實(shí)例探析高層住宅工程樁基設(shè)計(jì)

陳敏

【摘要】高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，當(dāng)基底以下土層不能滿足對上部結(jié)構(gòu)的直接承載要求時(shí)，經(jīng)常采用樁基礎(chǔ)的形式。本文首先簡要分析了建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概念，其后詳細(xì)探討了建筑地基基礎(chǔ)種類與樁基設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后圍繞工程案例展開論述，以期參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;住宅;基礎(chǔ);樁基設(shè)計(jì)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.040

1、引言

建筑工程建設(shè)過程中，地基基礎(chǔ)和樁基設(shè)計(jì)是關(guān)鍵內(nèi)容，決定著建筑的穩(wěn)定性。對此，必須嚴(yán)格按施工現(xiàn)場情況合理選擇樁基的類型，根據(jù)建筑上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的荷載以及外部荷載的作用開展樁基設(shè)計(jì)，保證建筑工程基礎(chǔ)安全可靠。

2、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概述

建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是工程的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建筑地基設(shè)計(jì)，簡單來說，就是對地基基礎(chǔ)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，包括對建筑工程中的力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)性質(zhì)以及土力學(xué)等概念進(jìn)行研究與分析，還要對施工現(xiàn)場土層的含水量等情況進(jìn)行全面的研究，根據(jù)所有研究結(jié)果進(jìn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。建筑地基基礎(chǔ)概念設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念不同，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更注重的是對建筑工程的承載能力，負(fù)責(zé)的主要是建筑工程結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，進(jìn)而使建筑工程的使用壽命延長，提高建筑工程的質(zhì)量。

3、建筑地基基礎(chǔ)種類與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1建筑地基基礎(chǔ)種類

建筑工程常用的基礎(chǔ)類型包括樁基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)、條形地基基礎(chǔ)等，在實(shí)際工程項(xiàng)目中，應(yīng)根據(jù)工程所在地的地質(zhì)情況以及建筑的荷載情況合理選擇基礎(chǔ)類型。

樁基礎(chǔ)應(yīng)用分以下幾種情況：

（1）當(dāng)建筑工程的上部結(jié)構(gòu)需要較強(qiáng)的承載能力，但是地基上部土層較軟，下部分布有能夠當(dāng)作樁端持力層的堅(jiān)硬土層的情況下;

（2）當(dāng)?shù)鼗休d力較強(qiáng)，但是建筑對沉降量有較高的要求的情況下也可以應(yīng)用樁基礎(chǔ);

（3）當(dāng)天然地基的沉降量過大，難以進(jìn)行處理并且難以符合建筑物澆筑要求時(shí)，可以應(yīng)用樁基礎(chǔ);

（4）在施工環(huán)境較差，土層松軟并且較薄時(shí)可以應(yīng)用樁基礎(chǔ)，通過鉆孔灌注短樁的方法來實(shí)現(xiàn)。

3.2建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑采用樁基作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要明確樁基的種類和樁長，并對單樁豎向承載力進(jìn)行計(jì)算，以保證樁基能夠有足夠的承載力支撐建筑的上部結(jié)構(gòu)，提高建筑的抗傾覆能力。

3.2.1明確基樁的種類和長度

保證基樁設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)工程順利開展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。首先，設(shè)計(jì)人員要對施工現(xiàn)場周圍的環(huán)境進(jìn)行勘察，對周圍的各項(xiàng)設(shè)施和地質(zhì)水文等因素進(jìn)行深入分析和研究，進(jìn)而合理選擇樁基類型。另外，根據(jù)建筑作用于樁基的荷載，計(jì)算樁基的長度，并盡量使樁端嵌入承載力較高的土層中，保證樁基的承載力和穩(wěn)定性。

3.2.2以建筑等級為依據(jù)對單樁豎向承載力進(jìn)行核算

當(dāng)建筑樁基設(shè)計(jì)為甲級時(shí)，應(yīng)根據(jù)單樁靜載試驗(yàn)明確單樁極限承載力;當(dāng)建筑樁基設(shè)計(jì)為乙級并且施工現(xiàn)場地質(zhì)條件較優(yōu)時(shí)，可參考相同類型和規(guī)模的建筑施工案例，結(jié)合靜力觸探等原位測試和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)綜合確定;當(dāng)建筑樁基設(shè)計(jì)為丙級時(shí)，由于結(jié)構(gòu)簡單，可通過原位測試和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)獲取。

