對(duì)高層建筑采用不同持力層的分析

黃經(jīng)安

(福建華東巖土工程有限公司 福建福州 350003)

對(duì)高層建筑采用不同持力層的分析

黃經(jīng)安

(福建華東巖土工程有限公司 福建福州 350003)

本文根據(jù)國(guó)家和地區(qū)規(guī)范、規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，對(duì)福建省腫瘤醫(yī)院診療中心大樓(26層，高99.9m)沖孔灌注樁持力層選用合理性進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，采用不同風(fēng)化巖層作為樁端持力層，在不同樁長(zhǎng)的條件下，其單樁豎向極限承載力相近的結(jié)論，并經(jīng)過(guò)沉降驗(yàn)算，沉降量滿足規(guī)范要求。

沖孔灌注樁；持力層；樁側(cè)、樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；單樁豎向極限承載力；沉降預(yù)測(cè)

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1 工程概況

福建省腫瘤醫(yī)院診療中心大樓總建筑面積77177.1m2，為26層，高99.9m，地面整平標(biāo)高為7.25m，設(shè)計(jì)擬采用直徑為1.2m的沖孔灌注樁，樁身采用C35混凝土，要求單樁豎向承載力特征值為7200KN。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖厚度1.1～32m，頂板標(biāo)高為-52.02～-25.88m；中風(fēng)化花崗巖頂板標(biāo)高-75.07～-37.90m。該工程樁端持力層若采用中風(fēng)化基巖，進(jìn)入持力層深度1.0m，則沖孔樁樁長(zhǎng)為46.15～83.32m，且需穿過(guò)厚度達(dá)32m的碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖，施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)成孔困難，沉渣難以控制等問(wèn)題。鑒于此，結(jié)合場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，建議工程最優(yōu)方案采用中風(fēng)化基巖與碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖相結(jié)合作為樁端持力層，但兩者之間樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值和樁基總沉降量存在差異較大關(guān)系，本文通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行論述和分析建議方案的合理性。

2 沖孔灌注樁的定義

沖孔灌注樁豎向承載力主要是靠樁側(cè)摩擦阻力和樁端阻力組成，且隨著樁的入土深度的增加，樁身的軸力逐漸減少，因此在一定范圍內(nèi)樁身有效長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)提高樁基承載力有明顯的作用。樁基設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：①作用于樁上的荷載應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)組合，進(jìn)行單樁承載力驗(yàn)算；②單樁承載力特征值的確定：地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲、乙級(jí)的沖孔樁，單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過(guò)單樁豎向靜載試驗(yàn)確定。并通過(guò)測(cè)試結(jié)果建立極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值與土層物理指標(biāo)、巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度以及與靜力觸探等土的原位測(cè)試指標(biāo)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，以經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁豎向極限承載力。③樁身混凝土強(qiáng)度應(yīng)滿足樁的承載力設(shè)計(jì)要求。④樁基沉降不得超過(guò)建筑物的沉降允許值。⑤施工時(shí)孔底沉渣厚度不應(yīng)大于50mm。

3 碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖樁基設(shè)計(jì)參數(shù)取值

本工程取碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖進(jìn)行點(diǎn)荷載試驗(yàn)，對(duì)中風(fēng)化巖進(jìn)行飽和抗壓試驗(yàn)。其試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)(表1)：

表1 巖石室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)理統(tǒng)計(jì)表

從(表1)統(tǒng)計(jì)結(jié)果并根據(jù)國(guó)標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)(2009年版)中巖石堅(jiān)硬程度分類(lèi)，碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖屬于軟巖，中風(fēng)化巖屬于較硬巖；本工程中風(fēng)化花崗巖的RQD介于25.6～55.9%之間，根據(jù)國(guó)標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)(2009年版)，場(chǎng)地巖石工程性質(zhì)分類(lèi)屬差類(lèi)。

根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JG J94-2008)對(duì)于嵌巖樁，在巖體完整、較完整情況下，樁端阻力采用“抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”和“綜合系數(shù)ζr”確定。本場(chǎng)地巖石工程性質(zhì)分類(lèi)屬差類(lèi)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整程度為破碎～較破碎，因此不宜采用“抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”和“綜合系數(shù)ζr”確定樁端阻力，應(yīng)采用“查表法”確定。

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家和地區(qū)規(guī)范，對(duì)樁側(cè)、樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值存在一些差異，在福建省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》(DBJ13-07-2006)按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；在國(guó)標(biāo)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JG J94-2008)，樁側(cè)阻力無(wú)規(guī)定，樁端阻力按照飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)由公式計(jì)算得出；在行標(biāo)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)范》(JG J72-2004)中按照飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)值查表經(jīng)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證后確定。

現(xiàn)根據(jù)不同現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值，樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsk(kpa)見(jiàn)(表2)，樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk(kPa)見(jiàn)(表3)。

表2 樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsk(kPa)

表3 樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk(kPa)

根據(jù)上述表格中不同規(guī)范對(duì)碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖及中風(fēng)化巖樁側(cè)阻力及樁端阻力對(duì)比，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)綜合分析后，沖孔灌注樁的樁基設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)主要以地區(qū)規(guī)范作為參考，取值如下(表4)：

表4 樁基設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

4 單樁豎向極限承載力分析

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JG J94-2008)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定大直徑樁單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，宜采用下式進(jìn)行估算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsiklsi+ψpqpkAP

