淺談巖土工程勘察中樁基礎(chǔ)選擇類型及其考慮因素

于亮飛

摘要：在實(shí)際工程中，大多數(shù)擬建構(gòu)筑物荷載較大，淺基礎(chǔ)無(wú)法滿足上部荷載要求，從而選擇樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)主要用于承擔(dān)地上構(gòu)筑物的重力，對(duì)提升整體構(gòu)筑物的穩(wěn)定性與安全性有著極為重要作用。為此，本文將結(jié)合筆者實(shí)際勘察工作，對(duì)巖土工程勘察中樁基礎(chǔ)選擇類型及其考慮因素談?wù)勛约旱膸c(diǎn)體會(huì)，希望能對(duì)巖土工程同行們有所幫助。

關(guān)鍵詞：巖土工程；樁基礎(chǔ)類型；樁基礎(chǔ)成樁考慮因素

1.工程概況

某冶煉廠擬建設(shè)場(chǎng)地位于韶關(guān)市，擬建項(xiàng)目場(chǎng)地屬工業(yè)用地，擬建建（構(gòu)）筑物主要為渣熔煉、煙化爐吹煉、閃速熔煉爐豎爐煙氣吸塵、閃速熔煉爐電爐煙氣吸塵、煙化爐煙氣吸塵、熔煉爐余熱利用。擬建構(gòu)筑物柱荷載最大值為15000KN，柱荷載最小值為2500KN。場(chǎng)地現(xiàn)狀為渣堆場(chǎng)及標(biāo)準(zhǔn)廠房，四周為道路，交通較便利，有利于大型設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)。

2.巖土層結(jié)構(gòu)特征及設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1巖土層結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)鉆探結(jié)果，場(chǎng)地內(nèi)揭露的地層主要為（1）人工填土層（2）第四系坡殘積層（3）強(qiáng)風(fēng)化砂巖（4）石炭系石灰?guī)r等四個(gè)主要工程地質(zhì)層，現(xiàn)分述如下：

素填土（土層編號(hào)①，下同）：黃褐色、灰褐色等雜色，以黏性土、碎石為主，含少量砼塊，松散，局部稍密，未固結(jié)欠壓實(shí)，壓縮性高，回填時(shí)間較長(zhǎng)（超過10年），土體均勻性較差。其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值為：天然含水量ω= 26.23%、密度ρ=1.95g/cm3、天然孔隙比e=0.76、液性指數(shù)IL= 0.35、抗剪強(qiáng)度值（直接快剪）ck=16.92kPa、φk=15.44；壓縮性指標(biāo)平均值為：壓縮系數(shù)α1-2=0.54MPa-1、壓縮模量Es= 3.95MPa，屬中等～高壓縮性土層。做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)25次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=3擊～5擊、平均值N=3.76擊；修正后平均值為3.58擊，標(biāo)準(zhǔn)值為3.37擊。承載力特征值fak =80kPa。

可塑狀粉質(zhì)黏土②1：棕黃色、黃色、黃褐色，可塑，主要成分為粉粒和黏粒，局部含少量風(fēng)化巖塊、巖屑及角礫，干強(qiáng)度高，韌性中等，無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光澤，土體結(jié)構(gòu)較均勻。其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值為：天然含水量ω= 25.56%、密度ρ=1.93g/cm3、天然孔隙比e=0.78、液性指數(shù)IL= 0.45、抗剪強(qiáng)度值（直接快剪）ck=23.92kPa、φk=15.09；壓縮性指標(biāo)平均值為：壓縮系數(shù)α1-2=0.55MPa-1、壓縮模量Es= 5.37MPa，屬中等壓縮性土層。做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)31次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=7擊～13擊、平均值N=9擊；修正后平均值為7.55擊，標(biāo)準(zhǔn)值為7.17擊。承載力特征值fak =160kPa。

軟塑狀粉質(zhì)黏土②2：黃褐色，軟塑，主要成分為粉粒和黏粒，局部含少量風(fēng)化角礫，干強(qiáng)度高，韌性中等，無(wú)搖振反應(yīng)，土體結(jié)構(gòu)較均勻。屬中等～高壓縮性土層。其主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值為：天然含水量ω=24.07%、密度ρ= 1.96g/cm3、天然孔隙比e=0.73、液性指數(shù)IL=0.24、抗剪強(qiáng)度值（直接快剪）ck=15.37kPa、φk=15.63；壓縮性指標(biāo)平均值為：壓縮系數(shù)α1-2=0.52MPa-1、壓縮模量Es=4.90MPa，屬中等～高壓縮性土層。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)10次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=2～5擊、平均值N=3.8擊；修正后平均值為2.81擊，標(biāo)準(zhǔn)值為2.36擊。承載力特征值fak =80kPa。

