淺談樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)管控以南平市某項(xiàng)目灌注樁基礎(chǔ)為例

熊洪飛

0 引言

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)管控工作的開(kāi)展，需引起各部門(mén)的高度重視，根據(jù)工程項(xiàng)目施工標(biāo)準(zhǔn)及要求，全面分析有應(yīng)用價(jià)值的信息數(shù)據(jù)，為樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量管控提供有力依據(jù)。有效合理的設(shè)計(jì)管控，能有效的助力施工進(jìn)度、質(zhì)量、安全等，進(jìn)而提升工程項(xiàng)目綜合效益。復(fù)雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)工程，對(duì)工期、造價(jià)、施工難度、安全風(fēng)險(xiǎn)影響較大，需特別重視樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)管控，在各部門(mén)相互協(xié)作的過(guò)程中確保工程整體施工質(zhì)量符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)現(xiàn)代化建筑行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)期管理目標(biāo)。

項(xiàng)目位于南平市延平區(qū)，總建筑面積約400 000m，擬建16 幢31～33F、5 幢21～27F、1 幢11～12F 的住宅樓、一棟幼兒園、幾幢1F 配套及部分區(qū)域一層地下室。

1 場(chǎng)地周邊環(huán)境及地形地貌

項(xiàng)目場(chǎng)地位于福建省南平市延平區(qū)（如圖1 所示），場(chǎng)地東側(cè)和北側(cè)為山坡地，場(chǎng)地高程為 91.45～106.50m，局部位置存在小陡坡。南側(cè)及西側(cè)場(chǎng)地原始地貌單元為丘陵地貌單元，后期填土整平，填土厚度自西向東逐漸尖滅，地勢(shì)較平坦。場(chǎng)地內(nèi)覆蓋層主要為第四系不同成因類(lèi)型的巖土層（成因類(lèi)型分別屬于人工堆填、坡積等），其基底基巖主要為不同風(fēng)化程度的含礫石英砂巖、粉砂巖，局部位置為石灰?guī)r。

圖1 擬建場(chǎng)地區(qū)域航拍圖

2 地質(zhì)情況

（1）場(chǎng)地內(nèi)自上而下共分布有①雜填土、②粉質(zhì)粘土、③a 全風(fēng)化粉砂巖、③b 全風(fēng)化含礫石英砂巖、④a-1 砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、④a-2 碎塊狀狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、④b-1 砂土狀強(qiáng)風(fēng)化含礫石英砂巖、④b-2 碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化含礫石英砂巖、⑤a 中風(fēng)化粉砂巖、⑤b 層中風(fēng)化含礫石英砂巖、⑤c 層中風(fēng)化石灰?guī)r等巖土工程地質(zhì)單元（如圖 2、圖3 所示 ）。其中，場(chǎng)地地基土的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)建議值如表1 所示。

表1 場(chǎng)地地基土的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)建議值

圖2 典型地質(zhì)剖面（一）

圖3 典型地質(zhì)剖面（二）

（2）場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.05g，設(shè)計(jì)地震分組第一組。場(chǎng)地土類(lèi)型為軟弱土～中軟土，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ～Ⅲ類(lèi)。場(chǎng)地分布的巖土體類(lèi)型較簡(jiǎn)單，無(wú)砂土液化和軟土震陷問(wèn)題，表層填土厚度，屬建筑抗震不利地段，應(yīng)予避讓?zhuān)魺o(wú)法避讓?zhuān)瑧?yīng)采取有效的措施。高層建筑屬標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)建筑，可按當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度要求確定其抗震措施和地震作用。

（3）根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及本次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，場(chǎng)地及其周?chē)匆?jiàn)斷裂構(gòu)造及新構(gòu)造活動(dòng)跡象，無(wú)滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。無(wú)其它埋藏的河道、溝浜、墓穴、防空洞、孤石及地下管線等地下埋藏物。表層填土厚度較大，場(chǎng)地整體穩(wěn)定性差，適宜性差。

