巖土工程樁基設計、施工中成樁可行性分析

顧文華

（南京建力測繪勘察院有限公司，江蘇 南京 211500）

隨著城市化的進程，現(xiàn)階段高層建筑的數(shù)量急劇增長，同時上部荷載相應增大，對地基基礎承載力的要求隨之變大。對于場地淺部地基土不足的現(xiàn)象，通常采用樁基礎處理形式，主要利用樁基礎自身的長度穿過淺層壓縮性大、固結(jié)性差、承載力低的土層，將建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到樁端巖土層，從而更好地提升樁基礎的單樁承載力，減少地基及主體結(jié)構(gòu)的沉降，有效提升工程建設中樁基礎施工速度和經(jīng)濟效益。

1 鉆孔灌注嵌巖樁及預應力管樁設計機理

1.1 鉆孔灌注嵌巖樁的成樁設計機理

鉆孔灌注嵌巖樁在豎向荷載作用下的樁頂荷載包括有樁土側(cè)阻力、樁巖段、側(cè)阻力，受到基樁長、樁徑、嵌巖深度、樁側(cè)土層性質(zhì)、樁端巖層性質(zhì)等因素的影響。嵌巖樁的樁頂荷載傳遞主要是側(cè)阻力和端阻力的發(fā)揮過程，充分考慮樁土、樁巖、樁端位移等相關因素，在樁身處產(chǎn)生樁側(cè)摩阻力，實現(xiàn)樁頂荷載的傳遞。當在高應力水平作用條件下，樁頂沉降過大或強度不足時會使樁體或巖層破壞，并表現(xiàn)為樁身材料屈服、樁巖體整體剪切破壞、樁巖界面純剪切破壞等不同破壞形式。

1.2 預應力管樁的成樁設計機理

預應力混凝土管樁成樁工藝主要包括后張法和先張法，其中先張法成樁工藝是對預應力鋼筋進行張拉，再配合混凝土離心成型制作生成預制樁。后張法則是在預先留出一定大小孔洞的前提下，待模具類混凝土初步凝固后對孔洞施加預應力，從而生成預應力管樁。預應力混凝土管樁場地要求較簡單，具有較強的施工質(zhì)量可控性，施工進度快，對環(huán)境帶來較少的影響。

預應力混凝土管樁具有更高的單樁承載力，能夠使單樁承載力提升30%～50%。相較于傳統(tǒng)混凝土灌注樁而言，省略了現(xiàn)場混凝土攪拌與養(yǎng)護施工，并能夠根據(jù)場地實際情況進行截樁、接樁施工，成樁靈活快速，且單樁承載力成本較低。

2 巖土工程地質(zhì)勘察

2.1 場地位置

擬建項目在六合區(qū)龍池街道新集社區(qū)新集東路南側(cè)、董王路（待建）東側(cè)、新長路西側(cè)、怡峰路（待建）北側(cè)進行本工程新建，本工程的地上建筑面積為91 310.52 m2，地下建筑面積為39 364 m2，總建筑面積為130 674.52 m2。工程場地整平標高約為8.70～11.40 m，室內(nèi)地坪標高約為8.90～11.70 m（均為1985國家高程基準）。

2.2 勘探點布設

采用鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗等方式進行場地工程地質(zhì)條件勘測和分析，并對基礎類型、型式、地基處理和不良地質(zhì)處理提出合理可行的建議。根據(jù)相關規(guī)定，將勘探點布設于建筑物周邊、角點位置，建筑物位置鉆孔間距在25 m以內(nèi)，共布設勘探點286個，勘探孔深約42.0～52.0 m。主要采用鉆孔取樣和現(xiàn)場原位測試等的綜合勘察手段進行。

在勘探點的定位方面，采用NJCORS網(wǎng)絡RTK進行作業(yè)，進行勘探點的高程放樣以及復測。在鉆探勘察方法中，采用鉆機進行單管回轉(zhuǎn)鉆進的方法，將回次進尺控制在2 m以內(nèi)，提土率滿足規(guī)范要求。在取樣勘察方法的應用之中，按要求進行取樣，并現(xiàn)場蠟封處理，及時送實驗室進行試驗。在原位測試方法的應用中，采用自動落錘的方式進行標準貫入試驗及重型動力觸探試驗，并設置28個波速測試孔進行波速測試。

