某重型廠房樁基設(shè)計(jì)

田甜

【摘 要】某重型廠房，樁形式為人工挖孔灌注樁。因場地地質(zhì)條件復(fù)雜，本工程樁基設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)和施工過程中經(jīng)過多次調(diào)整。本文介紹了本工程樁基設(shè)計(jì)方案的調(diào)整過程。

【關(guān)鍵詞】重型廠房；人工挖孔灌注樁；樁基方案設(shè)計(jì)；調(diào)整

文章編號：ISSN1006—656X（2013）09 -0192-02

一、工程概況

本工程的廠房的主要跨度為30m，主要柱距為12m，主要吊車噸位為32/5t、50/10t 、80/20t、100/20t、125/32t、160/40t等，吊車工作制為A5、A6和A7等。主體結(jié)構(gòu)采用格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)柱，屋面結(jié)構(gòu)采用梯形鋼屋架加鋼筋混凝土大型屋面板。

二、場地工程地質(zhì)概況

本工程所在地的抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.30g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。根據(jù)本工程的巖土工程勘察報(bào)告，擬建場地地處楊林?jǐn)嘞菖璧匚髂喜窟吘?，沖、湖積盆地地帶，地基土構(gòu)成成分復(fù)雜，不同地段巖性相變較大，薄夾層、透鏡體等出現(xiàn)較多，在部分地段由于侵蝕作用及沉積環(huán)境的變化，有的地段地層出現(xiàn)由厚變薄或缺失的現(xiàn)象，使場地地基土空間分布上成因、巖性、狀態(tài)或密實(shí)度存在一定不均勻性，各土層厚薄不均勻，致使地基土的工程力學(xué)性質(zhì)在水平向和豎向上不均勻。根據(jù)工程荷載和地基土條件并結(jié)合工程所在地的施工習(xí)慣，本工程廠房排架柱采用柱下樁基承臺基礎(chǔ)，樁形式為人工挖孔灌注樁。由于地基的不均勻性，本廠房位于露天跨南北兩側(cè)廠房柱的承臺樁因樁端持力層不同分為端承摩擦樁和摩擦端承樁，端承摩擦樁的樁端持力層為第○6層粘土，稍濕、硬塑狀態(tài)，干強(qiáng)度及韌性中等，土質(zhì)均勻性一般，具有中等壓縮性，部分地段砂粒含量較高，漸變?yōu)榉圪|(zhì)粘土，層厚0.5～20.2m，樁端阻力特征值qpk=2000kpa； 摩擦端承樁為嵌巖樁，樁端持力層第○9層和其夾層第○91層中風(fēng)化灰?guī)r層，中風(fēng)化狀，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖石的堅(jiān)硬程度等級為較硬巖，巖面層起伏大，不規(guī)則，巖石表面可能發(fā)育有溶溝、溶槽，巖石內(nèi)部巖溶較發(fā)育。樁端阻力特征值分別為qpk=11000kpa和qpk=7000kpa。

三、工程樁基方案的選擇

人工挖孔樁以其受力性能好、施工簡便快捷、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。人工挖孔樁基，具有承載力高、無振動、不污染、無噪聲、無擾動土、能與現(xiàn)有建筑物貼近施工、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，人工挖孔樁與其他深基礎(chǔ)尤其是預(yù)制樁相比，主要有以下特點(diǎn)1.受力性能好，由于挖孔樁直徑大，所以單樁承載力高。其抗震性能好，沉降量小，能防止不均勻沉降。挖孔樁一般直徑為0.8～2.4米，可承幾千千牛至幾萬千牛的力，適用于上部傳來的荷載大而集中的結(jié)構(gòu)。由于其嵌入巖層一定深度，所以能承受較大的水平荷載，擴(kuò)底挖孔樁還可抵抗很大的上拔力。本工程屬重型廠房，廠房排架柱單柱柱底反力在5000～10000kN范圍內(nèi)，某些工況組合下基樁還承受一定的上拔荷載；本工程所在場地的抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.30g ，屬高地震設(shè)防烈度區(qū)，所有基樁均為嵌巖樁。2 施工方便，造價(jià)低。根據(jù)本工程的巖土工程勘察報(bào)告，樁基持力層有一定傾斜時(shí)，若采用預(yù)制樁會長短不齊，大量截樁、接樁，挖孔樁則無上述問題；施工僅需輕型工具，不需大型施工機(jī)械，適于人工費(fèi)較低的地區(qū)；各樁可分別同時(shí)施工，施工速度較快；預(yù)制樁打樁時(shí)會造成相近的樁側(cè)移或向上浮起，挖孔樁則無此問題，且無噪聲污染；挖孔樁成孔大，容易檢查樁底持力層情況及側(cè)面土質(zhì)情況，并易于混凝土澆注、振搗；在密實(shí)的砂層及卵石層或有孤石的地基中，打預(yù)制樁十分困難，而挖孔樁則易于施工。綜上所述，本工程樁基方案采用人工挖孔灌注樁。