式中ψsiψp—大直徑樁樁側(cè)阻力、端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)，ψsi=(0.8/d)m，ψp=(0.8/D)n

以樁徑為1.2m為例，選用碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖時(shí)樁端進(jìn)入持力層15.0m，中風(fēng)化巖時(shí)樁端進(jìn)入持力層1.2m進(jìn)行估算(注：本次估算值僅為樁端持力層段產(chǎn)生的極限豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值)，估算結(jié)果見(jiàn)(表5)：

表5 單樁極限豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值

從(表5)可知，樁端進(jìn)入碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖15.0m與進(jìn)入中風(fēng)化巖1.0m的單樁極限豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值基本相近。

5 樁基沉降分析

根據(jù)陸培炎教授硬質(zhì)巖石上的樁和軟質(zhì)巖石上的樁其破壞及變形的決定因素是不同的結(jié)論[1]，對(duì)于硬質(zhì)巖石，樁的強(qiáng)度取決于樁身混凝土的壓縮，樁的沉降主要取決于樁身的壓縮；對(duì)于軟質(zhì)巖石，樁的強(qiáng)度取決于巖基強(qiáng)度，樁的沉降取決于巖基變形和樁身壓縮。本工程中風(fēng)化巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rc≥30Mpa即為硬質(zhì)巖石，碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖由點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)值換算得出的抗壓強(qiáng)度R=11.0Mpa屬于軟質(zhì)巖石，在樁端阻力相同的情況下，會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降問(wèn)題，因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)采用對(duì)入巖深度的控制以消除樁基的不均勻沉降。同時(shí)應(yīng)注意檢測(cè)混凝土的質(zhì)量，并嚴(yán)格控制沉渣厚度。對(duì)于持力層采用碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖的樁，其樁底沉渣厚度難以控制，采用樁底高壓注漿的方法。

為分析樁端持力層在硬質(zhì)巖石中沉降主要取決于樁身的壓縮與軟質(zhì)巖石中沉降取決于巖基變形和樁身壓縮的可靠性，為設(shè)計(jì)計(jì)算樁基入巖深度的控制提供依據(jù)，選取6#和128#樁(樁基平面位置見(jiàn)(圖1)、地層示意見(jiàn)(圖2))進(jìn)行沉降理論預(yù)測(cè)和實(shí)際檢測(cè)結(jié)果對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)(表6)。

根據(jù)國(guó)標(biāo)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JG J94-2008)中規(guī)定，樁基最終沉降量可按下列公式計(jì)算：

表6 樁基沉降理論預(yù)測(cè)與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)表

圖1 福建腫瘤醫(yī)院診療中心大樓樁基平面圖

圖2 樁基地層示意圖

根據(jù)(表6)對(duì)比結(jié)果，6#樁和128#樁在試驗(yàn)荷載為7200KN時(shí)，預(yù)測(cè)沉降和實(shí)測(cè)沉降結(jié)果相差不大，在極限試驗(yàn)荷載14400KN下，實(shí)測(cè)沉降結(jié)果大于預(yù)測(cè)沉降，表明樁底有一定量的沉渣，但兩種樁型的預(yù)測(cè)值或?qū)崪y(cè)值在相同荷載條件下，總沉降量相近，且滿足規(guī)范要求。

綜上所述，本工程采用碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖與中風(fēng)化巖共同作為樁端持力層的方案是可行的，且碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖的入巖深度不宜小于15m，應(yīng)注意施工過(guò)程中的沉渣控制。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)用國(guó)標(biāo)、行標(biāo)及福建省省標(biāo)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖及中風(fēng)化巖極限樁側(cè)、端阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值，并根據(jù)樁基的沉降檢測(cè)結(jié)果，筆者認(rèn)為該工程采用碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖與中風(fēng)化巖相結(jié)合共同作為樁端持力層的建議是合適的，并對(duì)于碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化巖層所造成的沉渣過(guò)厚問(wèn)題，采取高壓注漿的方法。同時(shí)應(yīng)注意檢測(cè)混凝土的質(zhì)量。

[1]陸培炎科技著作及論文選集(硬質(zhì)與軟質(zhì)巖石上樁的性狀)[M].北京：科技出版社，2006.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50021-2001(2009年版)，巖土工程勘察規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]JGJ72-2004，高層建筑巖土工程勘察規(guī)范[S].

[6]DBJ13-07-2006，建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范[S].

Analysis of a high-rise building using different bearing layers

HUANGJing’an

(Fujian East China Geotechnical Engineering Co., Ltd, Fuzhou 350003)

In this paper，according to the national and regional rules and regulations，the Fujian provincial cancer Hospital medical building (26 floors，high 99.9m) calculated selection of bored pile bearing stratum of rationality. Through the results using different weathered rock stratum as the pile-tip bearing layers，in the conditions of different pile length，the pile vertical ultimate bearing capacity of the similar conclusions，and through the settlement calculation，settlement meet the requirements of specification.

Bored piles；Bearing layer； Piles and pile tip resistance value；The single pile vertical ultimate bearing capacity；Settlement prediction

黃經(jīng)安(1983.4- )，男，工程師。

2015-01-21

TU4

A

1004-6135(2015)04-0063-03