圖1 NO.2019G58地塊項目場地位置

2.3 場地地形及不良地質(zhì)分布

工程擬建場地均為空地，地形相對平坦，局部稍微有些起伏，孔口1985國家高程基準為5.56～10.97 m。由工程地質(zhì)情況可知，該工程場地地層自上而下分別為素填土、淤泥（局部分布）、粉質(zhì)黏土（其中局部分有軟塑-可塑狀態(tài)的粉質(zhì)黏土，屬于軟弱持力層）、中砂、強風化泥質(zhì)粉砂巖和中風化泥質(zhì)粉砂巖。

2.4 場地水文地質(zhì)狀況

本場地地下水主要是孔隙潛水，中砂層中有微承壓水。地區(qū)的地下水位最高水位通常在7～8月份，最低水位通常在旱季12月至翌年3月份。場地微承壓水的水頭埋深在地面以下17.05～20.12 m之間，高程為-9.58至-8.83。擬建場地的抗浮設防水位要預先進行抗浮驗算，充分考慮地下水補給、排泄條件、含水層分布等因素，按設計室外地整平標高以下0.5 m進行抗浮設防水位的取值計算。

2.5 場地與地基的地震效應

擬建工程場地的抗震設防烈度為7度，基本地震加速度值為0.1 g，地震動峰值加速度反應譜特殊周期值為0.40 s。

3 巖土工程樁基設計、施工成樁可行性分析

3.1 天然地基基礎設計施工方案

考慮到本項目巖土工程地質(zhì)及水文條件和施工環(huán)境、擬建物性質(zhì)及荷載，對于天然地基淺基礎設計建議主要包括以下內(nèi)容：

（1）對于擬建項目的各個單體建筑物，考慮到本項目建筑物下部均有一層地下車庫分布，下方分布有可塑-硬塑狀態(tài)的粉質(zhì)黏土作為基礎持力層，同時下部還有軟弱下臥層，應進行承載力及變形驗算；如不能滿足工程要求，則可選擇樁基礎。

（2）對于荷載較小的建筑物而言，則以采用天然地基淺基礎，挖除表層填土及部分可塑-硬塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土，以該層為天然地基基礎持力層，并進行承載力及變形驗算。

如擬建建筑物位置位于填塘部位，建議采用換填墊層法進行處置，壓實系數(shù)達到設計要求，滿足基礎底面應力擴散的要求。

3.2 混凝土預制樁或鉆孔灌注樁成樁可行性分析

混凝土預制樁方案具有施工周期短，對周圍造成的影響小。但單樁承載力不高，場地軟土層擠土效應明顯，會導致鄰近樁的偏位甚至斷樁，并對周邊已建建筑物及道路產(chǎn)生不利影響。同時，本工程主樓柱荷載大，要求基樁數(shù)量較多，增加了擠土效應的產(chǎn)生，遇到砂層還會增加沉樁難度，易造成截樁，需要選擇大噸位樁，必要時需要采取排水、引孔等措施。

鉆孔灌注樁能適應各種復雜地層條件，不受樁長、樁徑限制，施工過程無擠土、無震動、噪音小、對鄰近建筑和地下管線危害小。但如果質(zhì)量控制不嚴，容易出現(xiàn)斷樁，縮頸、露筋和夾泥現(xiàn)象?？椎壮猎灰卓刂疲绊懚顺辛Φ陌l(fā)揮和造成樁的較大沉降。此外，施工工期長，泥漿排放和外運困難，易造成施工環(huán)境污染等。應選擇質(zhì)量較高的樁基施工隊伍，施工時改進施工工藝，同時采取一定的質(zhì)量保證措施，確保樁基質(zhì)量。

從場地地質(zhì)條件及周邊環(huán)境來看，可以考慮采用鉆孔灌注樁基礎方案，在鉆孔灌注樁成樁方式之中要合理控制樁基施工的成樁速度，注重保持適宜的泥漿比重，避免鉆孔灌注樁成樁時出現(xiàn)夾泥、縮徑、塌孔等現(xiàn)象，較好地保證鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量，根據(jù)《南京地區(qū)建筑地基基礎設計規(guī)范》（DGJ32/J12～2005）有關規(guī)定，并進行單樁豎向承載力特征值的估算。如下表所示。

表1 鉆孔灌注樁單樁豎向承載力估算

3.3 預應力管樁成樁可行性分析

結(jié)合場地地質(zhì)條件和周邊環(huán)境，采用混凝土預應力管樁成樁方案可行。對于場地松散的雜填土、素填土和粉質(zhì)黏土而言，沉樁操作的速度較慢，對于中砂作為樁端持力層而言，由于樁基穿越的難度較大，同時需要考慮局部中砂中有粉質(zhì)黏土夾層，為此要對其進行試樁作業(yè)，從而保證預應力管樁成樁工藝的可行性。

