cè)向風力、波浪力、土壓力、地震力、車輛制動力等水平荷載及豎向抗拔荷載等。隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，人類充分利用空間的意識不斷增強，高層建筑愈來愈多，建筑物的結(jié)構(gòu)亦愈復雜，樁基礎應用也更加廣泛，因此加強樁基礎的施工管理、質(zhì)量監(jiān)控也愈重要。高樓萬丈始于基礎，現(xiàn)就樁基礎施工中地基土的影響因素及應用談一談看法與認識。

1、樁基礎分類

1.1 按使用功能可分為四類

（1）豎向抗壓樁：主要是承受豎向受壓荷載，根據(jù)荷載傳遞機理又可分為四類。

①摩擦樁：樁頂荷載主要由樁周側(cè)阻力承受，樁端阻力小到可忽略不計，樁長一般大于30米；

②端承摩擦樁：樁端阻力分擔荷載的比例較大，但不大于30%；

③摩擦端承樁：樁頂荷載主要由樁端阻力承擔，樁側(cè)阻力分擔荷 載的比例不超過50%；

④端承樁：樁頂荷載主要由端阻力承擔，樁周土側(cè)阻力小到可忽略不計，通常指嵌巖樁。

（2）豎向抗拔樁：主要受豎向上拔荷載的樁，如抗浮樁。

（3）水平受荷載：主要受水平荷載。

（4）復合受荷載：承受豎向、水平荷載均較大的樁。

1.2 按樁身材料分為四類

（1）混凝土樁：該類樁目前使用最為廣泛，又可分為預制混凝土樁（預制樁）和灌注混凝土樁（灌注樁）。最常見的有沉管灌注樁，鉆、沖孔灌注樁，人工挖灌注樁。

（2）鋼樁：由于造價太高，使用量很小，主要用于特殊的大型工程。

（3）木樁：目前工程中已經(jīng)淘汰。

（4）組合樁：指一根樁由兩種或兩種以上材料組成的樁，一般可根據(jù)地層條件為充分發(fā)揮材料特性而組合的樁。不常用。

1.3 根據(jù)成樁方法可分為三類

（1）打入樁：分為錘擊、振動兩種樁方式。

（2）灌注樁：有鉆、沖、挖三種形式。

（3）靜壓樁或叫壓入式：即采用無噪音機械壓入至設計標高形式的樁。

1.4 按對場地的效應（或根據(jù)成樁對土地的影響）分為三類

不同成樁方法對周圍土層的排擠和擾動性質(zhì)不同，將直接影響到樁的承載能力、成樁質(zhì)量及周圍環(huán)境。根據(jù)成樁對土層的影響可分為擠土樁、部分擠土樁、非擠土樁三類。

（1）擠土樁：在成樁過程中，造成大量擠土，使樁周圍土體受到嚴重擾動，土的工程性質(zhì)有很大改變的樁，這類樁主要有打入或靜壓成樁的實心樁和閉口預應力管樁、鋼管樁及沉管灌注樁等。擠土樁在成樁過程中因樁的擠土作用會引起場面隆起、土體側(cè)向移動，對周圍的影響很大，對灌注樁還可能會造成斷樁、縮徑等質(zhì)量事故，對于預應力管樁會造成如樁的側(cè)移、傾斜、上?。ㄉ咸В┑荣|(zhì)量事故。

（2）部分擠土樁：在成樁過程中引起部分擠土效應，樁周圍土受到一定程度的擾動，這類樁有H型鋼樁、開口預應力管樁、沖孔灌注樁、螺旋樁。

（3）非擠土樁：顧名思義，對周圍土體基本沒有擾動，這類樁有鉆孔樁、挖孔樁、灌注樁、預鉆孔植樁、旋挖灌注樁等。

1.5 按樁徑分三類

（1）大口徑樁：D≥800mm。

（2）中等口徑：250mm＜D＜800mm。

（3）小樁或微型樁：俗稱樹根樁：D≤250mm，長細比L／D值較小，因為其施工空間要求小，對原有建筑物基礎影響小，施工方便，可在任何土層中成樁，并能穿透原有基礎等特點，因此在地基托換、支護結(jié)構(gòu)、抗浮、多層住宅處理等工程得到廣泛使用。

