混凝土大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計淺析

王應(yīng)麟

（靜寧縣建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理站，甘肅靜寧743400）

混凝土大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計淺析

王應(yīng)麟

（靜寧縣建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督管理站，甘肅靜寧743400）

地基主要受力層是高壓縮性土、軟弱土、不均勻土等不良地基土，為保證濕陷震陷土負(fù)摩阻力作用下地基基礎(chǔ)安全穩(wěn)定，減輕施工對周圍環(huán)境影響，場地經(jīng)濟技術(shù)條件許可上部荷載較大常選用砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，研究總結(jié)常用大直徑砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)型持力層要求，成樁工藝樁布置構(gòu)造耐久性規(guī)定，豎向承載力軟弱下臥層驗算方法，統(tǒng)一勘察深度原位測試施工質(zhì)量檢驗要點，對優(yōu)化設(shè)計保證樁基設(shè)計成果準(zhǔn)確可靠有積極作用。

混凝土；大直徑；鉆孔；擴底灌注樁；設(shè)計

0　引言

樁身直徑d≥0.8m的樁基為大直徑樁[1]，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在自重固結(jié)尚未完成的雜填土沖填土等高壓縮性土、濕陷性震陷性新黃土淤泥土等軟弱土、埋深較大的土洞古河道等不均勻土層，地基處埋深度常較大，在場地施工條件受到限制，地面下有埋深不是太大具有一定厚度、承載力高穩(wěn)定性好的密實性土層作可靠持力層，3層以上建筑常選用鋼筋混凝土大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，以保證建筑使用期間地基基礎(chǔ)安全可靠。

1　樁基選型成孔工藝持力層要求

1.1樁基選型

大直徑鉆孔灌注樁以端承型樁為主，為充分發(fā)揮樁端阻力較大優(yōu)勢，除持力層為硬質(zhì)以上巖石外一般采用擴底樁，樁長l＞5m[1]，l≤5m按淺基礎(chǔ)擴底墩設(shè)計。二者區(qū)別擴底墩地基反力取經(jīng)過深度修正的地基承載力設(shè)計值fa，而大直徑擴底樁反力取樁端阻力特征值qpa按深基礎(chǔ)設(shè)計。

1.2成孔工藝

為保障人身安全，除特殊情況并履行嚴(yán)格的審批程序采用人工挖孔樁外，大直徑灌注樁應(yīng)采用機械旋挖鉆孔工藝[2]，有地下水優(yōu)先用降低水位施工方法，保證施工期間最高水位低于樁底1m以上，嚴(yán)禁邊鉆孔邊抽水和抽出泥沙[1]。遇淤泥、流塑黃土、松散砂土縮徑坍塌涌砂難成孔時，應(yīng)采用厚度≥0.1m鋼筋砼護壁或厚δ≥4mm鋼護筒，砼護壁縱環(huán)向筋均在φ8@200以上，豎向連結(jié)采用焊接搭接；場地有持續(xù)水源補給水量較大，降水效果不明顯且可能引起周邊地面下陷等次生災(zāi)害時，采用泥漿護壁正反循環(huán)機械鉆孔工藝[2]，樁底留深≥0.3m沉渣槽，井口埋鋼護筒伸入粘性土≥1m砂土中≥1.5m，產(chǎn)生廢渣漿按綠色施工要求處理[1]。

1.3持力層要求

大直徑鉆孔灌注樁應(yīng)選擇液性指數(shù)IL≤0堅硬土層，標(biāo)貫試驗和動力觸探N、N63.5分別＞10和15密實的砂土碎石土，單軸飽和抗壓強度frk≥5MPa微風(fēng)化以上巖體[3]，厚度t≥2.5D（D擴大頭直徑）深度變化不大層位穩(wěn)定的堅硬密實土層作持力層[1]。樁端下存在與持力層壓縮模量之比Es2/Es1≤0.6的土層時，要求持力層厚t≥2.0D；不滿足應(yīng)進行軟弱下臥層計算[1]，樁端2.5D范圍雖有不均勻土層但Es2/Es1＞0.6，可不考慮土層差異對樁端土附加應(yīng)力的影響，不按軟弱下臥層對待[1]。