強(qiáng)風(fēng)化砂巖③1：局部地層揭露，灰褐色、粉紅色，粉細(xì)砂結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分以長(zhǎng)石為主、石英次之，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面可見錳鐵質(zhì)礦物，巖芯多呈半巖半土狀，泡水易軟化，巖質(zhì)較硬，巖芯破碎。做重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)200次，實(shí)測(cè)擊數(shù)N=24擊～36擊、平均值N=31.02擊；修正后平均值為15.44擊，標(biāo)準(zhǔn)值為15.16擊。本層承載力特征值fak=600kPa。

中風(fēng)化石灰?guī)r④1：淺灰色，微晶結(jié)構(gòu)，中厚層夾薄層構(gòu)造，礦物成分以方解石為主、次為白云石，巖石較破碎，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖芯多呈碎塊狀，局部呈短柱狀，白色方解石細(xì)脈較發(fā)育（多呈網(wǎng)脈狀），結(jié)構(gòu)面結(jié)合較差，部分巖芯表面呈蜂窩狀，溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，溶蝕裂隙較發(fā)育，巖芯采取率一般為55% ～65%。巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度為22.00MPa～ 54.40MPa，平均值為36.09MPa，屬較硬巖，巖體較破碎。根據(jù)野外鑒別結(jié)合天然單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，判定該場(chǎng)地鉆探深度內(nèi)揭露的巖體基本質(zhì)量等級(jí)為IV級(jí)。承載力特征值fak =2500kPa。

微風(fēng)化石灰?guī)r④2：淺灰色，微晶結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，主要礦物成分為方解石、次為白云石，巖石堅(jiān)硬、較完整，巖芯呈短～長(zhǎng)柱狀，風(fēng)化裂隙稍發(fā)育，裂隙面被方解石充填、多呈網(wǎng)脈狀，結(jié)構(gòu)面結(jié)合較好。巖芯采取率一般為80%～92%，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD一般為75%～82%。巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度為33.80MPa～69.40MPa，平均為56.48MPa，屬較硬巖，巖體較完整。根據(jù)野外鑒別結(jié)合天然單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，判定該場(chǎng)地鉆探深度內(nèi)揭露的巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。承載力特征值fak =4000kPa。

2.2巖土設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)鑒定，野外原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）、廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ15-31-2016）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2012）及《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）等有關(guān)規(guī)范，場(chǎng)地內(nèi)各地層的工程特性指標(biāo)值祥見下表1。

3.樁基礎(chǔ)比較分析及選擇

3.1樁基礎(chǔ)

擬建渣熔煉、煙化爐吹煉、閃速熔煉爐豎爐煙氣吸塵、閃速熔煉爐電爐煙氣吸塵、煙化爐煙氣吸塵、熔煉爐余熱廠房垂直荷載較大，柱荷載最大值為15000KN，柱荷載最小值為2500KN。受風(fēng)荷載等因素影響水平作用力亦較大，宜采用沖（鉆）孔樁、旋挖樁或靜壓樁，布樁時(shí)除對(duì)單樁豎向承載力較高要求外，還需考慮樁的水平荷載要求，以及各組成的荷重差異大的建（構(gòu)）筑物，樁基礎(chǔ)持力層選擇除考慮單樁豎向承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)布樁的要求外，還應(yīng)考慮擬建建筑物總沉降量的控制及各附屬設(shè)施之間差異沉降等因素。樁基礎(chǔ)持力層選擇應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：a.單樁豎向承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)布樁的要求；b.基礎(chǔ)沉降及沉降差應(yīng)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求；c.靜壓樁入土深度應(yīng)充分發(fā)揮樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度； d.從抗震要求考慮，同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)宜采用相同樁長(zhǎng)或樁長(zhǎng)不宜相差過大。

3.2樁筏基礎(chǔ)

根據(jù)本次勘察揭露地層情況，對(duì)擬建渣熔煉、煙化爐吹煉、閃速熔煉爐豎爐煙氣吸塵、閃速熔煉爐電爐煙氣吸塵、煙化爐煙氣吸塵、熔煉爐余熱廠房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)亦可考慮選用樁（夯擴(kuò)樁、沉管灌注樁及長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁）+筏形基礎(chǔ)。采用樁筏基礎(chǔ)需注意：由于場(chǎng)地巖溶強(qiáng)烈發(fā)育和局部有軟塑狀粉質(zhì)黏土層揭露，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。建議進(jìn)行詳細(xì)的專項(xiàng)巖溶勘察，對(duì)場(chǎng)地的巖溶采取“查、防、治”一體化的設(shè)計(jì)作業(yè)方案，并進(jìn)行有效的治理。

