季節(jié)性凍土地區(qū)灌注樁的設計

方 艷，孫艷春

(1.蘿北縣寶泉嶺農場水務局，黑龍江蘿北154211;2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

我國除在新疆北部天山、阿爾泰山部分地區(qū)，中西部的祁連山地區(qū)，西南部的青藏高原大部分地區(qū)及東北部的大、小興安嶺地區(qū)分布有多年凍土之外，絕大部分地區(qū)還分布有季節(jié)性凍土。在季節(jié)性凍土上設計建筑基礎，尤其是灌注樁基礎，抗凍拔承重穩(wěn)定性計算尤為重要。

1 多年凍土及凍脹力

具有負溫度或零溫度，其中含有冰且膠結著松散固體顆粒的土叫凍土。每年冬季凍結，夏季全部融化的土層我們稱之為季節(jié)性凍土。

建筑在凍脹土上的結構物，使地基土的凍脹變形受到約束，使得地基土的凍結條件發(fā)生改變，進而改變著基礎周圍土體的溫度，并且將外部荷載傳遞到地基土中改變地基土凍結時的約束力，地基土凍結時產生的凍脹力將反映在對結構物的作用上，引起結構的位移、變形。凍脹力分為切向凍脹力、法向凍脹力、水平凍脹力。

2 灌注樁成樁方法的選擇

根據成樁方法灌注樁可分為非擠土樁:干作業(yè)法鉆(挖)孔灌注樁、泥漿護壁法鉆(挖)孔灌注樁、套管護壁法鉆(挖)孔灌注樁;部分擠土樁:長螺旋壓灌灌注樁、沖孔灌注樁、鉆孔擠擴灌注樁、攪拌勁芯樁、預鉆孔打入(靜壓)預制樁、打入(靜壓)式敞口鋼管樁、敞口預應力混凝土空心樁和H型鋼樁;擠土樁:沉管灌注樁、沉管夯(擠)擴灌注樁、打入(靜壓)預制樁、閉口預應力混凝土空心樁和閉口鋼管樁。

成樁過程的擠土效應在飽和黏性土中是負面的，會引發(fā)灌注樁斷樁、縮頸等質量事故，對于擠土預制混凝土樁和鋼樁會導致樁體上浮，降低承載力，增大沉降;擠土效應還會造成周邊房屋、市政設施受損;在松散土和非飽和填土中則是正面的，會起到加密、提高承載力的作用。對于非擠土樁，由于其既不存在擠土負面效應，又具有穿越各種硬夾層、嵌巖和進入各類硬持力層的能力，樁的幾何尺寸和單樁的承載力可調空間大。因此鉆、挖孔灌注樁使用范圍大，尤以高重建筑物更為合適。

3 豎向極限承載力計算

設計采用的單樁豎向極限承載力標注值，設計等級為甲級的建筑樁基，應通過單樁靜載試驗確定，設計等級為乙級的建筑樁基，當地質條件簡單時，可參照地質條件相同的試樁資料，結合靜力觸探等原位試驗和經驗參數綜合確定，其余均應通過單樁靜載試驗確定，設計等級為丙級的建筑樁基，可根據原位試驗和經驗參數確定。

豎向極限承載力標準值按下式計算:

式中:Qsk、Qpk分別為總極限側阻力標準值和總端阻力標準值;qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值;qpk為極限端阻力標準值。

豎向承載力特征值按下式確定:

式中:Quk為單樁豎向極限承載力特征值;K為安全系數，取K=2。

4 抗凍拔穩(wěn)定性驗算

基樁的抗拔極限承載力標準值按下式計算:

式中:Tuk為基樁抗拔極限承載力標準值;ui為樁身周長;qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值;λi為抗拔系數。

抗凍拔穩(wěn)定性按下式計算

式中:Nk為按荷載效應標準組合計算的基樁拔力;ηf為凍深影響系數;qf為切向凍脹力;z0為季節(jié)凍土的標準凍深;NG為基樁承受的樁承臺底面以上建筑物自重、承臺及其上土重標準值;GP為基樁自重，地下水位以下取浮重度。

表1 土的切向凍脹力 MPa

通過樁基豎向承載力和抗拔承載力驗算后還應進行樁基的水平承載力計算，然后根據功能布置要求綜合確定樁基礎的布置，進尺及結構尺寸。對于不滿足抗拔要求的樁基要進行基礎處理，或者加大灌注樁進尺長度、斷面尺寸。

5 結論

季節(jié)性凍土地基中的樁基的設計原則主要應考慮凍脹和膨脹對于基樁抗拔穩(wěn)定性問題，避免凍脹或膨脹力作用下產生上拔變形，乃至因累積上拔變形而引起建筑物開裂。因此，對于荷載不大的多層建筑樁基設計應考慮以下諸因素:樁端進入凍深線或膨脹土的大氣影響急劇層以下一定深度;宜采用無擠土效應的鉆、挖孔樁;對樁基的抗拔穩(wěn)定性和樁身受拉承載力進行驗算;對承臺和樁身上部采取隔凍、隔脹處理。

［1］羅戰(zhàn)友，等.未達到破壞的單樁極限承載力的灰色預測［J］.巖土力學，2004，25(2):304 －307.