淺談大直徑剛性樁復合地基處理技術(shù)應用

李 勇, 李吉輝(五冶集團, 四川成都 610000)

淺談大直徑剛性樁復合地基處理技術(shù)應用

李 勇, 李吉輝
(五冶集團, 四川成都 610000)

在高層建筑中，常會碰到地基承載力不夠的情況，通常的方式采用不同的基礎(chǔ)形式如樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)或樁筏基礎(chǔ)來解決。文章就某工程使用大直徑剛性樁復合地基處理技術(shù)進行地基承載力提升的具體應用進行了分析，達到了較好的效果和經(jīng)濟效益。

大直徑；剛性樁；復合地基；承載力；褥墊層

1 工程概況

某高層住宅項目以社區(qū)商業(yè)服務(wù)保障性住房為主，由10棟32層高層構(gòu)成，1層地下室(±0.00以下5.4 m)。該項目位于成都市東三環(huán)路附近，規(guī)劃總建筑面積236 431.43 m2，其中地下建筑面積31 270.53 m2。

2 場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

該項目地勘報告顯示，場地內(nèi)主要土層由上而下分布。

(1)素填土：松散狀，稍濕，以黏性土夾卵石為主，含較多鐵錳質(zhì)小結(jié)核，局部地段為耕土，有機物及植物根須，堆積時間為1～3 a；該層層厚0.50～9.80 m，頂面高程518.93～532.62 m。

(2)黏土：硬塑，裂隙發(fā)育，隙間充填灰白色高嶺土等親水礦物，具膨脹土的典型特征，含少量褐色鐵錳質(zhì)和灰白色鈣質(zhì)結(jié)核，偶見卵礫石，無搖振反應，有光澤，干強度高，韌性高，該層上段以褐黃色為主，下段以褐紅色為主。該層場地大部分地段均有分布，厚度變化較大，層厚1.00～6.30 m，頂面埋深0.50～9.80 m，頂面高程517.93～529.65 m。

(3)含卵石粉質(zhì)黏土(細?；旌贤?：濕黏土，可塑，裂隙一般發(fā)育，卵石含量約15 %～25 %，卵石成分主要為花崗巖、石英巖、砂巖，強～中等風化。卵石粒徑多為2～8 cm，最大為15 cm。該層物理力學性質(zhì)變化較大，在場地內(nèi)均有分布；該層層厚2.50～10.10 m，頂面埋深1.70～12.70 m，頂面高程515.53～524.61 m。

(4)泥巖：以全風化、強風化與中風化等亞層泥巖為主，層狀構(gòu)造，含少量灰綠色砂質(zhì)條帶，偶見鈣質(zhì)結(jié)核。該層頂面埋深6.40～2 m，頂面高程510.83～518.95 m。

場地地下水類型分為上層滯水、孔隙潛水和基巖裂隙水。上層滯水分布于素填土、粉質(zhì)黏土層，水量較小，容易疏干。本場地基巖中存在孔隙裂隙水，水量較小，且微具承壓性。場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均微腐蝕性；場地土對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均微腐蝕性。

3 設(shè)計承載力要求

根據(jù)該項目設(shè)計計算上部結(jié)構(gòu)荷載，10棟高層設(shè)計要求承載力為600 kPa。

4 地基處理方式的選擇

根據(jù)地勘報告中各土層厚度及承載力情況，設(shè)計的基礎(chǔ)樁須進入中風化巖，樁長約為12 m，嵌巖深度約1.2～1.5 m。

施工單位結(jié)合項目的地質(zhì)情況根據(jù)以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)綜合分析后發(fā)現(xiàn)，原地勘土層承載力特征值有一定偏差，同時結(jié)合場地內(nèi)含卵石粘性土距基礎(chǔ)底約10.0 m，以往類似地基土承載力為200 kPa，中風化泥巖約1 100 kPa，確定有條件采用大直徑混凝土樁復合地基技術(shù)即混凝土樁與樁間土共同復合受力，滿足設(shè)計對地基承載力的要求，在技術(shù)較可行且經(jīng)濟節(jié)約，相對于樁基可較大地降低投資成本。