（4）場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要為風(fēng)化基巖裂隙水，賦存于強(qiáng)-中風(fēng)化巖風(fēng)化裂隙中；填方區(qū)表層①雜填土層間含有少量松散巖類(lèi)孔隙水。地下水受大氣降水和下伏風(fēng)化基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給，順地形坡向逕流，含水層透水弱，水量較貧乏，水位年變化幅度受降雨量影響大，估計(jì)為2.0～6.0m。場(chǎng)地環(huán)境類(lèi)型為Ⅱ類(lèi)。

（5）場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性、對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；場(chǎng)地土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。建議擬建筑物基礎(chǔ)建筑材料采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

3 樁基初步選型方案

（1）預(yù)制樁（PHC）：場(chǎng)地表層雜填土屬挖高填低平整場(chǎng)地形土厚度較大，且摻雜大量的碎塊石，厚度在2～11m，預(yù)制樁無(wú)法穿透，且部分場(chǎng)地為丘陵斜坡，大型壓樁機(jī)械無(wú)法展開(kāi)，故不建議采用。

（2）人工挖孔樁：場(chǎng)地表層雜填土內(nèi)的碎塊石，直徑200～500mm，人工搬運(yùn)困難，另外根據(jù)南建設(shè)[2006]06 號(hào)文，當(dāng)場(chǎng)地分布的填土超過(guò)樁身長(zhǎng)的1/2 時(shí)應(yīng)慎用人工挖孔樁。故不建議采用。

（3）沖（鉆）孔灌注樁：地質(zhì)條件適用性強(qiáng)，施工經(jīng)驗(yàn)成熟，施工過(guò)程按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）樁基規(guī)范施工要求進(jìn)行，嚴(yán)格控制泥漿濃度，防止孔壁坍塌、掉塊、卡鉆等，控制樁底沉渣厚度應(yīng)不大于50mm，結(jié)合后注漿施工工藝可以確保樁端穩(wěn)定性和成樁質(zhì)量，適宜采用。

（4）旋挖混凝土灌注樁：施工經(jīng)驗(yàn)成熟，結(jié)合后注漿施工工藝可以確保樁端穩(wěn)定性和成樁質(zhì)量。本項(xiàng)目雜填土層內(nèi)含有大量的碎塊石，粒徑大多為200～500mm 之間，施工過(guò)程中塌孔風(fēng)險(xiǎn)大，若塌孔位置較深，粒徑大的塊石無(wú)法取出，導(dǎo)致此孔無(wú)法繼續(xù)施工，故不建議采用。

根據(jù)以上分析比較，本項(xiàng)目的樁型采用沖（鉆）孔灌注樁。

4 選取11#樓計(jì)算（地上33 層，無(wú)地下室）（參考地質(zhì)勘察孔ZK19～ZK24）

此棟樓相對(duì)標(biāo)高的±0.000 對(duì)應(yīng)局絕對(duì)標(biāo)高為100.00m，場(chǎng)地絕對(duì)標(biāo)高92.44～99.50m，基礎(chǔ)埋深按高度1/18 暫取6m，基礎(chǔ)底標(biāo)高為絕對(duì)標(biāo)高94.00m。擬以⑤a 中風(fēng)化粉砂巖、⑤b 層中風(fēng)化含礫石英砂巖、⑤c 層中風(fēng)化石灰?guī)r為持力層，樁徑1 200mm，進(jìn)入持力層≥0.6m，樁基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，嵌巖樁的單樁承載力特征值按樁身砼強(qiáng)度控制，按單樁承載力特征值9 000kN控制。通過(guò)計(jì)算，本樓棟總布樁數(shù)為35根，估算單樁樁長(zhǎng)49～70m。

5 初步試樁施工

在本場(chǎng)地選取三根試樁以驗(yàn)樁基承載力，試樁編號(hào)分別ZJ3～ZJ5。ZJ4 和ZJ5 樁長(zhǎng)為55m 和59m，進(jìn)入中風(fēng)化巖層；ZJ3 施工到62m 時(shí)還未到中風(fēng)化巖層，設(shè)備鉆探深度已經(jīng)達(dá)到極限，繼續(xù)鉆探難度大，且樁的垂直度難以控制，塌孔風(fēng)險(xiǎn)大，最終此樁終止施工。此次試樁的三根樁施工周期均較長(zhǎng)，耗時(shí)均超過(guò)24h，在30～366h 間，其中ZJ3 未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且3 個(gè)樁位均出現(xiàn)多次塌孔。如繼續(xù)以中風(fēng)化巖為持力層，工期將大大延遲，嚴(yán)重影響項(xiàng)目后續(xù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致項(xiàng)目的后續(xù)節(jié)點(diǎn)不能按計(jì)劃完成，最終影響項(xiàng)目的利潤(rùn)。

