持力層埋深過大樁長過長如何解決且看人工挖孔灌注樁基礎優(yōu)化

1、持力層埋深過大、樁長過長，如何解決？且看人工挖孔灌注樁基礎優(yōu)化設計實例發(fā)表時間：2014-04-24某小區(qū)2幢28層剪力墻結構高層住宅原設計采用人工挖孔灌注樁基礎、按端承樁設計，試挖后發(fā)現(xiàn)持力層埋深過大、樁長過長，難以滿足施工要求，原設計單位嘗試改用沖（鉆）孔灌注樁也沒有成功。經研究分析，確認詳勘報告未準確反映實際地質情況、導致按其設計的基礎方案難以實施，并判斷出補勘報告提供的設計參數(shù)偏于保守、尚有潛力可挖，相應補充了基樁靜載試驗，獲得了比較準確可靠的人工挖孔灌注樁設計參數(shù)；考慮了樁側阻力對豎向抗壓承載力的貢獻，變更了樁端持力層，優(yōu)化了樁長和樁身配筋，在滿足承載力的前提下減少了人工挖孔灌注樁的

2、施工難度、降低了造價，使本工程恢復了正常施工；總結了本工程的經驗教訓，供類似工程參考。1、工程概況湖南省郴州市某住宅小區(qū)由北方某設計院（下文稱“原設計單位”）設計，其中2324#樓為28層剪力墻結構，結構總高度為80.5m，建筑面積分別為11764.5和12360.5m2，設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為乙級，抗震設防類別為標準設防類，基本地震烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，上部剪力墻結構的抗震等級為三級，100年一遇基本風壓為0.35kN/m2，建筑場地類別為II類。地下水對砼結構無腐蝕，對鋼結構有弱腐蝕性。設有一層地下室形成大底

3、盤將2328#住宅樓連為一體，見圖1。樁基施工前先開挖了基坑，現(xiàn)場自然地面與地下室底板標高基本持平，地下室底板面相對標高為-4.600m。2、地質情況和原基礎方案整個住宅小區(qū)的詳細巖土工程勘察報告由廣東某勘察單位提供。詳勘報告顯示場地的上覆土層厚度不大，基巖為中風化灰?guī)r，普遍埋深在1015米左右。原設計2324#樓采用人工挖孔灌注樁基礎，以中風化灰?guī)r為樁端持力層。在施工2324#樓前，由郴州市某勘察單位進行了超前鉆補充勘察，補勘報告指出：（1）按區(qū)域地質資料，擬建的2324#樓場地位于一區(qū)域性壓扭斷裂F1上，此斷裂活動年代較為久遠，不屬于全新世活動斷裂，斷裂本身對場地穩(wěn)定性不構成影響；（2）受

4、斷裂擠壓及巖性影響，2324#樓場地巖性雜亂破碎，穩(wěn)定的中風化炭質泥巖埋深在均30米以下，上覆有厚2030米的強風化炭質頁（灰）巖，巖體結構構造大部分已遭破壞，遇水后易軟化。受斷層的影響，強風化炭質頁（灰）巖中隨機分布有夾層狀、透鏡體狀的中風化灰?guī)r夾層。在24#樓范圍內還上覆一定厚度的土層。補勘報告建議的設計參數(shù)見表1和2，典型地質剖面見圖2；2328#樓地下室平面圖（3）遠離斷裂帶巖體結構逐漸變好、強度較高且層位基本穩(wěn)定，大致以2328#住宅樓地下室1-A軸與1-B軸之間的后澆帶為界到25#樓地段，巖性以中風化砂巖、炭質砂巖為主，埋深在15米以內。補勘報告與詳勘報告對2324#樓地質情況的描

5、述出入很大，是否能按原基礎設計方案實施存疑。為此現(xiàn)場曾選2根1000樁進行試挖，挖至超過20米仍未到達原設計要求的中風化巖層，施工遇到很大困難，原基礎方案若不作重大調整，將導致樁長過長、難以滿足施工要求。原設計單位曾嘗試將基礎修改為沖（鉆）孔灌注樁，仍以中風化巖為持力層。施工單位選3根800樁試沖，結果并不成功：3根樁在施工過程中都出現(xiàn)不同程度的塌孔現(xiàn)象，耗時715天才完成1根樁，灌注樁身混凝土充盈系數(shù)達2.12.7。工程被迫停頓下來，建設單位向我們咨詢處理方案。3、基礎優(yōu)化設計方案3.1 方案比選分析經過踏勘現(xiàn)場、與相關單位技術人員交流以及查閱原設計圖紙、詳勘報告和補勘報告等技術資料，確認詳

