大直徑擴(kuò)底樁在洛陽(yáng)和順園高層建筑中的應(yīng)用

付金銳 代常友 李 省

(黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南洛陽(yáng) 471002)

0 引言

洛陽(yáng)和順園高層建筑位于洛陽(yáng)西部的澗西區(qū)，周山山前地帶，地貌上屬洛河Ⅱ級(jí)階地后緣。場(chǎng)地黃土層較厚，上部具有濕陷性，下部15 m左右見(jiàn)深厚卵石層。采用樁+筏基礎(chǔ)以卵石層作為基礎(chǔ)持力層是本地區(qū)通常的做法，其缺點(diǎn)是費(fèi)用偏高。鑒于洛河階地黃土—卵石二元結(jié)構(gòu)特征，采用大直徑擴(kuò)底樁基礎(chǔ)，擴(kuò)底樁擴(kuò)大頭直徑可達(dá)3.6 m，充分利用和發(fā)揮出卵石層地層穩(wěn)定、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁+筏板基礎(chǔ)相比經(jīng)濟(jì)上更趨合理，技術(shù)上具有明顯的先進(jìn)性。

1 工程概況

該工程主要由5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)和8號(hào)高層住宅樓組成，地上22層～26.5層，地下室1層，框剪結(jié)構(gòu)。

各建筑物基本情況見(jiàn)表1。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 地層結(jié)構(gòu)與工程性質(zhì)

場(chǎng)地為洛河Ⅱ級(jí)階地，上部為第四系黃土，厚度14 m～18 m，其下為第四系上更新統(tǒng)卵石層。

褐黃色。新近堆積，具濕陷性?？伤転橹?。壓縮模量5.4 MPa，承載力特征值100 kPa，屬高壓縮性土。層厚0.50 m～6.70 m，層底標(biāo)高150.01 m ～152.40 m。

褐灰～黑灰色。具濕陷性。垂直、斜交裂隙發(fā)育，可塑為主。壓縮模量11.3 MPa，承載力特征值150 kPa，中壓縮性土。層厚2.20 m ～4.10 m，層底標(biāo)高147.07 m ～148.54 m。

褐黃色?？紫遁^發(fā)育。局部具濕陷性?？伤堋菜?。壓縮模量9.1 MPa～17.7 MPa，承載力特征值 140 kPa～165 kPa，中 ～中偏低壓縮性土。層厚6.10 m～12.30 m，層底標(biāo)高137.27 m～140.56 m。

雜色。粒徑不小于20 mm的含量為53.3%～69.8%，級(jí)配不良。局部夾砂、圓礫透鏡體。濕～飽和，中密～密實(shí)。變形模量55 MPa，承載力特征值750 kPa，低壓縮性土。分布穩(wěn)定，最大揭露厚度13.40 m。

2.2 地下水

地下水屬孔隙潛水，賦存于④層卵石層中，地下水穩(wěn)定水位埋深21.20 m～24.34 m，地下水穩(wěn)定水位埋深相應(yīng)水位標(biāo)高131.41 m ～131.78 m。

根據(jù)洛陽(yáng)市區(qū)地下水多年觀測(cè)，其水位年變幅約為1.0 m～3.0 m。

3 大直徑擴(kuò)底樁的論證與評(píng)價(jià)

3.1 各建筑物結(jié)構(gòu)及荷載特點(diǎn)

1)5號(hào)樓:基底壓力為480 kPa，結(jié)構(gòu)型式為框剪，剪力墻線載為480×6=2 880 kN/m;

2)6號(hào)～8號(hào)樓:基底壓力均為395 kPa，結(jié)構(gòu)型式為框剪，剪力墻線載為395×6=2 370 kN/m。

3.2 樁基持力層與樁基設(shè)計(jì)參數(shù)的選定

場(chǎng)地為黃土—卵石二元結(jié)構(gòu)，上部黃土形成時(shí)代為新近、全新世和上更新世，強(qiáng)度變化大，標(biāo)貫4.6擊～20.1擊，壓縮模量5.4 MPa～17.7 MPa，承載力特征值 100 kPa ～165 kPa，整體強(qiáng)度偏低，變形大，而其下卵石層位穩(wěn)定，超重型動(dòng)探N120=22.8擊，變形模量55 MPa，橫波波速550 m/s，屬中密～密實(shí)狀態(tài)，強(qiáng)度高，變形小，為良好的基礎(chǔ)持力層。