2 樁基礎施工中來自場地巖土工程地質(zhì)條件的影響因素

一般來說，在基礎設計、施工中，場地工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，即地基條件是左右基礎形式、形狀、尺寸、支承方式、施工工藝、方法等的相當重要的條件，具有什么樣的地質(zhì)條件，即選用什么樣的基礎型式，選擇什么樣的施工方式、工藝、方法，那么到底受那些地質(zhì)條件的約束呢？針對樁基礎，可以歸納如下幾點：

2.1 持力層的強度、深度及特性

（1）持力層的強度：對于硬質(zhì)巖嵌巖樁，從目前國內(nèi)機具設備來看，沖擊鉆優(yōu)于旋轉(zhuǎn)鉆進。

（2）持力層的深度：過深，對于人工挖孔樁，就有很多不利因素，一是作業(yè)較困難，通風成本也較高，排水難度也大，人身安全性也較差；同樣持力層埋藏太深，也難以發(fā)揮預應力管樁的經(jīng)濟優(yōu)勢。

（3）持力層的特性方面：如有一些巖石風化物具浸水易軟化的特點，對于預應力管樁選型方面就應考慮此問題，一般宜選用閉口型。另外，在挖孔樁清底時，也要考慮受此影響。

2.2 地層結(jié)構(gòu)及特性

對樁基礎施工影響較大，甚至決定采用不同的樁型、成樁方式主要包括：

（1）有無卵、礫石層及其粒徑大小，如果土層中有粒徑大于100mm的卵石，那么成孔的效率就將降低，也較容易產(chǎn)生成樁事故，一般情況下，地質(zhì)勘察報告中的粒徑多半都是根據(jù)鉆探取樣收集的資料，然而，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，實際在土中的卵石粒徑為地質(zhì)報告中粒徑的三倍左右，因此施工中在分析判斷卵石粒徑時要考慮這一因素。

（2）持力層以上軟弱土層的情況，若有厚度較大的軟弱層，對采用沉管灌注樁、人工挖孔樁是極為不利的，必須采取有效的質(zhì)量保證措施。

（3）有無流砂層，或其它浸水易產(chǎn)生潛蝕流變的土層，若有對挖孔樁施工工藝極為不利的。

（4）持力層以上有無硬夾層，孤石分布，若有，對預應力管樁是很不利的，若廣泛分布，則根本不能采用預應力管樁。同時對鉆、沖孔灌注影響也較大，若不采取適當?shù)念A防措施，將容易造成樁孔傾斜。

2.3 地下水位及變化情況

對灌注樁的施工影響較大，如鉆、沖孔灌注樁護筒的埋設就與此有關，用反循環(huán)鉆孔法施工時，護筒的頂端高度必須超出最高水位2m以上。

2.4 有無滲流水或承壓水及其大小

若擬建場地有承壓水，采用灌注樁時，在施工過程中將會產(chǎn)生泥漿護壁困難，出現(xiàn)塌孔，從而造成鋼筋籠放不到底，柱底部形成很厚的泥夾層等眾多事故，特別是容易導致 樁身產(chǎn)生缺陷，當有高出地表2m左右水頭的承壓水，灌注樁就比較難于施工。如果有流動的地下水，就將嚴重影響到混凝土的澆注，特別當?shù)叵滤魉俅笥?m/min時，根本就不能澆注混凝土。

3 巖土工程勘察資料在預應力管樁、鉆、沖孔樁、人工挖孔樁施工中的指導作用

目前建筑工程中采用比較多的樁基礎類型有預應力管樁、鉆、沖孔灌注樁及人工挖孔，在這些樁基礎施工過程中，合理、準確的運用巖土工程勘察資料，對提高施工效率，減少成樁質(zhì)量事故，都將是十分有益的。

3.1 預應力管樁

3.1.1 適宜的地質(zhì)條件

預應力管樁宜用于樁端持力層為較厚的強風化巖或全風化巖、堅硬狀粘性土層，密實碎石、粗砂、粉土層。主要是這些土層管樁能進入一定深度，成為摩擦端承樁或端承摩樁，以充分發(fā)揮其強度高的特點，從而提高樁的承載力和經(jīng)濟效益。

