淺談巖土工程勘察中樁基礎(chǔ)選擇類型及其考慮因素

黃偉

安徽建筑大學(xué)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 安徽合肥 230022

1 樁基的對(duì)比分析與選擇

1.1 樁基

該工程擬建的爐渣冶煉、煙化爐吹煉、閃速熔煉爐豎爐煙氣除塵、閃速熔煉爐電爐煙氣除塵、煙化爐煙氣除塵和熔煉爐余熱車間的垂直負(fù)荷較大，最大柱負(fù)荷為15000KN，最小柱負(fù)荷為2500KN。受風(fēng)荷載等因素影響，水平力也較大，宜采用沖孔(鉆孔)樁、旋挖樁或靜壓樁。布置樁時(shí)，除了單樁豎向承載力較高外，還應(yīng)考慮樁和各構(gòu)件荷載差異較大的建(構(gòu))筑物的水平荷載要求。在選擇樁基持力層時(shí)，不僅要考慮單樁豎向承載力滿足設(shè)計(jì)排樁要求，還要考慮擬建建筑物總沉降和附屬設(shè)施間差異沉降的控制。樁基持力層的選擇應(yīng)同時(shí)滿足以下條件：①單樁豎向承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)排樁要求；②基礎(chǔ)沉降和沉降差應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求；③靜壓樁的深度應(yīng)充分發(fā)揮樁體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；④考慮抗震要求，同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)應(yīng)采用相同的樁長(zhǎng)或樁長(zhǎng)相差不太大[1]。

1.2 樁筏基礎(chǔ)

根據(jù)本次勘察揭示的地層情況，擬建的爐渣冶煉、煙化爐吹煉、閃速熔煉爐豎爐煙氣除塵、閃速熔煉爐電爐煙氣除塵、煙化爐煙氣除塵和熔煉爐余熱車間的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)也可考慮樁基(夯擴(kuò)樁、沉管灌注樁和長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁)+筏形基礎(chǔ)。采用樁筏基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)注意：由于場(chǎng)地巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，局部暴露出軟塑粉質(zhì)粘土層，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予足夠的重視。建議進(jìn)行詳細(xì)的專項(xiàng)巖溶調(diào)查，對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的巖溶采取“勘察、預(yù)防、治理”的一體化設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案，進(jìn)行有效的治理。

1.3 樁基條件分析

擬建場(chǎng)地為裸露的丘狀地貌，由前期廠房施工開挖回填?，F(xiàn)狀是渣場(chǎng)和標(biāo)準(zhǔn)車間。原廠房拆除后，場(chǎng)地開闊，地形相對(duì)平坦?？辈飕F(xiàn)場(chǎng)周邊主要為廠區(qū)道路，方便大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)出。但場(chǎng)地內(nèi)人工填土分布廣泛，厚度較厚，地基強(qiáng)度較低。場(chǎng)地上部土層為第四系人工填土層和坡殘積粉質(zhì)粘土層，下伏基巖為中風(fēng)化和弱風(fēng)化灰?guī)r，局部為強(qiáng)風(fēng)化砂巖。巖體相對(duì)破碎完整，巖層埋深中等。根據(jù)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)、各土層工程地質(zhì)特征及場(chǎng)地周邊環(huán)境條件，結(jié)合擬建工程的上部荷載要求，本工程采用樁基礎(chǔ)和樁筏基礎(chǔ)是可行的[2]。擬建場(chǎng)地成樁條件良好，適合樁基（如預(yù)制樁、鉆孔灌注樁、旋挖樁、沉管灌注樁、長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁等）。采用鋼筋混凝土預(yù)制管樁具有速度快、環(huán)境污染小、質(zhì)量有保證、生產(chǎn)成本較低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是在飽和粘性土中會(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng)，大石塊(混凝土塊)在填土中不易滲透，巖石表面的斜坡容易導(dǎo)致斷樁等質(zhì)量問題。如果確定采用預(yù)制樁，建議施工前對(duì)樁進(jìn)行檢測(cè)，確定其適用性，設(shè)計(jì)單樁承載力。鉆孔(沖孔)樁和旋挖樁的優(yōu)點(diǎn)是鉆孔容易，可以穿過相對(duì)堅(jiān)硬的土層，到達(dá)較深的樁端持力層(灰色巖層)。單樁承載力高，但缺點(diǎn)是造價(jià)高、污染環(huán)境、施工速度慢。

