扶西項(xiàng)目場(chǎng)地地質(zhì)條件及長(zhǎng)螺旋施工支護(hù)樁受力分析

曾維楚 戴小岳

通過對(duì)融創(chuàng)佛山扶西項(xiàng)目場(chǎng)地詳細(xì)地勘，對(duì)基礎(chǔ)支護(hù)方案的進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。在對(duì)擬采用的2種支護(hù)樁類型的優(yōu)缺點(diǎn)、可行性、設(shè)計(jì)施工難易度做了較為詳細(xì)的評(píng)估之后，最終擬定長(zhǎng)螺旋施工支護(hù)樁為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案。為了證明該方案的安全性，對(duì)采用長(zhǎng)螺旋支護(hù)樁的該基坑進(jìn)行了有限元的計(jì)算與分析，結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方案具有較高的安全儲(chǔ)備，在變形與強(qiáng)度方面均滿足設(shè)計(jì)要求。最后，提供了幾點(diǎn)對(duì)該工程具有一定實(shí)用價(jià)值的建議與結(jié)論。

地質(zhì)條件; 支護(hù)樁; 基礎(chǔ)類型; 有限元分析

TU94+2 A

［定稿日期］2022-04-21

［作者簡(jiǎn)介］曾維楚（1986—），男，本科，工程師，從事巖土工程施工與技術(shù)管理工作。

1 工程概況

融創(chuàng)佛山扶西項(xiàng)目位于南海區(qū)扶西工業(yè)區(qū)，海五路以北、貨站路以東，項(xiàng)目被濱河路分割為2個(gè)地塊，總用地面積為72 963.73 m2。全場(chǎng)區(qū)設(shè)置2層地下室。

2 基礎(chǔ)方案分析與評(píng)價(jià)

2.1 基礎(chǔ)方案

（1）場(chǎng)地內(nèi)以素填土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、中砂等為主，軟土厚度較大，易液化土層相對(duì)發(fā)育，本項(xiàng)目擬采用樁基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)條件情況，主樓采用鉆孔灌注樁，以中、微風(fēng)化巖作為樁端持力層［1］。

（2）對(duì)于商鋪及其他裙樓部分，擬采用預(yù)應(yīng)力管樁，以強(qiáng)風(fēng)化巖層為樁端持力層。

2.2 樁基礎(chǔ)成樁可行性分析

2.2.1 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

該地塊擬建高層建造，建議根據(jù)建筑上部結(jié)構(gòu)、荷載及建筑沉降變形要求，采用鉆孔灌注樁，選擇連續(xù)中、微風(fēng)化基巖作為樁端持力層，樁長(zhǎng)、樁徑根據(jù)地質(zhì)情況和上部荷載綜合確定。采用樁徑1.2～1.6 m，預(yù)估樁長(zhǎng)40～50 m，嵌入中、微風(fēng)化巖深度應(yīng)不少于1d或按設(shè)計(jì)要求嵌巖［2］，需防止噪音及泥漿對(duì)周邊環(huán)境造成污染。

單樁豎向承載力估算對(duì)于鉆（沖）孔灌注樁，設(shè)計(jì)時(shí)，單樁豎向承載力特征值按下式進(jìn)行評(píng)估：

Ra=u∑qsiali+upC2frshr+C1frpAp

（DBJ15-31-2003《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》）

最終單樁豎向承載力特征值由成樁后的荷載試驗(yàn)確定，樁基設(shè)計(jì)參數(shù)須結(jié)合佛山禪城區(qū)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)取值［3］。

場(chǎng)地中風(fēng)化碎屑巖為軟化巖石，因此在本工程中，中風(fēng)化碎屑巖的frs和frp取5.00 MPa， C1取0.24，C2取0.032；中風(fēng)化灰?guī)r的frs和frp取10.00 MPa，C1取0.3，C2取0.04；微風(fēng)化灰?guī)r的frs和frp取25.0 MPa，C1取0.40，C2取0.045。

另外，對(duì)高層塔樓端承樁樁位應(yīng)做超前鉆，進(jìn)一步探明樁端基巖的完整性及強(qiáng)度，超前鉆的深度應(yīng)加深一些。

2.2.2 預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)

對(duì)于商鋪及其他裙樓部分，經(jīng)分析可以采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，樁徑首選500 mm～600 mm，預(yù)估樁長(zhǎng)25.0～35.0 m。采用錘擊法（或靜壓法）沉樁，嚴(yán)格以貫入度作為終樁條件，以強(qiáng)風(fēng)化巖為樁端持力層。樁長(zhǎng)因地而異，以柱狀圖及剖面圖為樁長(zhǎng)配樁依據(jù)。局部地段強(qiáng)風(fēng)化巖厚度較小或局部缺失，容易造成上軟下硬、軟硬突變的現(xiàn)象，因此樁端進(jìn)入持力層時(shí)要嚴(yán)格控制樁的貫入速度，因?yàn)闃抖诉_(dá)到中風(fēng)化巖面時(shí)，沖擊能量過于集中容易造成打爛樁頭和斷樁現(xiàn)象。

