高填土地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)探討

文/賴德彬　福建泉州勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司廈門分公司　福建廈門　361000

高填土地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)探討

文/賴德彬福建泉州勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司廈門分公司福建廈門361000

本文對(duì)某工程高填土地區(qū)的多種樁基選型進(jìn)行分析與比較，重點(diǎn)闡述負(fù)摩阻力的不利影響及消除措施，選擇承載性能好的擴(kuò)底嵌巖樁樁基方案，可為類似地基條件的工程提供參考。

高填土；負(fù)摩阻力；嵌巖樁

1、 工程概況

本工程為四川省某市社會(huì)福利院新建工程，場(chǎng)地毗鄰兩高速公路，交通便捷，總建筑面積3.3萬(wàn)m2。本工程共由六棟單體組成，最高層層數(shù)為6層，房屋高度最高為22.2m。本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為6度，抗震設(shè)防分類為乙類，場(chǎng)地類別Ⅲ類。50年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓W0=0.40kNm2；地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。建筑布置如圖1所示。

2、 樁基選型對(duì)比及確定

2.1場(chǎng)地地基條件

根據(jù)地勘報(bào)告，場(chǎng)地原始地貌類型屬于寬谷中丘區(qū)，現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了回填，地表覆蓋較厚的素填土層，地面標(biāo)高在322.79～345.50m之間，相對(duì)高差約為22.71m。結(jié)構(gòu)松散，系新近堆積，堆積時(shí)間約2年，整個(gè)場(chǎng)地均有分布，原場(chǎng)地為小山丘，故分布極為不均勻，層厚0.50～23.60m。下覆蓋巖層為砂巖和砂質(zhì)泥巖。砂質(zhì)泥巖為紫紅、紅棕色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)風(fēng)化帶巖芯破碎，裂隙發(fā)育，層厚0.7～6.2m，屬極軟巖，中風(fēng)化層巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD=45～65％，巖體較完整，為較軟巖。砂巖主要由石英、長(zhǎng)石、云母組成，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄～中厚層構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)。強(qiáng)風(fēng)化巖石裂隙發(fā)育，屬較軟巖；中風(fēng)化巖石巖體較完整，呈柱狀～長(zhǎng)柱狀，屬較硬巖。各土層的力學(xué)性質(zhì)及剖面圖如圖2、3所示。

同時(shí)通過(guò)結(jié)構(gòu)建模分析，3、4#樓最大柱跨達(dá)8.6m，底層單柱最大反力標(biāo)準(zhǔn)值為6000kN。

通過(guò)初步分析，該場(chǎng)地巖層起伏劇烈，坡度大于10％，場(chǎng)地內(nèi)均有不等厚度的欠固結(jié)的素填土，最厚處達(dá)20m，上部結(jié)構(gòu)傳遞荷載大，這些均為本工程樁基設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

2.2基礎(chǔ)選型

第一層素填土成份復(fù)雜，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，屬極不均勻的高壓縮性土，而框架結(jié)構(gòu)屬于對(duì)沉降敏感結(jié)構(gòu)，且下覆巖石層離上部結(jié)構(gòu)有較大深度，故不能選用淺基礎(chǔ)。中風(fēng)化的砂質(zhì)泥巖或砂巖分布穩(wěn)定連續(xù)，工程性質(zhì)好，力學(xué)強(qiáng)度高，可以作為上部結(jié)構(gòu)的樁基持力層。樁側(cè)土層主要為素填土以及強(qiáng)風(fēng)化砂巖或砂質(zhì)泥巖，素填土不能提供正向的摩阻力，而強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度分布不均，砂泥互層，局部孔位有缺失，故不能提供穩(wěn)定的側(cè)摩阻力。樁基設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按端承樁考慮。

按樁基施工工藝分，可分為預(yù)制樁和灌注樁。灌注樁又分挖沉管灌注樁、挖孔灌注樁和鉆（沖）孔灌注樁。預(yù)制樁具有制作方便、成樁速度快、樁身質(zhì)量易于控制且不存在泥漿排放問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是：施工有噪音、振動(dòng)、擠土、樁抗剪強(qiáng)度較差、不能嵌巖、垂直度難以控制。本工程單柱豎向荷載大，如果不能嵌巖則單樁豎向承載力偏小，單柱下需要布置多樁來(lái)承擔(dān)上部荷載，樁基經(jīng)濟(jì)性不好，且樁數(shù)過(guò)多帶來(lái)布樁困難，加大施工周期。中風(fēng)化巖層上覆有強(qiáng)風(fēng)化巖層，預(yù)制樁難以穿越到達(dá)中風(fēng)化巖層，施工會(huì)產(chǎn)生大量截樁，樁長(zhǎng)難以得到保證。灌注樁的優(yōu)點(diǎn)是省去了預(yù)制樁的制作、運(yùn)輸、吊裝和打入等工序，樁不承受這些過(guò)程中的彎折和錘擊應(yīng)力，從而節(jié)省了鋼材和造價(jià)。同時(shí)它更能適應(yīng)基巖起伏變化劇烈的地質(zhì)條件。其缺點(diǎn)是成樁過(guò)程安全是在地下“隱蔽”完成，施工過(guò)程中的許多環(huán)節(jié)把握不當(dāng)則會(huì)影響成樁質(zhì)量。人工挖孔樁質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可徹底清孔，孔底無(wú)沉渣，可直觀檢查持力層，單樁承載力較高，但場(chǎng)地內(nèi)填方區(qū)回填土較厚，回填的砂巖、砂質(zhì)泥巖碎塊雜亂，且回填過(guò)程中回填料未經(jīng)碾壓、夯實(shí)，在人工挖孔的過(guò)程中容易引起孔壁坍塌等，安全隱患大，工期不好保障。鉆孔灌注樁成樁不受場(chǎng)地限制，可晝夜施工，施工速度較快；場(chǎng)地離城鎮(zhèn)較遠(yuǎn)，施工中產(chǎn)生較的泥漿容易處理；機(jī)械施工，人員不用下到孔底，安全風(fēng)險(xiǎn)小；機(jī)械施工，提高勞動(dòng)效率，施工成本相對(duì)較低。