四、工程樁基設(shè)計(jì)概況

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）及相關(guān)規(guī)范的要求，樁基設(shè)計(jì)等級為丙級，樁基安全等級為二級。人工挖孔灌注樁的樁徑采用d=800，樁身混凝土強(qiáng)度等級為C30，設(shè)計(jì)的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=5000kN，單樁豎向承載力特征值Ra=2500kN。

五、樁基施工過程中的設(shè)計(jì)方案調(diào)整

由于本場地各土層的厚度、埋藏條件及力學(xué)性能等方面的差異所導(dǎo)致的地基土的工程力學(xué)性質(zhì)存在不均勻性。尤其是巖層內(nèi)存在未被揭露的溶洞、溶槽等影響樁的設(shè)計(jì)和施工的不良地質(zhì)現(xiàn)象。在樁基施工過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)人員的建議，地質(zhì)勘查部門根據(jù)樁基的平面布置圖，對所有設(shè)計(jì)嵌巖樁進(jìn)行了一樁一孔的補(bǔ)充勘察，設(shè)計(jì)人員根據(jù)補(bǔ)充勘察的結(jié)果對部分嵌巖樁的設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整；另外在對設(shè)計(jì)的非嵌巖摩擦樁的施工過程中，由于樁側(cè)土層分布及土層厚度的變化，對部分摩擦樁的設(shè)計(jì)也進(jìn)行了調(diào)整。樁基方案設(shè)計(jì)的調(diào)整可以歸納為以下幾類。

（一）樁端持力層埋深太淺，樁基承臺改為獨(dú)立基礎(chǔ)。

位于廠房北側(cè)兩跨的部分柱下的承臺樁，根據(jù)一樁一孔的補(bǔ)充勘察結(jié)果，同一承臺下的所用樁下的巖層埋深都在不大于7m。樁的長度或有效長度小于6m的樁稱其為墩，墩設(shè)計(jì)時(shí)是按深基礎(chǔ)計(jì)算。為減少樁的人工開挖量，降低施工難度，將以上樁基承臺改為以巖層為持力層的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。

（二）為避免不良地質(zhì)影響而改變基樁形式。

根據(jù)補(bǔ)充勘察結(jié)果，存在部分樁的樁端距離溶洞、溶槽等不良地質(zhì)現(xiàn)象不足3倍樁徑的情況。該種樁的處理結(jié)果有兩種：1. 當(dāng)樁下溶洞、溶槽等不良地質(zhì)現(xiàn)象的厚度范圍不大（不超過2m），改用樁徑d=400mm的鉆孔灌注樁施工，鉆孔灌注樁按嵌巖樁設(shè)計(jì)，樁端進(jìn)入溶洞、溶槽下的穩(wěn)定巖層0.5m。若單樁豎向承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，則改變承臺形式，增加承臺下的樁數(shù)。2. 當(dāng)樁下溶洞、溶槽等不良地質(zhì)現(xiàn)象的厚度范圍較大（超過2m），改用樁徑d=400mm的鉆孔灌注樁施工，鉆孔灌注樁按摩擦端承樁設(shè)計(jì)，樁端落于距溶洞、溶槽頂超過3倍樁徑的土層中，若單樁豎向承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，則改變承臺形式，增加承臺下的樁數(shù)。

