高層建筑樁基礎(chǔ)計算深度淺析

黃遠(yuǎn)

江蘇省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院 江蘇 淮安 223005

隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，高層建筑不斷增多，樁基礎(chǔ)應(yīng)用越來越多，越來越廣。對于技術(shù)人員來說在施工之前，勘察方案、孔深的確定需要勘察單位及時從設(shè)計方獲取相關(guān)資料。但現(xiàn)實(shí)工作中經(jīng)常無法收集到詳細(xì)的設(shè)計參數(shù)。這對于剛工作不久的技術(shù)人員來說，如何確定合適勘探深度是個需要解決的問題。

1 上部荷載與深度的關(guān)系

1.1 基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力分析

建筑物通過基礎(chǔ)將上部荷載傳遞至基礎(chǔ)以下土體，樁端以下的土體由于受到上部附加應(yīng)力的影響，產(chǎn)生壓縮變形[1]。對于設(shè)計而言，不僅基礎(chǔ)所在的持力層要滿足承載力需求，而且勘探深度內(nèi)揭露的地層，還要滿足地基變形驗算的要求。

承載力滿不滿足要求判斷相對簡單，對于樁基礎(chǔ)，承載力主要由樁的側(cè)摩阻力和樁端阻力組成，如果設(shè)計方提供單樁軸向平均壓力值，則可通過《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》計算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，在軸心豎向力作用下，（當(dāng)偏心荷載作用時尚應(yīng)滿足為安全系數(shù)，不考慮地震作用）時，承載力滿足設(shè)計要求，然后通過經(jīng)驗參數(shù)法計算確定樁長。對于不需要進(jìn)行變形計算的建筑物，勘探孔深度達(dá)到預(yù)計樁長以下3～5d（d為樁徑），且不小于3m，對于大直徑樁不得小于5m[2]此時勘探孔深度=基礎(chǔ)埋深+樁長+3～5d（3或5m）。

實(shí)際工作中，設(shè)計方往往不提供具體的單樁軸向平均壓力值，甚至詳細(xì)的設(shè)計參數(shù)都無法搜集到，在這種情況下就需要我們可以通過經(jīng)驗公式進(jìn)行大致判斷，以確定初步的勘察方案?，F(xiàn)階段高層建筑一般為框架結(jié)構(gòu)加剪力墻，通常單層荷載可按16-20KN/m2考慮，地面以下部分按20KN/m2進(jìn)行考慮，單棟高層建筑總重量為G:

式中：G為單棟高層重量（KN），S為框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)面積（m2），n1樓房層數(shù)，n2為地下室高度，α為單層荷載，根據(jù)情況按16～20KN/m2考慮。

1.2 樁的選型與布置

在上部荷載確定后，下一步要根據(jù)場地地質(zhì)條件，結(jié)合擬建建筑物情況、周圍環(huán)境、質(zhì)量便于控制、樁基成本和本地區(qū)建筑樁基施工經(jīng)驗等因素綜合考慮具體的樁型和布置。

根據(jù)成樁過程中有無擠土效應(yīng)，將樁分為擠土樁、非擠土樁和部分?jǐn)D土樁。

成樁過程中的擠土效應(yīng)在飽和黏性土中是具有負(fù)面作用的，如果采用的樁型是灌注樁，會導(dǎo)致斷樁、縮頸等成樁事故。對于混凝土預(yù)制管樁和鋼樁，在發(fā)生擠土效應(yīng)時，會導(dǎo)致樁體上浮，從而導(dǎo)致承載力比設(shè)計要小，增大沉降。同時擠土效應(yīng)還會造成周邊房屋、市政設(shè)施受損。在松散土個填土中，擠土效應(yīng)起到加密作用，提高地基土承載力。

對于非擠土樁，因為其不存在擠土的負(fù)面作用，又可以穿越各種硬夾層和進(jìn)入各類硬持力層的能力，樁的幾何尺寸和單樁的承載力可調(diào)空間大。因此鉆、挖孔灌注樁使用范圍大，尤其對于高層建筑物更為適合。

樁基的布置最小中心距應(yīng)符合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》表3.3.3的規(guī)定，當(dāng)施工采取減少擠土效應(yīng)的可靠措施時，可根據(jù)地方經(jīng)驗適當(dāng)減少。