3.3樁基礎(chǔ)成樁條件分析

擬建場(chǎng)地為剝蝕殘丘地貌，經(jīng)早期廠房建設(shè)人工開挖回填平整，現(xiàn)狀為渣堆場(chǎng)及標(biāo)準(zhǔn)廠房，原廠房拆除后，場(chǎng)地開闊，地勢(shì)較平整，勘察場(chǎng)地周邊主為廠區(qū)道路，交通便利，有利于大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)，但是場(chǎng)地內(nèi)人工填土廣泛分布，厚度較厚、地表地基強(qiáng)度低。場(chǎng)地上部土層為第四系人工填土層、坡殘積粉質(zhì)黏土層，下覆基巖為中風(fēng)化及微風(fēng)化灰?guī)r，局部夾強(qiáng)風(fēng)化砂巖，巖體較破碎—較完整，巖層面埋深中等，根據(jù)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)、各土層的工程地質(zhì)特性及場(chǎng)地周邊環(huán)境條件，結(jié)合擬建工程上部荷載要求，本工程采用樁基礎(chǔ)和樁筏基礎(chǔ)均是可行的。

擬建場(chǎng)地具有較好的成樁條件，適宜于樁基礎(chǔ)（如預(yù)制樁、鉆（沖）孔樁、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、對(duì)環(huán)境污染小、質(zhì)量有保證、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是在飽和黏性土?xí)l(fā)擠土效應(yīng)，遇填土中大塊石（砼塊）不易穿透，巖面傾斜易引發(fā)斷樁等質(zhì)量問題，若確定采用預(yù)制樁，建議施工前先試樁，以確定其適宜性和設(shè)計(jì)單樁承載力。采用鉆（沖）孔樁及旋挖樁的優(yōu)點(diǎn)是容易鉆進(jìn)，可以穿越較為堅(jiān)硬的土層，達(dá)到較深的樁端持力層（灰?guī)r層），單樁承載力較高，但其缺點(diǎn)是成本高，污染環(huán)境，施工速度較慢，且遇有軟弱土層時(shí)易產(chǎn)生縮徑、塌孔，遇巖層不均勻或遇溶洞時(shí)容易出現(xiàn)斜孔、卡鉆等問題。若確定采用鉆（沖）孔樁或旋挖樁，建議施工前先進(jìn)行施工勘察，確保一樁一孔，鉆孔施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求施工，調(diào)整好泥漿稠度和失水率，確保成孔及樁身質(zhì)量。采用夯擴(kuò)樁、沉管灌注樁和長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁的優(yōu)點(diǎn)具有速度快、對(duì)環(huán)境污染小、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是在飽和黏性土?xí)l(fā)擠土效應(yīng)，單樁承載力較低，且易引發(fā)斷樁、縮頸等質(zhì)量問題。

4.樁基礎(chǔ)選擇應(yīng)考慮因素

4.1地表水、地下水對(duì)樁基設(shè)計(jì)、施工的影響

由于本次勘察場(chǎng)地現(xiàn)狀為早期人工平整場(chǎng)地，現(xiàn)狀為渣堆場(chǎng)及標(biāo)準(zhǔn)廠房，靠近場(chǎng)地地表水主要為堆場(chǎng)周邊的季節(jié)性場(chǎng)地排水溝，施工前做好引流，導(dǎo)流到場(chǎng)外即可，地表水對(duì)擬建工程建設(shè)影響較小。地下水流向與地形傾斜方向基本一致，地下水總體徑流方向由西北向南東方向運(yùn)移。地下水主要為第四系松散土層賦存的孔隙水和巖層賦存的巖溶裂隙水。本次樁基施工建議以中風(fēng)化或微風(fēng)化灰?guī)r作為樁基礎(chǔ)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)摩阻力和樁端摩阻力的影響較小。另外場(chǎng)地基底巖石為溶洞發(fā)育的灰?guī)r，溶洞裂隙水比較復(fù)雜多變，對(duì)場(chǎng)地及擬建工程影響較大，這對(duì)擬建建（構(gòu)）筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工將帶來(lái)一定的不利影響。