對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁及未進(jìn)入中、微風(fēng)化巖的灌注樁，單樁豎向承載力特征值按廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ 15-31-2003《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.2.3條提供的公式進(jìn)行計(jì)算；最終單樁豎向承載力特征值由成樁后的荷載試驗(yàn)確定。樁基設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合地區(qū)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)取值。計(jì)算公式為：

Ra=qpaAp+u∑qsiali

由于施工工藝和方法的原因，樁基礎(chǔ)施工往往會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，比如在施工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、擠土效應(yīng)等，具體分析：

（1）振動(dòng)的影響：目前，樁基礎(chǔ)的形式多種多樣，施工方法也不盡相同。有些樁基礎(chǔ)施工對(duì)周圍環(huán)境影響較大，如在錘擊樁的施工中，打樁振動(dòng)容易造成附近建筑物墻體、地面等出現(xiàn)裂縫；鉆孔灌注樁雖可以避免上述不良影響，但當(dāng)樁穿過砂層時(shí)，若未能及時(shí)用泥漿護(hù)孔，則會(huì)造成涌砂、塌孔等，對(duì)周圍已有建筑物構(gòu)成威脅。因此，在城市建筑密集區(qū)，對(duì)樁基礎(chǔ)施工方法進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)盡量避免采用振動(dòng)或捶擊式樁基礎(chǔ)。

（2）擠土效應(yīng)是指樁入土?xí)r擠開相應(yīng)體積的土體，在樁周土體中產(chǎn)生較高的超孔隙水壓力。經(jīng)擾動(dòng)的土體極易蠕動(dòng)，表現(xiàn)為地表、淺層和深層土體發(fā)生豎向和水平位移。大量的土體位移會(huì)導(dǎo)致鄰近建筑物基礎(chǔ)的上抬、結(jié)構(gòu)的變形、地坪和墻面的開裂。

基于對(duì)于環(huán)境的不良影響，應(yīng)合理設(shè)計(jì)打樁的順序，減少擠土效應(yīng)。在場(chǎng)地一側(cè)有鄰近建筑物時(shí)，應(yīng)背離建筑物由近向遠(yuǎn)處打樁；在場(chǎng)地空曠的條件下，應(yīng)按先中央后周圍，由里及外的順序打樁；區(qū)域大時(shí)，采用跳打可使鄰近建筑物變形趨于均衡，減少差異變形，防止或減少建筑物的傾斜；區(qū)域小時(shí)，采用間隔打樁，可減少土體側(cè)向擠壓力；設(shè)置垂直排水通道，可加快超孔隙水壓力的消散，減少擠土現(xiàn)象；開挖防擠溝，進(jìn)一步隔斷打樁引起的擠土壓力及超孔隙水壓的傳遞途徑和減少淺層土的積壓，從而起到減少對(duì)鄰近淺埋管線和基礎(chǔ)的影響［4-5］。

3 長(zhǎng)螺旋施工支護(hù)樁有限元分析

本文采用大型有限元程序ABAQUS分析，ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題，ABAQUS是功能最強(qiáng)的非線性分析軟件，可應(yīng)用在建筑、勘查、地質(zhì)、水利、交通、電力、測(cè)繪、國土、環(huán)境、林業(yè)等領(lǐng)域［6］。

3.1 有限元模型的建立

扶西項(xiàng)目基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)平面見圖1，從圖1中可知，基坑兩側(cè)設(shè)置了水平支撐，中間狹長(zhǎng)部分未設(shè)置水平支撐，通過支護(hù)樁進(jìn)行支護(hù)，有限元計(jì)算以這部分為分析對(duì)象。

由于基坑范圍較大，計(jì)算中，取中間狹長(zhǎng)無橫撐部分作為有限元模型建模范圍，取土范圍為60 m×80 m×30 m，基坑開挖范圍為40 m×60 m×5.2 m，支護(hù)樁徑為0.85 m，長(zhǎng)度為20 m。土體本構(gòu)模型采用摩爾庫倫模型，根據(jù)地勘報(bào)告取土體參數(shù)如表1所示。

模型中，樁土相互作用采用界面單元處理。模型底部施加完全固定約束，在兩側(cè)施加豎直滑動(dòng)約束，模型表面則取為自由邊界。模型共計(jì)19 096單元，節(jié)點(diǎn)數(shù)17 810個(gè)，單元全部為實(shí)體單元。有限元模型如圖2、圖3所示。