2　樁布置構(gòu)造耐久性要求

2.1布置構(gòu)造

大直徑鉆孔灌注樁中心距S≥1.5D，擴大端凈距Sn≥0.5m，端徑比D/d≤3擴大端矢高hc≥0.3D、側(cè)面寬高比b/ha（ha擴大段斜高）碎石土微風(fēng)化以上巖石、堅硬土、砂土分別≤2?、3?和4?，樁端進入持力層深度堅硬土微風(fēng)化巖石≥ha和d，碎石土硬質(zhì)以上巖石≥0.5ha和0.5m，同時樁端進入持力層深度≤0.3t[1]，樁形心與墻柱豎向合力點重合，除樁身截面積＞2倍柱截面一柱一樁和厚＞0.5m的筏板基礎(chǔ)外，一般樁頂設(shè)每邊超出樁身0.2m矩形承臺，承臺高≥0.5m和梁高50mm，承臺間設(shè)與承臺頂平的縱橫向拉梁，梁高≥柱中心距（1/10～1/15）L和0.4m，梁寬≥0.25m[1]。配筋按梁上荷載和樁頂最大豎向力設(shè)計值10%按拉彎組合構(gòu)件設(shè)計，地面下承臺樁身側(cè)隙灌素砼或3∶7灰土夯實壓實系≥0.94。

2.2樁配筋

樁身配筋計算確定，豎向最小配筋率≥0.3%，伸入擴大頭內(nèi)通長設(shè)置，沿周邊均勻布置，最小凈距≥60mm，最大凈距≤0.2m，箍筋φ8@200以上螺旋箍，d≥1.5m樁頂3d范圍d≤1.0m樁頂5d范圍，1m＜d＜1.5m樁頂4d范圍，箍筋間距加密至0.1m，位于陡坎坡岸邊和設(shè)防烈度≥8°以上地區(qū)樁用φ10@200以上箍筋；縱筋籠長＞4m每隔2m在縱筋內(nèi)設(shè)一道φ20加勁箍，加勁箍端頭雙面焊接搭接焊縫長≥0.1m與縱向鋼筋綁牢固，承臺配筋計算確定用φ12@200以上縱箍筋，樁頂嵌入承臺內(nèi)≥0.1m，縱筋錨入承臺內(nèi)長度≥35dg（dg縱筋直徑），拉梁縱筋錨入承臺和框柱縱筋錨入樁內(nèi)、墻縱筋錨入梁筏板內(nèi)長度≥LaE（LaE受力鋼筋抗震錨固長度），不滿足時采用符合抗震要求的錨固措施。

2.3耐久性要求

樁基位于水土環(huán)境中，應(yīng)按耐久性校核材料強度和鋼筋保護層厚度，當(dāng)樁身基礎(chǔ)梁位于微腐蝕以下水土和寒冷以上（Ⅱb）土中最低砼強度等級應(yīng)分別≥C30和Ca30[4]，受力鋼筋保護層厚C分別≥50mm和40mm，水泥用量≥300kg/m3，水膠比W/B≤0.50，抗?jié)B等級≥S6，最大骨料粒徑do≤50mm，樁身基礎(chǔ)梁處于弱腐蝕（Vc類）以上水土中，最低砼強度等級≥C35[4]；承臺基礎(chǔ)梁設(shè)≥0.1m厚C20砼墊層，表面用10mm厚聚合物砂漿連續(xù)抹面，鋼筋保護層厚C分別≥55mm和50mm，與土直接接觸樁身鋼筋保護層厚≥70mm，并增加砼保護層耐腐蝕裕量≥20mm，縱筋直徑d≥16mm，最大骨料粒徑do≤35mm，水泥用量≥320kg/m3，最大水膠比W/B≤0.45，抗?jié)B等級≥S8[5]。

3　樁基豎向承載力計算

1）單樁豎向承載力特征值Ra=πd∑liqsia+Apqpa（KN）[1]，式中d樁徑（m），li第i層土厚（m），qsia第i層土樁側(cè)阻力特征值（kPa），樁長l≤6m不計，在自重濕陷量△ZS≥50mm和堆載引起樁側(cè)土下沉場地，除不計樁正側(cè)阻力qsia=0，Ra=Apqpa外，尚應(yīng)扣除樁側(cè)濕陷土飽和狀態(tài)負(fù)摩阻力Qsg=πd∑ls qsng，式中l(wèi)s自重濕陷系數(shù)△zs≥0.15土層厚（m），qnsg樁側(cè)平均負(fù)摩阻力特征值（kPa），70≤△ZS≤200mm，qsng=10kPa，△zs＞200mm，qnsg=15KPa[6]，非自重濕陷場地甲類樁基qsia按土層厚計算飽和度平均值折減0.5~0.8計算[1]，AP樁底擴大端水平投影面積（m2），qpa勘察確定的樁端阻力特征值（kPa），抗震設(shè)防烈度≥8°場地，承臺下有厚度＞15m空隙比e≥0.95且含水率W≥20%的震陷土，樁基抗震計算應(yīng)計入震陷土產(chǎn)生的下拉荷載Qng，Qng=dqnskLs[7]，式中Ls震陷新黃土厚當(dāng)Ls＞20m取Ls=20m，qnsk震陷土樁側(cè)平均負(fù)摩阻力特征值，震陷量計算值50≤△k≤100mm，qnsk=12kPa，△k＞100mm，qnsk=15kPa[7]。