4.2特殊性巖土對(duì)樁基的危害及措施建議

場(chǎng)地的特殊性巖土主要為素填土、坡殘積土。擬建場(chǎng)地廣泛分布有素填土，未完成自重固結(jié)，可對(duì)樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力；軟弱土層會(huì)降低、甚至消除樁側(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等；應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)、承臺(tái)的整體性和剛度，減輕荷載，增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體剛度和均勻?qū)ΨQ性。按省標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ15-31-2016）第10.2.10條考慮摩阻力對(duì)樁基承載力和沉降的影響，并驗(yàn)算其樁基承載力。

4.3巖溶場(chǎng)地對(duì)樁基的影響因素

場(chǎng)地屬隱伏石灰?guī)r地段，場(chǎng)地上部分布一層素填土，厚度1.00m～15.50m，局部為軟塑坡殘積粉質(zhì)黏土，厚度2.10m～9.40m。下部基巖面埋深11.30m～32.60m，巖石主要呈中厚層—厚層狀，裂隙較發(fā)育，膠結(jié)差。鉆孔溶洞見洞隙率為34.04%，鉆孔線巖溶率為10.05%。本次勘察揭露到溶洞洞頂最小埋深13.08m，平均洞徑1.68m，最大洞徑高達(dá)6.00m，洞徑較大且頂板厚度較小。揭示溶洞為大部分為全充填型，充填物為軟—可塑狀黏性土、砂質(zhì)土，個(gè)別勘探孔揭露溶洞為空洞，部分溶洞為串珠狀溶洞，在此條件下巖溶的發(fā)展較快。根據(jù)《巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T 15-136-2018），本場(chǎng)地為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育場(chǎng)地，溶洞穩(wěn)定性差，場(chǎng)地穩(wěn)定性為極不穩(wěn)定，場(chǎng)地屬于巖溶地面塌陷易塌陷區(qū)。本場(chǎng)地工程地質(zhì)條件對(duì)樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)工程可能造成的工程風(fēng)險(xiǎn)分析如下：

（1）場(chǎng)地隱伏石灰?guī)r基巖面起伏，在橫向上、縱向上均具有較大的變化，這對(duì)擬建建（構(gòu)）筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工將帶來(lái)一定的不利影響。

（2）樁基施工特別是沖孔灌注樁施工，由于施工震動(dòng)及對(duì)巖溶地下水的擾動(dòng)，容易發(fā)生孔口地面塌陷事故。故樁基施工應(yīng)盡量避免震動(dòng)，遇到軟土或溶洞采用鋼護(hù)筒護(hù)壁。當(dāng)設(shè)計(jì)采用沖孔灌注樁施工時(shí)，應(yīng)進(jìn)行超前勘察，一樁一孔，探明溶洞發(fā)育情況，在沖孔經(jīng)過巖層分界面時(shí)（特別是遇到溶洞時(shí)）相鄰巖層強(qiáng)度差別較大，應(yīng)在沖孔操作中及時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整樁錘的沖程，避免引起卡錘現(xiàn)象，當(dāng)溶洞頂板較薄時(shí)，及時(shí)調(diào)整樁錘的沖程，避免可能發(fā)生擊穿事故。

（3）當(dāng)設(shè)計(jì)采用預(yù)制靜壓管樁施工時(shí)，由于基巖面的高低起伏劇烈，巖面傾斜或陡立，容易造成樁端滑移傾斜甚至斷樁。當(dāng)樁端支撐于較薄的溶洞頂板時(shí)，樁基承受上部荷載時(shí)可能發(fā)生擊穿事故。故設(shè)計(jì)單樁承載力不宜過高，施工前應(yīng)進(jìn)行試樁，選擇適當(dāng)?shù)慕K壓值。

以上是場(chǎng)地巖溶強(qiáng)發(fā)育地區(qū)地基施工風(fēng)險(xiǎn)可能的主要表現(xiàn)形式，實(shí)際工程中巖溶施工事故的表現(xiàn)形式更為多樣，其原因可能是某單一原因也可能是多個(gè)原因的疊加，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)積累到使巖溶地基穩(wěn)定性達(dá)到某種極限狀態(tài)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)一定程度的失穩(wěn)破壞狀態(tài)，造成一定的工程事故。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，樁基礎(chǔ)可選類型有預(yù)制樁、鉆（沖）孔樁、旋挖樁、沉管灌注樁、長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)選擇主要受場(chǎng)地周邊環(huán)境、地層條件和施工可行性三大因素決定?；A(chǔ)選擇的原則，應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)類型、使用功能、荷載特征、施工技術(shù)條件與環(huán)境；并應(yīng)重視地方經(jīng)驗(yàn)，因地制宜，注重概念設(shè)計(jì)，合理選擇基礎(chǔ)形式、節(jié)約資源。

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