根據(jù)各層土的形成時(shí)代、物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位測(cè)試，結(jié)合臨近工程類比，樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)建議值見(jiàn)表2。

表2 樁基側(cè)阻力特征值qsia和端阻力特征值qpa

3.3 大直徑擴(kuò)底樁單樁承載力估算與評(píng)價(jià)

根據(jù)GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，單樁承載力設(shè)計(jì)時(shí)可按下式估算:

當(dāng)采用大直徑樁時(shí):

其中，Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;up為樁身周長(zhǎng)，m;qsia為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa;li為第i層土樁身長(zhǎng)度，m;qpa為端阻力特征值，kPa;Ap為樁端橫截面積，m2;ψsi，ψp分別為大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)。

④層卵石為樁端持力層，地下水位在④層持力層層面以下5 m以上，可以采用人工或機(jī)械成孔大直徑擴(kuò)底樁基礎(chǔ)，施工應(yīng)采取必要的安全防護(hù)。

以5號(hào)、7號(hào)樓為例估算單樁豎向承載力特征值，估算邊界為:樁進(jìn)入④層卵石1d，擴(kuò)底端側(cè)面的斜率取1/3。估算結(jié)果見(jiàn)表3，表4。

表3 5號(hào)樓單樁豎向承載力特征值估算表

擴(kuò)底樁大頭之間的間距采用1.5 m，5號(hào)樓采用1 m進(jìn)行估算。剪力墻下樁基的驗(yàn)算如表5所示。

由表5可知，當(dāng)采用樁身直徑1.2 m，擴(kuò)底直徑為3.6 m時(shí)，5號(hào)、7號(hào)樓能夠滿足上部荷載要求，通過(guò)估算6號(hào)、8號(hào)樓在此樁徑條件下也能滿足要求。

表4 7號(hào)樓單樁豎向承載力特征值估算表

表5 剪力墻下樁基驗(yàn)算

5號(hào)～8號(hào)樓均為框剪結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)估算大直徑擴(kuò)底樁墻下可以布置，框架部分自然可以成立，設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)單柱實(shí)際荷載情況采用不同的擴(kuò)大頭直徑，實(shí)現(xiàn)一柱一樁的布置型式。

3.4 擴(kuò)底樁基礎(chǔ)沉降估算

對(duì)于擴(kuò)底樁基礎(chǔ)的沉降估算，計(jì)算采用公式:

其中，S為單樁沉降量，mm;D為擴(kuò)底端直徑，m;qb為樁底反力，kPa;E0為樁底壓縮層的變形模量，MPa;Iρ為沉降影響系數(shù)，取 0.65。

當(dāng)5號(hào)～8號(hào)樓采用樁徑1.2 m，擴(kuò)底直徑3.6 m時(shí)，樁底壓縮層的變形模量(MPa)沉降估算見(jiàn)表6。

表6 5號(hào)、7號(hào)樓沉降估算表

5號(hào)、7號(hào)樓最終沉降量和整體傾斜在允許變形范圍內(nèi)，經(jīng)估算5號(hào)、7號(hào)樓也符合要求。

4 結(jié)語(yǔ)

洛河Ⅱ級(jí)階地上的黃土—卵石二元結(jié)構(gòu)特征很典型，在黃土不太厚(≤20 m)和水位埋藏較深的條件下采用大直徑擴(kuò)底樁基礎(chǔ)是可行的。本工程為地上22層～26.5層、地下1層的框剪結(jié)構(gòu)的高層建筑，采用直徑1.2 m、擴(kuò)底直徑為3.6 m的擴(kuò)底樁即可滿足剪力墻的荷載和變形的要求，框架結(jié)構(gòu)部分可以根據(jù)單柱實(shí)際荷載情況采用不同的擴(kuò)大頭直徑，實(shí)現(xiàn)一柱一樁的布置型式。

由于大直徑擴(kuò)底樁充分發(fā)揮了下部卵石的高承載能力，投資較少，質(zhì)量可靠，具有非常廣的應(yīng)用前景。