2）樁基豎向承載力：大直徑鉆孔灌柱樁一般不考慮承臺效應(yīng)，樁基豎向承載力特征值取單樁豎向承載力特征值，樁豎向承載力計算：①非濕陷震陷場地：震前Nk≤Ra，Nkmax≤1.2Ra，震后NEk≤1.25Ra，NEkmax≤1.5Ra，式中NkNkmax分別荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合樁頂平均豎向力和最大豎向力；NEk和NEkmax分別地震和荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合樁頂平均豎向力和最大豎向力；②濕陷非震陷場地：震前NK+Qsg≤Ra，Nkmax+Qsg≤1.2Ra，震后NEk+ Qsg≤1.25Ra，NEkmax+Qsg≤1.5Ra；③濕陷震陷場地：震前Nk+Qsg≤Ra，Nkmax+Qsg≤1.2Ra，震后NEk+Qng≤1.25Ra，NEkmax+Qng≤1.5Ra，位于抗震有利地段大直徑低承臺灌注樁，樁頂作用效應(yīng)可不孝慮地震作用，當(dāng)濕陷震陷影響樁基承載力計算不滿足要求，應(yīng)對場地濕陷震陷黃土在樁基施工前一同考慮采用擠密強夯等方法處理，處理濕陷同時消除震陷[7]；樁基豎向承載力計算濕陷震陷可不疊加計入，但樁基在濕陷震陷場地豎向承載力計算必須計入震前濕陷震后震陷下拉荷載Qsg和Qng，使樁基計算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3）軟弱下臥層驗算：大直徑鉆孔灌注樁端持力層厚2.0D范圍內(nèi)存在壓縮模量ES2與持力層壓縮模量ES1之比ES2/ES1≤0.6土層時，應(yīng)進行軟弱下臥層驗算，滿足δz+rm（l+t）≤faz要求，式中faz下臥層經(jīng)深度修正的（nb=0）地基承載力特征值（kPa），rm下臥層上土層厚加權(quán)平均重度（kN/m3，水下取浮重度），l樁長（m），t持力層厚（m），δz下臥層頂平均附加應(yīng)力特征值（kPa），

式中，V樁體積（m3），△r樁砼與土體重度差，△r= rG-rm，rG樁體砼重度（kN/m3）），qsia第i層土樁側(cè)阻力特征值（kPa），自重濕陷地面堆載產(chǎn)生下拉荷載qsia取負(fù)值，θ持力層壓力擴散角（°）。依ES2/ES1值和t大小按規(guī)范確定，t＜0.25D取θ=0°[1]，下臥層驗算不滿足要求，應(yīng)調(diào)整D值樁側(cè)土處理消除負(fù)摩阻力等方法使樁基下臥層驗算滿足要求。

4　勘察深度施工質(zhì)量要求

4.1勘察深度

大直徑灌注樁應(yīng)按設(shè)計樁位布置探孔，控制性探孔深≥持力層下3D，一般性探孔深≥持力層下2D，控制孔≥2?總探孔，每層土試樣≥6組，乙丙類樁持力層粉黏土用靜力觸探砂土用標(biāo)貫試驗，碎石土軟質(zhì)巖用動力觸探，硬質(zhì)巖用巖芯抗壓試驗，甲類樁用深層載荷試驗進行原位測試確定端側(cè)阻值和變形模量。報告內(nèi)容應(yīng)有最高地下水位，水量和空洞不均勻土層等不良地質(zhì)情況描述，場地土是濕陷性黃土震陷土應(yīng)有濕陷震陷量計算值及厚度反應(yīng)。一般深層載荷試驗取樁底沉降量10~15mm對應(yīng)荷載值為大直徑擴底鉆孔灌注樁承載力特征值。

