某高層建筑部分樁基復核計算與補強

張 林

0 引言

廣州市區基底大部分是紅層，其巖性主要有泥質粉砂巖、含礫粗砂巖、礫巖和粉砂質泥巖。受地質構造、地下水等作用影響，廣州市紅層風化巖比較復雜[1]，主要有強度變化大、顆粒不均勻、軟硬夾層、遇水易軟化等問題。該高層建筑為17層框剪結構大樓，基礎采用人工挖孔灌注樁，單柱單樁，樁徑為1.2 m～1.6 m，樁長為9.0 m～14.0 m。由于跨度較大，要求樁端進入持力層(微風化巖層)0.5 m。根據抽芯檢測報告，該部分巖芯試樣試壓結果不符合設計要求的樁端持力層均為含礫粗砂巖或者礫巖。抽芯檢測結果顯示:樁端持力層均判斷為新鮮完整微風化礫巖，且無軟弱夾層，符合設計要求，但少數樁端持力層巖芯試樣試壓結果不符合設計要求。結構設計工程師經過樁基復核計算，單樁豎向承載力不能滿足設計要求。因此，對該部分人工挖孔樁采用注漿法對樁端持力層進行補強加固，以提高持力層的強度和減少樁基不均勻沉降。樁基加固后經過樁基靜載荷實驗，承載力滿足設計要求，沉降觀測結果符合規范要求。

1 場地工程地質條件

1.1 土層、巖層地質情況

根據勘察報告，鉆探揭露的地層有第四系填土層、沖積層粉質粘土、淤泥質土、粗砂、下伏基巖為下第三系寶月組(E2by2)礫巖。

1.1.1 土層部分

③淤泥質土:灰黑色，飽和，流塑，含有機質，層厚約1.1 m。

④粗砂、細砂:層厚約1.3 m，淺黃色，飽和，松散～稍密。

⑤殘積層粉質粘土:以粉質粘土為主，局部為粉土，層厚2.9 m ～11 m。

1.1.2 基巖部分(下第三系寶月組(E2by2)礫巖)

鉆孔揭露的基巖屬下第三系寶月組(E2by2)礫巖。場地基巖按風化程度有比較明顯的垂直分帶性。各風化巖層的特征如下:

①全風化礫巖:褐紅色，原巖結構可辨，巖芯呈堅硬土柱狀，局部碎石土狀，層厚約1.8 m。

②強風化礫巖:褐紅色，淺灰白間紫紅色，原巖結構可辨，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀;局部夾有中風化巖碎塊，層厚0.5 m～3.8 m。

③中風化礫巖:暗紅色、棕褐色，淺灰白間紫紅色，礫狀結構，層狀構造，巖質較硬，裂隙較發育，巖芯呈柱狀、塊狀;層厚0.5 m～4.1 m。

④微風化礫巖層:棕褐色，淺灰白間紫紅色，礫狀結構，層狀構造，膠結較好，膠結物為泥質、鈣質，遇鹽酸有起泡現象，巖質較硬，礫徑大小不等，不均勻，巖芯多呈柱狀，少量為塊狀，層厚5 m～10.1 m。局部夾有中風化巖，呈透鏡體狀，層厚0.5 m～3.8 m。

1.2 水文地質條件簡況

場地地下水位埋深0.4 m～3.5 m。地下水類型主要有孔隙潛水和基巖裂隙水。孔隙潛水主要分布在粗砂、細砂層中，基巖裂隙水主要分布在強風化和中風化層裂隙中，總體來說場地地下水水量不大。根據水質分析結果，地下水對混凝土結構無腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋有微腐蝕性。

1.3 各巖土層的巖土參數建議值

根據土工試驗和標準貫入的試驗成果，結合地區經驗，將各巖土層的巖土參數建議值列于表1。本工程人工挖孔樁的樁頭離地面1.1 m～2.2 m，樁內積水，樁基抽芯檢測后未用純水泥漿回灌封孔，各風化礫巖及其殘積土具有遇水易軟化的特點，軟化后其 fak，qsa，qpa等均降低。

表1 各巖土層的巖土參數建議值

2 樁基計算

2.1 單樁豎向承載力計算

根據規范[2]，單樁豎向承載力設計值N應符合:

其中，Ra為單樁豎向承載力特征值。

本工程經過樁基抽芯檢測，樁端持力層均判斷為微風化礫巖，符合設計要求，但其中有三根樁(樁號分別為29，33，64)樁端持力層巖芯試樣的飽和單軸抗壓強度標準值試壓結果，未能達到設計要求的20 MPa，不符合設計要求，詳細數據見表2。

表2 飽和單軸抗壓強度標準值 MPa

根據巖石飽和單軸抗壓強度標準值，采用規范[2]計算嵌巖樁的單樁豎向極限承載力標準值:

其中，qsik為第i土層樁側的極限摩阻力;frk為樁端持力層端阻力標準值;u為樁身外周長;li為第i層土的厚度;Ap為樁身截面面積。

采用表2中低值計算檢測樁的單樁豎向承載力，經過計算:29號，33號，64號樁單樁豎向承載力不能滿足設計要求。

2.2 樁基變形計算

樁基變形采用規范[5]的計算公式進行計算，根據抽芯檢測報告，樁端不存在軟弱下臥層，經計算最大的沉降量為s=s1+s2=3.7 mm，滿足規范要求。

3 樁基加固處理

根據基樁鉆孔抽芯檢測，樁端持力層均判斷為微風化礫巖，且無軟弱夾層，符合設計要求，但少數樁端持力層巖芯試樣試壓結果不符合設計要求。含礫粗砂微風化巖具有一定的裂隙發育，以及含礫粗砂巖顆粒分布的不均勻性等特點，由于樁基抽芯取樣時的偶然性和鉆孔抽芯的機械振動，試樣泡水等因素，經過多次組織相關專家論證，并綜合考慮上述因素，一直同意利用抽芯孔進行壓力灌漿，即先在抽芯孔上段進行埋管，采用靜壓灌漿法在孔內注入純水泥漿，漿液在一定壓力驅動下具有充填、壓密、滲透、擴散而進入風化巖中的空隙和裂隙中，產生膠結作用形成結石體，改善風化巖體的整體物理力學性質，達到增強樁基持力層的強度的目的，由于含礫粗砂巖微風化層具有一定的可灌性，可在樁端形成“擴大頭”，增加樁端截面積。此外，流動漿體在高壓力驅動下擴散滲透到樁側與巖(或土)的接觸面，提高樁側摩阻力。

對鉆孔抽芯發現巖芯試樣試壓結果不符合設計要求的樁，即29號，33號，69號樁，利用抽芯孔(樁徑1.2 m的樁2個孔;樁徑1.6 m的樁3個孔，孔徑101 mm)進行壓力灌漿。

4 樁基加固效果

4.1 樁基加固后承載力檢測

根據上述壓力灌漿加固樁基的機制，樁基加固后提高樁端截面積Ap和樁端持力層端阻力特征值qpk，樁側的摩阻力特征值qsik也有一定的提高。為了檢測樁基壓力灌漿加固效果，本項目選取29號樁進行豎向靜載荷實驗，29號樁徑1.4 m(擴大頭1.6 m)，根據靜載實驗結果分析，單樁承載力極限值能滿足設計要求。

4.2 沉降觀測

在本工程影響區域以外埋設3個水準基準點，在大樓的受力柱設置37個沉降觀測點。于2009年1月7日開始觀測，建筑物每上一層觀測一次，2009年5月27日工程封頂，2009年10月16日開始使用，觀測至沉降穩定，最后一次觀測時間是2010年8月12日。工程封頂后沉降觀測超過一年，觀測結果沉降最大值為3.10 mm，沉降最小值為0.16 mm。建筑物的地基變形允許值滿足規范[3]要求。

5 結語

本工程通過基樁鉆孔抽芯檢測，進一步查明場地工程地質條件，為樁基計算提供各巖土層的巖土計算參數。含礫粗砂微風化巖具有它自身的特點:一定的裂隙發育，以及含礫粗砂巖顆粒分布的不均勻性等，由于樁基抽芯取樣時的偶然性和鉆孔抽芯的機械振動，試樣飽和泡水等因素，極有可能判斷為微風化巖而抽芯試樣試壓結果不滿足設計要求。樁基加固后經過靜載實驗，承載力滿足設計要求，沉降觀測結果符合規范要求，說明樁基補強加固是有效的。

[1]伍四明.廣州市紅層風化巖的某些特征及其巖土工程評價[A].區域性土的巖土工程問題學術討論會論文集[C].北京:原子能出版社，1996:207-208.

[2]JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].