6 優(yōu)化措施

根據(jù)初步試樁情況，建設(shè)單位邀請(qǐng)了福建省3 位專(zhuān)家，對(duì)本項(xiàng)目的灌注樁基礎(chǔ)進(jìn)行分析優(yōu)化。與會(huì)專(zhuān)家根據(jù)本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)計(jì)算情況，仔細(xì)研讀了地質(zhì)勘察報(bào)告，一致認(rèn)為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂/含礫石英砂巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)粉砂/含礫石英砂巖都屬于穩(wěn)定的巖石，未被擾動(dòng)，壓縮性極低，可作為灌注樁的持力層，單樁承載力特征值仍可按樁身砼強(qiáng)度控制?？纱蠓鹊臏p少樁基礎(chǔ)的長(zhǎng)度，進(jìn)而使施工工期有了保證。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，考慮到巖層面標(biāo)高變化大，且砂土狀和碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化層較厚，實(shí)際施工中提取出來(lái)的持力層土質(zhì)樣品，巖層上部區(qū)域強(qiáng)度相較于下部會(huì)低，與會(huì)專(zhuān)家一致認(rèn)定：若以碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖為持力層，樁須進(jìn)入持力層10m 以上；若以砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖為持力層，樁須進(jìn)入持力層30m 以上。要嚴(yán)孔樁底清孔工藝，樁底需進(jìn)行高壓注漿，以確保承裝質(zhì)量。構(gòu)造裂隙帶區(qū)域的樁，需要做超前鉆，以確定裂隙帶的深度和風(fēng)化巖的埋深。

7 試樁施工及靜載試驗(yàn)

根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)重新選取2 根樁進(jìn)行試驗(yàn)，分別為ZJ15（參考地質(zhì)勘察孔ZK20）和ZJ23（參考地質(zhì)勘察孔ZK24）。最終ZJ15 以碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化含礫石英砂巖為持力層，進(jìn)入持力層深度10.40m，地表標(biāo)高95.6m，樁底深度32.1m，有效樁長(zhǎng)30.5m；ZJ23 以砂土狀強(qiáng)風(fēng)化含礫石英砂巖為持力層，進(jìn)入持力層深度31.1m，地表標(biāo)高99.1m，樁底深度36.7m，有效樁長(zhǎng)33.6m。以上2 根樁進(jìn)入持力層深度均滿足專(zhuān)家意見(jiàn)的要求，同時(shí)樁底均進(jìn)行高壓注漿。樁基礎(chǔ)混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后，對(duì)這2 根樁進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)，為了檢驗(yàn)樁的實(shí)際極限承載力，最大試驗(yàn)荷載取 22 000kN。對(duì)ZJ15、ZJ23 樁采用慢速法加載進(jìn)行靜載試驗(yàn)，最大加載量22 000kN，Q-S 曲線如圖4 所示，靜載試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，兩根試樁均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，且樁身均未產(chǎn)生破損。從Q-S 曲線可以看出，樁頭總體沉降量小于4cm。在最大加載量22 000kN 加載時(shí)，曲線未出現(xiàn)陡降，這表明在最大加載量加載時(shí)，尚未達(dá)到極限狀態(tài)，故兩根試樁的單樁豎向抗壓極限承載力均可取22 000kN，即設(shè)計(jì)所取的9 000 kN 特征值滿足要求。

圖4 Q-S 曲線

表2 靜荷載試驗(yàn)結(jié)果

8 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)本項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)選型經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)，為類(lèi)似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)管控提供參考：