根據(jù)樁基最小中心距S，結(jié)合建筑物基礎(chǔ)輪廓線進(jìn)行滿堂布設(shè)，從而可以得出單棟建筑物的樁的總根數(shù)n。

1.3 樁長分析

當(dāng)考慮承臺效應(yīng)[3]不考慮地震作用：

樁基總根數(shù)可以根據(jù)樁基施工工藝，在滿足規(guī)范的前提下假設(shè)樁間距進(jìn)行試算。

根據(jù)樁基規(guī)范所給出的經(jīng)驗參數(shù)法，通過查表獲得參數(shù)，進(jìn)而便能求出樁長L。

當(dāng)單樁承載力滿足要求且持力層厚度也滿足要求時，勘探孔深度=基礎(chǔ)埋深+樁長+3～5d（3或5m），如果持力層厚度不滿足要求，可適當(dāng)加深。實(shí)際施工中，常遇到某一持力層承載力較高，但是厚度較薄，剛工作的技術(shù)人員對于該層能否作為持力層不是很確定。實(shí)際施工中持力層厚度大致可以這樣推算，樁要比較充分發(fā)揮持力層端阻力，持力層厚度一般需要2～3d，要保證不發(fā)生沖切破壞持力層厚度一般需要3～5d。如果采用的是預(yù)制樁，而預(yù)制樁施工過程中是以貫入度控制為主，持力層太薄很容易在沉樁施工中發(fā)生打穿持力層的情況，因此采用預(yù)制樁的持力層厚度值要求就更大一些。

2 變形對深度的影響

總變形為樁身壓縮量與樁端以下土層計算深度內(nèi)的壓縮量之和[4]當(dāng)樁長較短時，樁身壓縮量可忽略不計，僅考慮土層的壓縮變形。

對于需要進(jìn)行樁端下臥層的承載力驗算或者是樁基礎(chǔ)沉降驗算的情況，控制性鉆孔孔深應(yīng)該達(dá)到群樁樁基沉降計算深度以下1～2m，群樁樁基計算深度宜取樁端平面以下附加應(yīng)力為上覆土層有效自重應(yīng)力的20%時的深度。或按照樁端平面以下1～1.5B（B為基礎(chǔ)寬度）[5-6]當(dāng)在該深度以上提前遇到穩(wěn)定基巖層，穩(wěn)定基巖壓縮性很低的情況下，控制性鉆孔至該層基巖一定深度即可。

2.1 應(yīng)力比法

對于單樁、單排樁、疏樁復(fù)合樁基礎(chǔ)的最終計算深度，可按應(yīng)力比法確定。

它的意義是：附加應(yīng)力隨深度增加而擴(kuò)散，到達(dá)一定的深度之后，附加應(yīng)力引起的土層壓縮量就可忽略不計。地基的沉降量只要計算到該深度就可以了。

3 實(shí)例計算

3.1 工程概況

張家港地區(qū)某安置小區(qū)工程，項目主要由3幢15層、4幢17層、2幢26層2幢31層、1幢32層的高層、商業(yè)、物業(yè)與地下車庫組成，室外地坪標(biāo)高為3.0m，主樓基礎(chǔ)埋深約6m，擬采用剪力墻結(jié)構(gòu)，樁筏基礎(chǔ)；地下車庫層高3.7m，底板埋深約5.7m，頂板埋深約1.5m，擬采用框架結(jié)構(gòu)。擬建樓房每層高度按照2.9m計算，單層荷載按照16kpa計算，單樁極限承載力要求按照單層100kN計算。以最高建筑為例，32層建筑尺寸12×60m。

3.2 數(shù)據(jù)分析計算

預(yù)制樁樁徑一般0.4～0.6m，取平均值0.5m，根據(jù)上述持力層厚度要求，②4～②11層均滿足要求。根據(jù)設(shè)計要求樁承載力要求按照單層100kN計算，即單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》公式5.3.5計算樁長，計算樁頂標(biāo)高從基礎(chǔ)地面算起。

通過分層計算結(jié)果如1所示。

表1 單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)表1，持力層位于②8層時單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值滿足設(shè)計不小于3200kN的要求，此時樁長為32m，基礎(chǔ)埋深為6.0m。②8層為粉砂，樁端全斷面進(jìn)入持力層不小于1.5d（計算過程已包含該深度），根據(jù)勘探孔深度=基礎(chǔ)埋深+樁長+3～5d（3或5m）：

勘探孔深=6.0+32.0+3～5=41～43m。

對于單樁、單排樁、疏樁復(fù)合樁基礎(chǔ)的最終計算深度，可按應(yīng)力比法確定。

該高層采用樁筏基礎(chǔ)，這里假設(shè)承臺底地基土不分擔(dān)荷載，計算以單樁基礎(chǔ)為主，土的重度取19.5kN/m3，z-樁端平面至計算變形深度距離。

4 結(jié)論

該項目在實(shí)際施工中32層主樓控制孔實(shí)際施工孔深為65m，滿足樁基礎(chǔ)沉降驗算的要求，滿足設(shè)計所提的要求。報告已通過張家港市地區(qū)圖審中心的審查。勘探深度的確立，對于長期從事勘察行業(yè)的技術(shù)員來說，是個相對簡單的問題。但對于剛開始學(xué)習(xí)編制報告的技術(shù)人員來說，深度的確定是整個工作的重中之重，規(guī)范和已有資料對這個問題要求比較模糊，本文依托實(shí)際勘察項目，梳理了勘探孔孔深確立的整個過程。通過該項目的計算，可以為剛工作的技術(shù)人員確定勘探孔孔深提供一定的借鑒，更好的完成施工項目，給出詳細(xì)巖土工程資料和施工圖設(shè)計、施工需要的巖土參數(shù)。