4.2施工質(zhì)量要求

樁位、樁徑垂直度允許偏差分別在±100mm、±50mm和1%內(nèi)，樁底沉渣厚度≤50mm，成樁后逐孔檢驗持力層巖性深度和樁身垂直度，用傘形孔徑儀和沉渣厚度儀測量孔徑沉渣厚度，出具成孔質(zhì)量檢驗報告。樁端進入持力層深度由勘察設(shè)計施工監(jiān)理專業(yè)負(fù)責(zé)共同檢查確認(rèn)，沉渣厚＞50mm無法清孔用樁端后注漿加固。批量施工前應(yīng)進行試成孔，數(shù)量不少于2個，驗證設(shè)計持力層位置成樁條件，相鄰樁凈距＜2.5m，排樁凈距＜4.5m，應(yīng)間隔施工。最后一次沉渣檢測在灌砼前進行，水上砼用導(dǎo)管泵送管端距澆筑面＜2m連續(xù)澆灌，距樁頂5m每層灌注高度≤1.5m分層振搗密實，水下砼在第3次清孔換漿沉渣厚度檢測注漿后，立即用壁厚δ≥3mm直徑d≥250mm導(dǎo)管，在距孔底0.5m水下連續(xù)灌注，要求導(dǎo)管始終埋入砼≥2m，嚴(yán)禁導(dǎo)管撥出砼面和出現(xiàn)停灌事故，砼摻早強劑減水劑坍落度在180~220mm之間，中粗砂含砂率40%~50%，水泥用量≥360kg/m3。在初凝時間內(nèi)澆灌完成，按樁體積校核砼灌注量，超灌高度≥0.8m，保證樁頂砼質(zhì)量達到設(shè)計要求。

4.3質(zhì)量檢驗

大直徑灌注樁用低應(yīng)變法，100%檢測樁身完整性，用單樁靜載試驗檢測樁基承載力，數(shù)量不少于總數(shù)的1%和3根，出具成樁質(zhì)量檢驗報告，每根樁和50m3砼留一組同條件試件，鋼筋保護層偏差在10mm之內(nèi)，成孔完整性和承載力檢驗報告作為樁基驗收條件核查，樁底是遇空氣水崩解軟化的強風(fēng)化泥砂巖時，應(yīng)清除凈松軟巖體沉渣檢測隱蔽驗收后，立即用自密實砼封底連續(xù)灌注砼；保證持力層在堅硬的弱風(fēng)化巖層內(nèi)，單樁承載力檢測標(biāo)準(zhǔn)值Quk≥2Ra，樁頂允許沉降量[S]≤10mm。

5　結(jié)語

砼大直徑鉆孔灌注樁常用在不具備開挖處理條件的高壓縮性不均勻土場地，以機械成孔端承樁為主，持力層選用厚t≥2.5D密實堅硬土層，樁基豎向承載力計算應(yīng)計入樁側(cè)濕陷震陷土產(chǎn)生的下拉荷載，樁構(gòu)造應(yīng)滿足l＞5m，D/d≤3和S≥1.5D等規(guī)定，樁身砼鋼筋保護層厚根據(jù)環(huán)境條件按耐久性要求校核，勘察樁基端側(cè)阻力特征值根據(jù)樁類別用深層載荷試驗標(biāo)貫動探等原位測試方法確定，樁底2D范圍有Es2/Es1≤0.6土層，應(yīng)進行軟弱下臥層驗算，勘察探孔深≥3D，用低應(yīng)變法全數(shù)進行完整性，單樁靜載試驗進行承載力檢測，保證成樁質(zhì)量安全可靠。

［1］JGJ/T2525-2010，大直徑擴底灌注樁技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］住建部質(zhì)安司.建筑工程設(shè)計技術(shù)措施（2009地基與基礎(chǔ)）［M］.北京：中國計劃出版社，2010.

［3］GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］DB62/T25-3073-2013，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］GB50046-2008，工業(yè)建筑防腐蝕規(guī)范［S］.

［6］GB50025-2004，濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］.

［7］DB62/T25-3055-2011，建筑抗震設(shè)計規(guī)程［S］.

TU473.1+4

A

1673-1093（2015）10-0082-03

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.10.019

王應(yīng)麟（1965），男，甘肅靜寧人，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)土木工程專業(yè)，正高級工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程。

2015-05-25；

2015-06-12