（1）地質(zhì)勘察階段確定樁基礎(chǔ)選型

本項(xiàng)目場(chǎng)地有部分坡地，地質(zhì)情況復(fù)雜。場(chǎng)地局部區(qū)域的雜填土層較厚，且碎塊石含量高，粒徑大。在地質(zhì)初勘階段，就與設(shè)計(jì)院分析比對(duì)了樁基礎(chǔ)的選型，并確定了沖（鉆）孔灌注樁為本項(xiàng)目最優(yōu)樁型，并為后續(xù)施工招標(biāo)及施工準(zhǔn)備工作提供了堅(jiān)實(shí)的依據(jù)，保證了項(xiàng)目的順利推進(jìn)。

（2）工程樁試樁階段驗(yàn)證設(shè)計(jì)成果并進(jìn)行修正

本項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)按最初設(shè)計(jì)采用中風(fēng)化巖層作為持力層，在初次的試樁發(fā)現(xiàn)，中風(fēng)化巖層埋深均在50～70m，且局部超過(guò)80m 以上，超過(guò)了機(jī)械的施工深度。如按原設(shè)計(jì)確定的持力層繼續(xù)進(jìn)行施工，工期和造價(jià)將大幅度的增加，且樁身質(zhì)量無(wú)法保證，部分樁無(wú)法鉆到中風(fēng)化巖層，無(wú)法成孔。建設(shè)單位根據(jù)試樁情況，組織福建省的3 位專(zhuān)家對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了修正，確定了碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂/含礫石英砂巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)粉砂/含礫石英砂巖可作為持力層，單樁承載力特征值仍可按樁身砼強(qiáng)度控制的方案，結(jié)合高壓注漿施工工藝。經(jīng)再次試樁并進(jìn)行靜載試驗(yàn)，最終試驗(yàn)結(jié)果均滿足要求。

（3）大規(guī)模施工的管控

大規(guī)模施工過(guò)程中，對(duì)每根樁初次進(jìn)入持力層的樣品認(rèn)定、進(jìn)入持力層的深度、孔底的清渣驗(yàn)收極其重要。為了保證樁身質(zhì)量，建設(shè)單位要求地質(zhì)勘察單位派專(zhuān)人駐場(chǎng)協(xié)助持力層的樣品認(rèn)定及孔底的清渣驗(yàn)收工作。持力層的樣品均留底并登記在冊(cè)，孔底的清渣情況通過(guò)攝像機(jī)拍攝的影響由建設(shè)單位、監(jiān)理及地質(zhì)勘察人員一同認(rèn)定，影像資料留底并登記在冊(cè)。

9 結(jié)論

通過(guò)上述內(nèi)容中對(duì)南平市某項(xiàng)目灌注樁基礎(chǔ)情況分析，能了解該項(xiàng)工程的作業(yè)條件，經(jīng)專(zhuān)業(yè)化工作隊(duì)伍的組建，細(xì)化各部門(mén)工作內(nèi)容與職責(zé)，既保證各環(huán)節(jié)中有具體負(fù)責(zé)人，又能在灌注樁設(shè)計(jì)管控環(huán)節(jié)中提出新要求、新標(biāo)準(zhǔn)，滿足后續(xù)大規(guī)模施工要求，加大對(duì)樁基礎(chǔ)質(zhì)量的控制力度，采用精細(xì)化管理模式，動(dòng)態(tài)化跟蹤與管控，確保各項(xiàng)工作順利驗(yàn)收，縮短周期，降低投資成本，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，還開(kāi)展了試樁工作，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果確定樁基礎(chǔ)類(lèi)型，在試樁階段修正設(shè)計(jì)結(jié)果，修正樁基礎(chǔ)持力層，大規(guī)模施工與管控，保留持力層的樣品，做好備案管理工作，為后期工程項(xiàng)目驗(yàn)收提供重要的參考依據(jù)，推進(jìn)項(xiàng)目按時(shí)完成，節(jié)省2 000 萬(wàn)元的成本，充分說(shuō)明灌注樁設(shè)計(jì)管控工作開(kāi)展的必要性，強(qiáng)化我國(guó)建筑行業(yè)綜合能力，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。