6、勘報告沒有準確反映2324#樓實際地質情況、導致按其設計的基礎方案難以實施，因此按補勘報告對基礎優(yōu)化設計方案進行了分析。23#樓地質條件相對較好、第4層強風化炭質頁（灰）巖層面位于自然地面，經過地基承載力的深寬修正后采用筏形基礎是可能的；24#樓地質條件相對較差，表層土經過地基承載力深寬修正后仍不滿足要求。由于兩幢大樓緊鄰，中間僅留300mm寬變形縫，若兩幢大樓采用不同的基礎形式，則兩樓相連處不論采用那種基礎形式，必定使其中一幢大樓存在較大沉降差，因此否決了筏形基礎。據了解郴州當?shù)赜心Σ炼顺行腿斯ね诳坠嘧兜某晒Π咐?guī)范1有保證發(fā)揮其側阻力的技術措施，因此初步考慮改以第4層強風化炭質頁（灰）

7、巖為樁端持力層、采用摩擦端承型人工挖孔灌注樁，干作業(yè)挖孔同時避免了持力層遇水軟化的風險。按原設計樁徑、以表2參數(shù)初步估算，最少樁長為26m，在地質條件較差的24#樓樁長就更大了。郴州當?shù)厥┕ぐ嘟M一般只承接樁長15米以內的挖樁任務，樁長超過20米基本找不到施工班組承接，改成摩擦端承型人工挖孔灌注樁似乎也不可行。結合有關文獻經驗數(shù)據，對補勘報告進行研讀、判斷后，我們認為表1和表2的數(shù)據偏于保守、尚有潛力可挖，例如干作業(yè)成孔的人工挖孔樁設計參數(shù)反而比濕作業(yè)的鉆（沖）孔樁低，與規(guī)范經驗規(guī)律不符12；第4層強風化炭質頁（灰）巖內摩擦角過小，一般應在28o以上35；該層地基承載力特征值也偏小，按重型圓錐動

8、力觸探N63.5=11.7推算可取480kPa67。因此我們向建設單位建議，選取有代表性的地段進行基樁靜載試驗，為安全而經濟地設計人工挖孔灌注樁提供比較準確的參數(shù)。3.2 補充基樁靜載試驗現(xiàn)場在地質條件相對較差的24#棟純地下室選取了3根1000人工挖孔灌注樁，開挖樁長20m，以第4層強風化炭質頁（灰）巖為樁端持力層。由長沙某檢測單位采用自平衡法8進行基樁靜載試驗，根據檢測結果推薦的設計參數(shù)見表3。設計參數(shù)有較大提高，為優(yōu)化設計創(chuàng)造了有利條件。4、基礎優(yōu)化設計要點根據補勘報告、基樁靜載試驗報告以及原設計單位提供的基礎荷載數(shù)據，以基礎頂面為界對2324#樓基礎進行了優(yōu)化設計，以2328#樓地下室

9、平面1-A軸與1-B軸之間的后澆帶為設計范圍邊界，見圖3。采用摩擦端承型人工挖孔灌注樁，樁徑800（擴大頭1600）和1000（擴大頭2000），以第4層強風化炭質頁（灰）巖為樁端持力層。樁身混凝土強度等級為C30（抗拔樁為C35），護壁混凝土強度等級為C30，承臺混凝土強度等級為C35，采用HRB335鋼筋。2324#樓基礎優(yōu)化設計平面圖4.1 單樁豎向承載力的計算經溝通了解，表3中樁極限側阻力qsik是按名義樁徑1000mm推算的，在優(yōu)化設計時樁身周長u也按名義樁徑計算。另外工程樁雖然屬于大直徑樁，但設計參數(shù)是通過靜載試驗測出的、直接反映了工程樁極限側阻力和極限端阻力的尺寸效應，表3中qs

10、ik和qpk已經包含了規(guī)范1所要求的尺寸效應系數(shù)sik和pk，故優(yōu)化設計時單樁豎向抗壓極限承載力按式（1）計算（式中各符號定義見規(guī)范1）：800單樁豎向抗壓極限承載力Quk=7700kN，1000樁Quk=11000kN，均布置在塔樓范圍。4.2 樁長的優(yōu)化 豎向抗壓樁原基礎方案按端承樁進行設計，以中風化灰?guī)r為樁端持力層，要求各樁進入樁端持力層的深度（下文用“H1”表示）均為0.5m。優(yōu)化設計時考慮了樁側阻力對豎向抗壓承載力的貢獻，豎向抗壓樁H1值最大為12.9m。如果仍保持各樁H1值固定不變，則豎向抗壓樁最大樁長將達23m，仍不能滿足郴州當?shù)赝跇兜目墒┕ば砸?。鑒于人工挖樁過程相當于大直徑鉆