為了進一步核實原卵石黏性土層、中風化泥巖的承載力特征值，與業(yè)主、設(shè)計及地勘溝通后重新進行補勘，經(jīng)實驗驗證確定了卵石黏性土層、中風化泥巖特征值如表1所示。

表1 承載力特征值 kPa

通過補勘測得各項指標，確定采用大直徑剛性樁復合地基處理方案可行。

5 大直徑混凝土剛性樁復合地基設(shè)計

5.1 設(shè)計依據(jù)

主要有現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁復合地基技術(shù)規(guī)程、建筑地基處理技術(shù)規(guī)范、復合地基技術(shù)規(guī)范、建筑樁基技術(shù)規(guī)范、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范、成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范、建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范、地勘報告及補勘資料等。

5.2 布樁及設(shè)計參數(shù)

大直徑混凝土剛性樁按等邊三角形布置，設(shè)計時以最不利地質(zhì)條件為計算地層，根據(jù)基礎(chǔ)尺寸的不同情況進行布樁。設(shè)計的大直徑混凝土剛性樁樁徑1 000 mm，分區(qū)域設(shè)計樁長及樁間距。樁體成樁工藝采用干作業(yè)機械旋挖成孔。樁間土中的含卵石粉質(zhì)黏土、全風化泥巖承載力特征值，勘察資料取值分別為248 kPa、240 kPa，但結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗，本次計算取值為200 kPa、160 kPa。根據(jù)補勘資料，大直徑剛性樁復合地基樁端土地基承載力特征值、樁側(cè)摩阻力特征值見表1。而大直徑剛性樁計算采用的樁側(cè)阻力、樁端承載力極限值參數(shù)參考建筑樁基規(guī)范及經(jīng)驗取值。

大直徑剛性樁復合地基相關(guān)計算主要按《現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁復合地基技術(shù)規(guī)程》要求計算，用《復合地基技術(shù)規(guī)范》要求進行復核。

5.3 承載力及變形復核計算

5.3.1 承載力計算

根據(jù)《現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁復合地基技術(shù)規(guī)程》提供公式計算：

fspk=m(Ra/Ap)+β(1-m)fsk

(1)

m=d2/de2

(2)

Ra=Quk/K(K=2),Quk=UpΣli×qsik+ξpAp×qpk

(3)

Ra≤ΨcfcuAp

(4)

Esp= (fspk/fsk)·Es

(5)

式中: Ra為單樁豎向承載力特征值，可按式(3)、式(4)計算，取其較小值；fspk為復合地基承載力特征值(kPa)；fsk為處理后樁間地基土承載力特征值(kPa)，黏性土取210 kPa，含卵石黏性土200 kPa,全風化泥巖取160 kPa，強風化泥巖取250 kPa；d為樁徑,取d=1000 m；de為等效影響圓直徑(m)；Ap為樁的截面積(m2)，取0.785 m2；Up為樁周長(m)，取3.14 m；m為面積置換率，m=d2/de2；β為樁間天然地基土承載力折減系數(shù)，可根據(jù)試驗確定，取0.80；ξp為端阻力修正系數(shù)，與持力層厚度、土的性質(zhì)、樁長和樁徑等因素有關(guān)，可取0.65～0.90，樁端土為高壓縮性土時取低值，低壓縮性土時取高值，本工程取0.65；fcu為混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值(kPa)，按現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定取值；Ψc為樁工作條件系數(shù)，取0.6～0.8；li為樁周第i層土的厚度(m)；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值(kPa)；qpk為極限端阻力標準值(kPa)；Es為樁間土壓縮模量(MPa)。

5.3.2 變形復核驗算

根據(jù)《現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁復合地基技術(shù)規(guī)程》提供公式計算：

s=s1+s2

(6)

(7)

ξ= fspk/fak

(8)

-Es=ΣAi/Σ(Ai/ξEsi)

(9)

5.3.3 設(shè)計計算結(jié)果

根據(jù)以上公式及規(guī)范要求進行相關(guān)計算與復核，其結(jié)果(復合地基承載力、設(shè)計單樁承載力、壓縮模量等)見表2。處理后壓縮模量及初步計算的最終沉降量，復合地基的承載力及變形均滿足規(guī)范要求。