樁基的直徑較大時(shí)，可以通用深層平板載荷試驗(yàn)確定樁端土的承載力特征值，建筑結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用嵌巖樁時(shí)，可以通用專門巖基載荷試驗(yàn)獲得單樁豎向承載力。

4、實(shí)例探析高層住宅工程樁基設(shè)計(jì)

4.1工程概況

本項(xiàng)目為高層住宅工程，地上25層、地下1層，采用的是剪力墻結(jié)構(gòu)。場地地震基本烈度6度，設(shè)計(jì)地震分組第1組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05g，場地類別Ⅱ類，基本風(fēng)壓0.35kN/m2，地面粗糙度B類。

4.2地質(zhì)條件

建筑場地內(nèi)的埋藏地層巖性，從上到下依次如表 1 所示。⑦石灰?guī)r地層存在巖溶發(fā)育的情況，鉆探中115個(gè)鉆孔中，顯示62個(gè)基巖為石灰?guī)r，8個(gè)見土洞、溶洞、裂隙等，鉆孔見洞隙率12.9%，屬于是巖溶中等發(fā)育地段。

4.3基礎(chǔ)選型及樁基設(shè)計(jì)

4.3.1基礎(chǔ)選型

本次主要對高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁、人工挖孔/鉆孔/沖孔灌注樁進(jìn)行對比分析。其中，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁雖然較為成熟，然而無法鉆穿溶洞，不適宜本場地;人工挖孔施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，鉆孔難以穿越溶洞，均不適宜采用;沖孔可有效穿透土層，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，經(jīng)由設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)單位的統(tǒng)一協(xié)商，獲得了普遍認(rèn)可，決定在本工程中使用。

4.3.2樁基設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目樁基設(shè)計(jì)以《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）為依據(jù)，將沖孔灌注樁的承載力分為三大部分：（1）樁周覆蓋土層總側(cè)阻力;（2）嵌巖樁段嵌固側(cè)阻力;（3）樁端承載力。單樁豎向承載力特征值計(jì)算公式如下：

式中： Ra——單樁豎向承載力特征值;

qpa——樁端端阻力特征值;

Ap——樁底端橫截面面積;

up——樁身周邊長度;

qsia——樁側(cè)阻力特征值;

Ii——第i層的巖土厚度。

根據(jù)本次地質(zhì)勘察報(bào)告數(shù)據(jù)（表2），選擇石灰?guī)r為樁端持力層，要求入巖深度達(dá)2m。經(jīng)計(jì)算顯示，考慮嵌巖段2m側(cè)阻力的情況下，樁徑900mm、樁長15m的單樁承載力特征值為4874.85kN，設(shè)計(jì)取值為4800kN，滿足工程要求。

表2 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議取值表

基于巖溶、流塑分布存在不確定性，根據(jù)地方規(guī)范需逐樁預(yù)鉆孔。結(jié)合超前鉆（下轉(zhuǎn)68頁）（上接66頁）資料，對巖層節(jié)理發(fā)育情況、巖溶與流塑深/高度、內(nèi)填充物進(jìn)行分析，逐樁對樁長、承載力等進(jìn)行核算。滿足工程要求基礎(chǔ)上，盡量縮短樁長，避開溶洞、土洞，具體超前鉆要求如下：（1）鉆孔進(jìn)入樁端以下完整巖石深度≥5m;（2）樁端全截面嵌入完整巖層表面深度≥樁身直徑×2;（3）巖層表層分布有溶洞時(shí)，樁端嵌入溶洞下完整巖石深度≥0.5m，樁身嵌入巖層深度的總和≥2m/樁身直徑×2。本次典型超前鉆柱狀圖見下圖1。

按照規(guī)范要求，本次設(shè)計(jì)共選取3根試樁，對施工工藝、承載力進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)實(shí)際試樁結(jié)果分析顯示，超聲波、靜載試驗(yàn)情況均滿足規(guī)范與設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語：

綜上所述，在建筑項(xiàng)目實(shí)施中，樁基礎(chǔ)的運(yùn)用十分廣泛。高層住宅工程實(shí)踐中，應(yīng)結(jié)合場地土質(zhì)特性、樁基施工工藝進(jìn)行綜合分析，合理確定樁型、樁徑、樁長、樁基持力層，通過相關(guān)計(jì)算分析，保證樁基承載力滿足實(shí)際要求，整個(gè)建筑工程安全可靠。

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作者簡介：

陳敏（1988-），女，湖南婁底人，工程師，碩士研究生，工作方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。