（三）改變承臺下的樁的位置和承臺形式。

根據(jù)補(bǔ)充勘察結(jié)果，存在同一樁基承臺下的個(gè)別樁持力巖層埋深較淺，而其余樁持力巖層埋深正常的情況。對此種情況，采取改變承臺下樁的布置，將持力巖層埋深較淺的樁取消，在相鄰位置補(bǔ)樁的措施；甚至增加樁數(shù)，改變承臺形式。

（四）非嵌巖摩擦樁改為嵌巖樁。

根據(jù)補(bǔ)充勘察結(jié)果，部分原設(shè)計(jì)為非嵌巖摩擦樁的基樁下地層與巖土工程詳細(xì)勘察結(jié)果有較大變化。如某些在樁長設(shè)計(jì)范圍存在較為穩(wěn)定的巖層，該種基樁均該為嵌巖樁；某些在樁長設(shè)計(jì)范圍內(nèi)或樁端下小于3倍樁徑范圍內(nèi)存在范圍較大的溶洞、溶槽等不良地質(zhì)現(xiàn)象，該種情況下，將基樁改用樁徑d=400mm的鉆孔灌注樁施工，鉆孔灌注樁按摩擦端承設(shè)計(jì)，樁端落于距溶洞、溶槽頂超過3倍樁徑的土層中，若單樁豎向承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，則改變承臺形式，增加承臺下的樁數(shù)。

（五）為安全生產(chǎn)而改變基樁形式。

雖然人工挖孔樁具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在施工過程中必須注意流砂所帶來的安全問題。所謂流砂、流泥是粉土、粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)土，甚至粗砂為主的地質(zhì)體在動水壓力作用下經(jīng)擾動而產(chǎn)生的現(xiàn)象，動水壓力和擾動是土、砂體發(fā)生移動的作用力，所以要防止出現(xiàn)大量流砂、流泥現(xiàn)象，一是要減小動水壓力，降水井降水是用機(jī)械方法成井，分布在場地四周，預(yù)先抽排形成降水漏斗，截?cái)鄨龅赝鈬牡叵滤a(bǔ)給，同時(shí)降低場地內(nèi)地下水位；群井施工分流是指在成孔階段分片集中施工，保持各相鄰孔掘進(jìn)深度大致相當(dāng)，群井抽水，減少單樁井的涌水量，從而減小動水壓力，實(shí)踐證明這是簡單易行而又效果顯著的施工方法.二是要減少對土體的擾動，正常地層下施工，每次可掘進(jìn)一米，然后裝模護(hù)壁，用鋼筋砼護(hù)壁即可，而在流砂層中，則每次只能掘進(jìn)半模或1/3模深度，防止大面積砂體位移。而且因流體能產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，應(yīng)加大護(hù)壁厚度，護(hù)壁視具體情況留泄水孔，砼攪拌時(shí)可加入適量的速凝劑以加快砼的早期強(qiáng)度，由于基底對護(hù)壁無支撐，為防垮模、掉模和變形，還需加大護(hù)壁配筋。

本工程場地地下水位分布不均勻，部分基樁位置處地下水位較高或樁端距溶洞、溶槽等不良地質(zhì)現(xiàn)象距離較小，易引發(fā)流砂、流泥而造成安全生產(chǎn)事故。雖然在現(xiàn)場在樁孔開挖施工時(shí)采取在預(yù)防流砂、流泥現(xiàn)象的措施，但由于本工程所設(shè)計(jì)基樁數(shù)量較多，同時(shí)開工作業(yè)量較大。為避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，對于易引發(fā)流砂、流泥的基樁均改為樁徑d=400mm的鉆孔灌注樁施工。

六、結(jié)語

本文所述內(nèi)容意在說明人工挖孔樁雖有受力性能好、施工簡便快捷、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。但在具體的工程實(shí)踐中，也要結(jié)合場地地質(zhì)和工程實(shí)際情況合理地選擇和調(diào)整樁基設(shè)計(jì)方案，滿足設(shè)計(jì)和施工的要求。