綜上所述，對(duì)上述三種樁基類型，從安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上、場(chǎng)地地層情況及成樁可能性方面考慮，采用鉆孔灌注樁為宜，樁端應(yīng)全斷面嵌入巖體中一倍樁徑以上。

2.3樁基負(fù)摩阻力原理及對(duì)策

本工程場(chǎng)地表層有3～20米不等的素填土，為高填方區(qū)。樁在穿越較厚松散填土、自重濕陷性黃土、欠固結(jié)土、液化土層進(jìn)入相對(duì)較硬土層時(shí)，當(dāng)樁周土層產(chǎn)生的沉降超過(guò)基樁的沉降時(shí)，應(yīng)計(jì)入樁側(cè)負(fù)摩阻力。可見(jiàn)，當(dāng)樁側(cè)土體產(chǎn)生相對(duì)樁身向下的變形時(shí)，樁側(cè)就會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力。Fellenius（1971）曾指出，地面的十分小的下沉就能使樁基中產(chǎn)生的負(fù)摩阻力達(dá)到樁側(cè)摩阻最大理論值的很大部分。需要注意的是，負(fù)摩阻力不是樁承載力的一部分，而成為施加在樁上的外荷載。在樁基設(shè)計(jì)中如未考慮此部分荷載，則會(huì)增大沉降，影響建筑物的安全。樁基的負(fù)摩阻力如圖4所示。

負(fù)摩阻力的計(jì)算是個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題，其大小受樁側(cè)和樁底土層的強(qiáng)度、土的壓縮性、樁的類型、時(shí)間效應(yīng)等諸多因素的影響，因此，一般只能采用簡(jiǎn)化計(jì)算。大量試驗(yàn)與工程實(shí)測(cè)結(jié)果表明，以負(fù)摩阻力有效應(yīng)力法計(jì)算較接近實(shí)際。某層的樁側(cè)負(fù)摩阻力等于負(fù)摩阻力系數(shù)與該層土的平均豎向有效應(yīng)力的乘積。即（式2）

目前，在工程上采取消減樁側(cè)負(fù)摩阻力的措施一般如下幾個(gè)方面：①端承樁法：使樁端支撐在巖層或堅(jiān)硬土層上，一般增大樁截面，如擴(kuò)底；②軟弱地基處理：在鉆孔灌注樁施工前，先對(duì)軟弱地基進(jìn)行預(yù)壓、夯實(shí)或灌漿加固，減少固結(jié)引起的沉降；③地基浸水法；④涂層法；⑤分段施工法；⑥套管法。跟本工程的實(shí)際情況，可以采用方法①和②結(jié)合使用。

2.4嵌巖樁計(jì)算與設(shè)計(jì)

中風(fēng)化砂巖及砂質(zhì)泥巖屬于完整、較完整的基巖，可以按嵌巖樁設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮大直徑樁的豎向抗壓承載力。嵌巖樁嵌巖部分的嵌固力是嵌巖樁的承載力高于端承樁的主要原因。嵌入基巖部分的樁與基巖的相互作用比較復(fù)雜，嵌巖段的側(cè)摩阻力（嵌固力）與底部的端阻力發(fā)揮的過(guò)程是不同的。實(shí)測(cè)資料表明，當(dāng)嵌巖深度為3倍樁徑時(shí)，樁的嵌固力與端阻力可以得到很好的配合，嵌固力占總承載力的60％以上，可以用最少的工程量獲得最佳的承載效果，因此稱為最佳嵌巖深度。同時(shí)也應(yīng)注意到，本工程上覆土層為軟弱土層，所能提供的摩阻力可以偏小，樁的長(zhǎng)徑比也較小，故樁的端阻力也發(fā)揮的舉足輕重的作用。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)對(duì)本工程深厚填土產(chǎn)生的負(fù)摩阻力的分析和擴(kuò)底嵌巖樁承載力的計(jì)算，表明必須考慮負(fù)摩阻力對(duì)樁基的不利影響，采用承載性能好的擴(kuò)底嵌巖樁除了可以抵消負(fù)摩阻力外，還能有足夠余量承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的豎向荷載。綜上所述，高填土地區(qū)的地基設(shè)計(jì)復(fù)雜程度要高于一般地質(zhì)條件的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。除設(shè)計(jì)外，在勘察、施工、檢測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)中均應(yīng)把控質(zhì)量、加強(qiáng)措施、提高要求，以保證基礎(chǔ)安全。

［1］JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］張雁，劉金波.樁基手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］林凡偉，祝紅山.樁基負(fù)摩阻力的設(shè)計(jì)探討［J］.科技資訊，2015，（05）：66.