考慮到預應力管樁成樁是采用擠土樁的形式，為此要在預應力管樁成樁作業(yè)中使沉樁設備的沉樁能力有足夠的余量，確保樁身強度能夠滿足最大壓樁力的要求。并在施工中采用壓樁力與貫入度雙控的方式，分析地基土層的承載力、沉樁方式、樁端持力土層影響系數(shù)等因素，合理設計樁長、樁直徑，并在施工場地內(nèi)設置一定數(shù)量的應力釋放孔，削減孔隙水的壓力，降低樁基施工的擠土效應。

在壓樁作業(yè)過程之中，可以采用實地高程測量的方式獲悉樁的入土深度和壓力值，做好送樁深度標記，合理控制壓樁的速度，掌握好壓樁作業(yè)的機身、機架垂直度，注意對壓樁過程進行位移、偏移控制，確保樁體壓入設計深度。

3.4 基坑支護設計與施工

考慮巖土工程基坑深度、地基土特性、地下水條件及周邊環(huán)境，可以合理設計基坑支護方案，采用放坡+坡面掛網(wǎng)噴漿的方式，并將其作為止水帷幕，坑內(nèi)采用集水明排，坑外則采用排水溝，集水坑明排。同時，在基坑支護設計與施工方案中，要根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果、原位測試結(jié)果及相關工程經(jīng)驗，提供基坑支護設計相關參數(shù)。

同時，要做好本工程的抗浮設計和施工，進行抗浮驗算，并采用增大基礎自重或頂部覆土的方式進行抗浮處理。還要做好地表水和地下水的控制，要在基坑內(nèi)外設置排水溝，集水坑明排，并重點做好基坑周邊截、排水工作，有利于雨水及地表水的匯聚。對于地下水管網(wǎng)滲漏、強降雨時，要做好場區(qū)低洼處的降排水工作。對于地下水的控制則要做好基坑開挖前的降排水工作，重點做好基坑外圍截排水工作，及時將降雨或積水排出坑外。

在基坑工程開挖作業(yè)中，在確定基坑支護結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到設計強度后方可進行開挖，依照一定的施工順序和開挖深度進行分層開挖。并在土方開挖完成后立即進行施工墊層，封閉基坑并進行地下結(jié)構(gòu)的施工，包括混凝土墊層、基礎施工和主體地下結(jié)構(gòu)的施工。同時應重點做好基坑工程的監(jiān)測，包括對支護結(jié)構(gòu)、周邊地下管線、周邊建筑物、鄰近地表沉降的監(jiān)測，對監(jiān)測項目、數(shù)量、頻次、限值數(shù)據(jù)進行及時采集和反饋，為信息化施工做好數(shù)據(jù)支持和準備。尤其要做好強降雨及管道滲漏的監(jiān)測和應急處置工作，確?；娱_挖及支護施工的穩(wěn)定與安全性。

另外，要做好基坑工程的風險識別與應對，重點做好基坑開挖施工風險和特殊性巖土與不良地質(zhì)風險的識別與應對工作，在基坑開挖施工風險應對過程中，可以采用坑內(nèi)降、排水治理措施，合理安排施工開挖計劃，實施分層、分段開挖施工，應做到先支護后挖，開挖面及時進行后序施工，并嚴格控制地面超載和振動荷載，避免支護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、位移的現(xiàn)象。在特殊性巖土與不良地質(zhì)風險應對之中，要在坑內(nèi)預先降水，使土體固結(jié)，可以采用人工開挖的方式進行基坑（槽）開挖，待到達設計標高后及時澆筑墊層，合理設置分層開挖厚度，避免坡體坍塌。鉆孔灌注樁施工應在樁孔洞口要設置鋼護筒，控制鉆進速度，合理調(diào)控泥漿比重，確保成樁質(zhì)量。

4 小結(jié)

綜上所述，巖土工程樁基設計和施工是一個復雜的工程內(nèi)容。要結(jié)合擬建工程的性質(zhì)特點、荷載及環(huán)境條件，運用巖土工程樁基設計施工相關原理，設計擬建巖土工程的樁基施工方案，進行鉆孔灌注樁成樁和預應力管樁成樁的可行性分析，并做好基坑支護設計和施工。

巖土樁基礎設計理論是一個龐大而動態(tài)發(fā)展的體系，需加強對管樁-土體復合地基的理論研究，并要充分考慮樁基施工中的負摩阻力、群樁效應、開口樁閉塞等問題，從而更好地保證巖土工程的成樁質(zhì)量。