11、探，挖至持力層后每樁的上覆巖土層類型和厚度是可知的，可按所需的總側阻力確定各樁的H1值和樁長。我們對豎向抗壓樁提出了如下挖樁終孔原則：1）持力層巖面位于自然地面時，H1=12.9m；2）施工中記錄每樁的上覆巖土層類型和厚度，并由施工、監(jiān)理和甲方等簽字確認；3）根據施工記錄，從承臺底面起每遇1m厚填土，H1可減少0.25m；每遇1m厚粉質粘土，H1可減少0.58m；每遇1m厚泥質頁巖，H1可減少0.67m。例如，某樁遇有4米粉質粘土、以下為強風化炭質頁(灰)巖，則有效樁長=粉質粘土厚度+ H1 =4+(12.9-4×0.58)=14.6m。終孔原則的第3）點本質上就是按上覆巖土層qsi

12、k的比例折減H1最大值。由此有效樁長控制在12.9m17.9m之間，在保證單樁承載力的前提下減少了樁長，滿足了郴州當?shù)乜墒┕ば缘囊??？拱螛对诩兊叵率也课?，需要設置抗拔樁來抵抗地下水的浮力，樁徑1000（擴大頭2000），以第4層強風化炭質頁（灰）巖為樁端持力層，單樁抗拔承載力特征值Rat=1500kN。原設計抗拔樁的終孔要求與抗壓樁相同。我們經過復算后發(fā)現(xiàn)H1最大值取6.6m就可滿足要求，而且純地下室的上部荷載不大，不考慮地下水作用時對應的豎向抗壓承載力需求不大，僅考慮擴大頭端阻力已有很大的富裕。因此優(yōu)化設計中抗拔樁H1最大值取6.6m，同樣按上覆巖土層qsik的比例折減H1最大值，有效樁長

13、控制在6.6m14.7m之間。4.3樁身配筋的優(yōu)化 豎向抗壓樁在地質條件相對較差的24#棟，豎向抗壓樁采用比原設計更大的縱筋配筋率予以適當加強，縱筋等截面通長配置。在地質條件相對較好的23#棟，在滿足規(guī)范構造要求的前提下，豎向抗壓樁縱筋比原設計略有減少，長短筋間隔通長配置。抗拔樁驗算樁身承載力時，發(fā)現(xiàn)原設計抗拔樁配筋不足。經分析估計是原設計沒有將單樁抗拔承載力特征值Rat乘以荷載分項系數(shù)轉換成荷載設計值所致，因此對抗拔樁的配筋作必要的加強，并按規(guī)范1要求驗算其裂縫寬度。通過提高樁身混凝土強度等級至C35、采用細而密的縱向鋼筋等措施，使樁身最大裂縫寬度滿足了規(guī)范1限值要求（lim=0.3mm）。

14、5、施工問題的處理人工挖孔灌注樁的施工安全需引起高度重視，在設計文件中強調了“跳挖”等施工安全措施。先前現(xiàn)場試挖的2根1000樁，既沒有做擴大頭也沒有澆注樁身混凝土，開挖后放置已有一年時間。鑒于該2根樁持力層長期泡水，故要求繼續(xù)開挖、直至穿越受泡水變軟的影響范圍后方可做擴大頭，并要求繼續(xù)開挖該2根樁前，檢查和修補破損的護壁，必要時加鋼護筒。6、結論通過基礎優(yōu)化設計，既減少了人工挖孔灌注樁施工難度又降低了造價，使本工程恢復正常施工，基礎施工已順利完成并通過驗收，目前正在施工上部結構。為了監(jiān)測樁基變形的進展情況，共設置了31個沉降觀測點，由于工程正在施工，沉降觀測將持續(xù)進行?？偨Y本工程的經驗教訓，以供類似工程參考：（1）巖土工程勘察報告應準確反映工程場地實際情況，這是成功開展工程建設的前提。由于詳勘報告資料不準，本工程建設單位在工期和資金方面蒙受較大損失，如在詳細勘察階段適當加大在勘察費用和時間方面的投入，就有可能避免相關損失；（2）仔細研讀、正確使用巖土勘察報告（包括基樁靜載試驗報告的參數(shù)），是結構工程師應該具備的基本素質，文獻9歸納總結了相關的步驟和方法，可供讀者參考；