表2 設(shè)計計算結(jié)果

根據(jù)混凝土設(shè)計規(guī)程,選用C20混凝土即可滿足要求。

5.4 褥墊層設(shè)計

根據(jù)規(guī)范要求，為使樁土更好一起分擔上部結(jié)構(gòu)的壓力，消除應力集中，復合地基上應鋪設(shè)一定厚度的褥墊層，其具體要求為：

(1)厚度為30 cm 砂石墊層。

(2)材料為級配砂石或碎石，粒徑一般1.0～3.0 cm，最大粒徑一般≤3 cm，砂含量應控制在20 %～30 %。

(3)褥墊層需經(jīng)壓實，夯填度不得大于0.90。

(4)鋪設(shè)范圍為基礎(chǔ)邊線向外延30 cm。

6 施工工藝要求

本次樁體成樁工藝為干作業(yè)機械旋挖成孔+清孔鉆頭清孔。按GB/T 50783-2012《復合地基技術(shù)規(guī)范》、JGJ 79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》、JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》進行施工控制。樁長滿足樁長+進入中風化巖層0.5 m 以上雙重控制，孔底沉渣要滿足JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第6.3.9條沉渣厚不大于50 mm 的規(guī)定。

施工工藝流程：基坑開挖至設(shè)計標高→測放樁位→旋挖 至設(shè)計深度→清孔→(樁底深井載荷試驗)→填料(C20混凝土)振搗密實直至設(shè)計樁頂標高→樁身完整性檢測→鋪設(shè)并壓實褥墊層→褥墊層夯填度檢測→基礎(chǔ)施工。

7 質(zhì)量控制措施

(1)按《復合地基技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》施工。

(2)樁長嚴格按照區(qū)域劃分樁長進行施工，以樁長及樁端進入中風化巖層0.5 m 以上進行雙重控制，樁頂超灌高度不應小于0．5 m。

(3)樁體質(zhì)量控制標準:樁位偏差σ≤70 mm；樁垂直度偏差不超過1.0 %，樁徑偏差±10 mm，沉渣厚度h≤50 mm?，F(xiàn)場進行抽樣檢查，樁芯采用C20 混凝土。

(4)褥墊層應鋪設(shè)在筏板面積(基礎(chǔ)邊線外擴30 cm)內(nèi)，復合地基頂部并夯實，夯填度λ≤0.90，其作用是保證樁土共同承擔荷載。墊層材料為良好級配砂碎石，最大粒徑不宜大于3 cm，砂含量應控制在20 %～30 %。

(5)大面積施工前，應進行現(xiàn)場試樁施工及現(xiàn)場荷載試驗，并反饋給設(shè)計單位復核?，F(xiàn)場荷載試驗包括樁間土平板載荷試驗、單樁承載力載荷試驗及復合地基載荷試驗。地基處理施工過程中，應按規(guī)范進行選點檢測，合格后方可進行下一步的施工，現(xiàn)場荷載試驗要求見試樁要求。

(6)施工時應注意對樁頂附近樁間土及褥墊層的保護，及時封閉，避免其受擾動；樁間土受雨水影響較大，特別是雨季施工時影響尤其大，應采取必要措施對樁間土的保護，避免雨水浸泡樁間土，可在開挖后施工褥墊層前施工一層輔助薄層混凝土防水層(厚約2 cm)。

(7)加強現(xiàn)場驗槽，樁長按設(shè)計樁長+樁端進入持力層0.5 m 雙重控制，要確保樁端進入中風化巖層0.5 m 以上，中風化層頂以現(xiàn)場驗槽為準。

8 復合地基施工驗收后成果檢驗

施工完成后按規(guī)范要求對大直徑剛性樁進行靜載實驗，承載力等各項指標均滿足規(guī)范和設(shè)計要求。

9 結(jié)束語

大直徑剛性樁復合地基處理技術(shù)作為地基處理的一種方式，針對某些基礎(chǔ)埋設(shè)不深、持力層較深，而土層同時具有較好的承載力的情況下使用，通過樁徑及樁間距的合理選擇，在滿足規(guī)范和設(shè)計要求的情況下進行使用，不僅能過到地基處理的效果，同時較鋼筋混凝土樁有較好的經(jīng)濟效益。

TU753.3

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[定稿日期]2016-05-27