2 樁基選擇應(yīng)考慮的因素

2.1 地表水和地下水對(duì)樁基設(shè)計(jì)和施工的影響

由于勘察場(chǎng)地現(xiàn)狀為早期人工平整，現(xiàn)狀為渣場(chǎng)和標(biāo)準(zhǔn)廠房，場(chǎng)地附近地表水主要為場(chǎng)地周圍季節(jié)性場(chǎng)地排水溝，可在施工前排至場(chǎng)外，地表水對(duì)擬建項(xiàng)目施工影響不大。地下水流向與地形坡度方向基本一致，地下水總體徑流方向由西北向東南移動(dòng)。地下水主要為第四系松散土層中的孔隙水和巖層中的巖溶裂隙水。本次樁基施工中，建議采用中風(fēng)化或弱風(fēng)化石灰?guī)r作為樁基持力層。第四系土層富水性差，水動(dòng)力條件一般，第四系孔隙水對(duì)樁的側(cè)摩阻力和端摩阻力影響不大。另外，場(chǎng)地基巖為石灰?guī)r，溶洞發(fā)育，溶洞裂隙水復(fù)雜多變，對(duì)場(chǎng)地和擬建工程影響較大，對(duì)擬建建(構(gòu))筑物樁基設(shè)計(jì)和施工會(huì)帶來一定的不利影響。

2.2 特殊巖土對(duì)樁基的危害及措施建議

場(chǎng)地特殊巖土主要為素填土和邊坡殘積土。擬建場(chǎng)地廣泛分布素填土，自重固結(jié)未完成，可對(duì)樁基產(chǎn)生負(fù)摩擦力；軟土層會(huì)降低甚至消除樁的側(cè)摩阻力，從而降低樁基的豎向承載力，引起建筑物的不均勻沉降，需要加強(qiáng)基礎(chǔ)和承臺(tái)的整體性和剛度，減小荷載，增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)省級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》(DBJ15-31-2016)第10.2.10條，考慮摩擦力對(duì)樁基承載力和沉降的影響，驗(yàn)算樁基承載力。

2.3 影響巖溶場(chǎng)地樁基的因素

（1）場(chǎng)地下伏石灰?guī)r基巖面在水平和垂直方向波動(dòng)較大，會(huì)對(duì)擬建建(構(gòu))筑物的樁基設(shè)計(jì)和施工帶來一定的不利影響。

（2）在樁基施工中，特別是沖孔灌注樁施工中，由于施工振動(dòng)和對(duì)巖溶地下水的擾動(dòng)，容易發(fā)生孔口地面塌陷事故。因此，樁基施工應(yīng)盡可能避免振動(dòng)。當(dāng)遇到軟土或溶洞時(shí)，應(yīng)使用鋼套管保護(hù)墻體。設(shè)計(jì)中采用沖孔灌注樁時(shí)，應(yīng)提前勘察，逐個(gè)查明溶洞的發(fā)育情況。當(dāng)沖孔穿過巖層界面時(shí)(特別是遇到溶洞時(shí))，沖孔作業(yè)時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整樁錘的行程，以避免卡錘。溶洞頂板較薄時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整樁錘行程，避免可能發(fā)生的擊穿事故。

（3）設(shè)計(jì)采用預(yù)制靜壓管樁時(shí)，由于基巖面起伏劇烈，巖石面傾斜或陡峭，容易造成樁端滑移，甚至斷樁。當(dāng)樁端支撐在溶洞薄頂板上時(shí)，樁基承受上部荷載時(shí)，可能發(fā)生破壞事故。因此，單樁的設(shè)計(jì)承載力不宜過高。施工前應(yīng)對(duì)樁進(jìn)行測(cè)試，選擇合適的最終壓力值。

這些是巖溶發(fā)育強(qiáng)烈地區(qū)基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)的主要可能形式。在實(shí)際工程中，巖溶施工事故更加多樣，原因可能是單一原因，也可能是多種原因的組合。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)累積到使巖溶地基的穩(wěn)定性達(dá)到一定的極限狀態(tài)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一定程度的失穩(wěn)破壞，造成一定的工程事故。

3 結(jié)語

綜上所述，樁基的可選類型包括預(yù)制樁、鉆孔灌注樁、旋挖樁、沉管灌注樁和長(zhǎng)螺旋灌注樁。樁基的選擇主要由場(chǎng)地周圍環(huán)境、地層條件和施工可行性決定?；A(chǔ)選擇的原則應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類型、使用功能、荷載特性、施工技術(shù)條件和環(huán)境；要注重地方經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，注重概念設(shè)計(jì)，合理選擇基本形式，節(jié)約資源。