3.1.2 不適宜的地質(zhì)條件

（1）持力層以上的土層中含有較多、又有一定埋深、難以清除的孤石或障礙物的場地。

（2）有不適宜作持力層，管樁又難以貫穿的堅硬夾層的場地。

（3）巖面埋藏淺，且傾斜大，上覆土層又松散的場地。

3.1.3 以持力層埋藏情況、巖土特征，合理選擇樁型、配制樁長

有些巖土層具有浸水易軟化的特點，如全、強風化花崗巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等。宜選用閉口型管樁，即使因考慮到擠土效應采用了開口型 ，亦應及時封堵，否則將弱化樁端土的承載力，根據(jù)持力層的深度，合理配制樁長，以免造成過多的截樁浪費，配制時可按預估樁長加長3m考慮。

3.1.4 根據(jù)擠土效應合理安排施工順序

一般遵循的原則：

（1）對于排樁應從中間往兩頭施工，或分段施工。

（2）群樁應從中央向四周施工。

（3）鄰近有建筑物時，應從鄰近建筑物一側(cè)向無建筑物一側(cè)施打。

（4）先打持力層埋深大的地段，再打埋藏淺的地段，

（5）對于淺基坑，應先打樁，后開挖基坑，這樣有利于基坑的安全。當然為避免截樁的浪費，可進行送樁。

3.1.5 正確確定收錘標準

根據(jù)廣東省標準《預應力混凝土樁基礎技術(shù)規(guī)程》(DBJ／T15-22-98)規(guī)定樁端持力層、最后貫入度、最后1米沉樁錘擊數(shù)三項主要指標，樁入土深度、總錘擊數(shù)，每米沉樁錘擊數(shù)均為選作參考指標。大量的實踐證明上述三個主要指標也是隨著不同的地質(zhì)條件而有所側(cè)重。

（1）強風化巖上面有較厚的堅硬狀殘積土或全風化巖，此時管樁并非一定要進入強風化巖，大致進入全風化巖及堅硬殘積土層7-8m，即可滿足承載力及變形要求，若非要打入強風化巖，此時，總錘擊數(shù)就有可能很高，將會導致樁的疲勞損傷，那么在這樣的地質(zhì)條件下，可采用最后1米錘擊數(shù)作為最主要收錘標準。

（2）有些擬建場強風化巖上覆土層較軟弱，管樁穿透上覆軟土層后，立即進入強風化巖，樁的貫入度會迅速變小，在這樣的地質(zhì)條件下，應采用最后1米沉樁錘擊數(shù)作為收錘的最主要指標，這樣才能確保樁進入持力層一定深度，以達到一是：由于擠土作用，可明顯的增加阻力效果；二是可以保證和提高管樁基礎的抗震性能。

（3）對于大面積群樁，先期施打的樁較容易進入持力層，但由于成樁的擠土效應，后打入的樁就有可能進入不了強風化巖，而只能打入全風化巖或堅硬狀殘積土層。若強行打至強風化巖，就有可能出現(xiàn)前面提到的會打裂或打斷樁，此時應以貫入度作為最主要的指標。

（4）部分擬建場地，局部強風化巖持力層很薄，樁端是直接至中風化巖面上，此時，打樁會明顯出現(xiàn)反彈，如果繼續(xù)施打，事必造成管樁打裂、打斷，因此，在這樣的地質(zhì)條件下，應結(jié)合地質(zhì)勘察報告，以持力層作為主要的收錘標準。

3.1.6 預鉆孔植樁

對于一些剝蝕殘丘地貌區(qū)，經(jīng)常會遇到強風化巖面起伏很大，同一擬建建筑物范圍內(nèi)，有的部位強風化巖埋藏淺，有的部位埋藏深，甚至有的部位直接為地坪面，這些部位的管樁可采用預鉆孔植樁施工方法，包括一些淺層的硬夾層亦可采用此方法。為防止擠土作用對周邊鄰近建筑物的影響，邊緣部位的樁同樣可采用此方法。

3.2 鉆、沖孔灌注樁

3.1.1 適宜的地質(zhì)條件

鉆、沖孔灌注樁適應性較強，幾乎能適應各種地質(zhì)條件，當存在有較高水頭值的承壓水或動水情況下，施工較為困難，若不采取其它防預措施，甚至無法施工。

3.2.2 持力層的確認

可以根據(jù)鉆進過程中排出的渣質(zhì)成分與勘察資料中所描述的巖土層成份加以對照，同時結(jié)合工程地質(zhì)剖面圖、柱狀圖、鉆進速度予以確認，較為可靠、準確。