3.2 分析結(jié)果

圖4為整體總變形云圖，可以看到基坑底部隆起，在基坑周圍有一定的變形，由于支護(hù)樁的作用，變形量只有5 mm左右，說明支護(hù)樁的支護(hù)作用明顯，證明證明設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)螺旋施工支護(hù)樁非常合理。

圖5～圖8這4幅云圖分別代表總變形、X方向變形、Y方向變形及豎向變形，樁頂?shù)淖冃瘟孔畲?，變形?guī)律符合實(shí)際情況，變形量控制在10 mm以內(nèi)。

圖9、圖10這2幅云圖分別代表支護(hù)樁軸向應(yīng)力及X方向水平應(yīng)力，最大軸向應(yīng)力為0.6 MPa，證明安全儲(chǔ)備較高，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

（1）本場(chǎng)地位于佛山沉降區(qū)，基巖的巖性為白堊系百足山組（K1b））褐紅色、灰紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及石炭系測(cè)水組（C1c）灰?guī)r等組成，風(fēng)化程度差異大，中、微風(fēng)化巖埋藏較深，施工中未發(fā)現(xiàn)明顯的破碎帶或斷裂構(gòu)造，基巖穩(wěn)定性良

好。適宜興建各類建筑物。

（2）場(chǎng)地內(nèi)第四系土層主要為素填土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、中砂等，根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》劃分，本工程的建筑場(chǎng)地土類型為中軟土，場(chǎng)地類別主要?jiǎng)澐譃棰蝾悺?chǎng)地內(nèi)發(fā)育易中等液化砂土，建筑場(chǎng)地處于對(duì)建筑抗震不利地段。

（3）鉆孔灌注樁（或旋挖樁）成樁難度不大，但該樁型在飽和砂土發(fā)育中易產(chǎn)生塌孔，在軟弱土及黏性土中易產(chǎn)生縮徑，要特別注意成樁質(zhì)量，同時(shí)注意泥漿對(duì)周圍環(huán)境和水體的污染。

（4）建議進(jìn)行試樁以確定施工參數(shù)，并進(jìn)行單樁靜載荷試驗(yàn)（或抗拔試驗(yàn)），以確定單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值或特征值。

（5）通過有限元計(jì)算分析可知，設(shè)計(jì)中采用的長(zhǎng)螺旋施工支護(hù)樁變形和強(qiáng)度均能滿足結(jié)構(gòu)安全要求，證明了設(shè)計(jì)是合理的。

（6）場(chǎng)地地基巖土工程地質(zhì)條件復(fù)雜，灰?guī)r巖面起伏變化較大，且存在溶洞、溶溝。溶、土洞的規(guī)模較大，對(duì)于單個(gè)溶洞、土洞一一查明，難度及工作量都比較大，溶洞、土洞的形成和發(fā)展，是有規(guī)律，但也是比較復(fù)雜的，即使是一柱一孔，有時(shí)也難以完全控制，因此建議在樓房基礎(chǔ)施工時(shí)，進(jìn)行超前鉆，以指導(dǎo)施工。

（7）基坑開挖后，坑底會(huì)出現(xiàn)一定面積的軟弱土層，以淤泥質(zhì)土為主，為高縮性軟弱土層，土體工程性質(zhì)較差，坑底應(yīng)進(jìn)行軟基處理，處理方法可采用素混凝土樁、水泥土攪拌樁形成復(fù)合地基基礎(chǔ)，在出現(xiàn)面積較小的地段則建議采用碎磚渣進(jìn)行回填。

參考文獻(xiàn)

［1］ 陳浩文，殷國樂，王艷麗，等.旋挖鈷機(jī)用氣動(dòng)潛孔錘反循環(huán)硬巖鉆進(jìn)技術(shù)［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程）.

［2］ 賈學(xué)強(qiáng)，張繼光，羅延嚴(yán)，等.旋挖鉆機(jī)碎巖計(jì)算方式的分析探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2017，44（6）：23-27，32.

［3］ 羅曉偉，車國喜，劉斯全.復(fù)雜環(huán)境工況下大型深基坑工程施工技術(shù)［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2017，44（2）：86-91.

［4］ 劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］. 2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［5］ 范崢，鐘久安，何非凡，等.高聚物復(fù)合堵水漿材在巖溶地區(qū)深孔帷幕灌漿中的應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2020，47（1）：86-90.

［6］ 馮濤，蔣良文，張廣澤，等.川藏鐵路雅康段隧道水熱害評(píng)估方法探討［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2016，33（5）：11-17.