3.2.3 選擇合適的施工機具、施工工藝和方法

（1）當土層中存在卵石層時，選用回轉(zhuǎn)鉆進較之為沖擊鉆進速度更快、效率更高、更具經(jīng)濟性。

（2）當土層中存在卵石層和其它硬層時，宜選用反循環(huán)鉆進，(粒徑應小于鉆管直徑)、沖擊鉆進。當夾有較大的塊石、漂石、孤石時，還可同時采用錘式抓頭，效果更好。對于特別難以鉆進的巨大孤石，還可輔以水下爆破的方法，予以炸裂，這樣可大大加快沖進、鉆進速度。

（3）當嵌巖深度較大時，特別是硬質(zhì)巖，從目前國內(nèi)施工的機具來看，還是選用沖擊鉆進更經(jīng)濟。

（4）多種方法并用，在沿海一些地區(qū)，填方時，往往都填有大量的塊石，此時采用沖擊鉆進時，漏漿現(xiàn)象十分嚴重，以至于無法施工，在這樣的地質(zhì)條件下，可先采用人工挖孔，便于實施爆破作業(yè)，然后再采用沖孔樁，不僅可以提高效率，還可大大降低成本，具有可觀的經(jīng)濟效益，如福建省漳州電廠樁基礎施工中，采用該方法，就獲得了十分成功的效果。

3.2.4 水下灌注

尤其在基坑中進行鉆孔灌注樁當中，進行混凝土灌注時，應當降低基坑排水量，以免產(chǎn)生動水影響灌注質(zhì)量，產(chǎn)生樁身缺陷。

3.2.5 護筒埋設

采用反循環(huán)施工工藝成孔時，必須注意要做到護筒埋設時，護筒頂一定要高出水位2m以上，否則將會導致孔內(nèi)事故。在粘性土中埋設深度不宜小于1.0m，砂土中不宜小于1.5m。受水位漲落影響或水下施工時，護筒應加深，必須打入不透水層。

3.3 人工挖孔樁

3.3.1 適宜的地質(zhì)條件

①持力層埋藏較淺；②持力層以上無流砂，易產(chǎn)生觸變、流變的軟弱土，或無遇水易產(chǎn)生潛蝕、流變的含砂量較高的粘性土、粉土，如有上述地層，則不易護壁；③場地地下水缺乏或較貧。若地下水豐富，則排水困難，而且大量排水容易造成周邊建筑物，特別是周邊建筑物天然淺基礎。

3.3.2 護壁

局部遇有厚度不大（小于1.5m）的流動性軟土（淤泥）和出現(xiàn)上述講的會涌土、涌砂的地層時，護壁應采?。?/p>

①減少每節(jié)護壁的高度至0.3－0.5m；

②采用鋼護筒；

③采用有效的降水措施，在周圍設置降水井；

④采用靜壓注漿或高壓旋噴的方法加固這些土體。

3.3.3 合理選擇灌注方式

當挖孔樁混凝土灌注時，一般都是通過溜槽或串筒，采用干作業(yè)方式進行，當滲水量過大時，特別見有股狀、束狀涌水點時，應是待地下水恢復到基本接近靜止地下水位時，再以水下灌注的方式進行混凝土灌注，否則將會由于動水的影響，導致灌注質(zhì)量事故，產(chǎn)生柱身缺陷。在以往的施工中，由于這一因素常被大家忽視，造成樁身缺陷的嚴重質(zhì)量事故，可以說是屢見不鮮。

4 結(jié)束語

從以上介紹的內(nèi)容可以看出，巖土工程勘察資料不僅可以為設計提供相關的地質(zhì)資料、參數(shù)數(shù)據(jù)，同時對施工同樣也是具有很現(xiàn)實的指導作用。巖土工程勘察報告是工程建議中一項十分重要的基礎性成果，因此認真做好工程建設前的場地巖土工程地質(zhì)勘察工作，提供一份真實、可靠、高質(zhì)施工前，仔細閱讀，認真分析報告中的有關內(nèi)容。對施工中將會出現(xiàn)的問題，制定相應的預防措施，是能夠作出前瞻性的預估，有備無患，若能有這樣的共識，就是本文的目的所在。