大直徑人工挖孔嵌巖樁在基礎設計中的應用

□王 文 □張文剛（河南省豫北水利勘測設計院）

1.工程概況

林州市藍鉆華庭6#樓位于藍鉆華庭小區內，建筑面積7762m2，為18層剪力墻結構。地下一層為貯藏室，一層為商業網點，2～18層為住宅部分，層高均為3.0m，第19層為電梯機房，層高4.2m，室內外高差0.45m，結構總高度54.45m。本工程抗震設防為丙類，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第二組，特征周期0.40s，剪力墻（及框架）抗震等級為三級，抗震構造等級三級。高層建筑基礎埋深取房屋高度的1/15，為1/15×54.45=3.63m，地下室結構計算高度為3.6m，筏板厚度取h=1000m m，筏板底標高為-4.6m，基礎埋深滿足規范要求。基礎持力層位于粉質粘土單元，該層地基承載力只有130kPa，采用天然地基不能滿足設計要求。并且該樓位于場地內西部，此處存在縱貫南北向排水溝，深度5.0～8.0m，寬約10.0m，溝內土質大部為后期回填土，不能作為持力層使用。筏板距離堅硬的石灰巖單元還有7.0m左右，因此基礎采用筏板+樁基礎，樁端嵌入石灰巖單元作為基礎。

2.場地工程地質條件

依據野外勘探、原位測試及室內土工試驗結果，該建筑場地在勘探深度范圍內的地層由上至下主要分為：

2.1 素填土單元

主要由粘性土組成，含少量灰渣、石塊及植物根系等，松散。層底埋深0.6～1.2m，層厚0.6～1.2m，平均厚度0.88m。

2.2 粉質粘土單元

黃褐色、紅褐色，可塑，具鐵錳質氧化物侵染現象，無搖振反應，切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等。層底埋深1.3～11.9m，層厚0.6～11m，平均厚度3.24m，承載力特征值f ak=130kPa。

2.3 石灰巖單元

灰白色、青灰色，隱晶質結構，成分以方解石為主，呈中風化狀，巖石堅硬，巖心較完整，裂隙較發。該層未揭穿，揭露最大深度15.0m，揭露最大厚度14.0m，承載力特征值f ak=2000kPa。

最大鉆探深度15.0m內未見地下水位，且場地內及其附近無地表水。

3.人工挖孔樁的設計

3.1 概述

根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）等相關規范進行計算。該樓基礎設計等級為乙級，基樁按照不同的分類方法，可分為摩擦樁、端承樁（按承載狀態分），分為擠土樁、部分擠土樁、非擠土樁（按成樁方法分），還可分為小直徑樁（d≤250m m）、中等直徑樁（250m m≤d≤800m m）、大直徑樁（d≥800m m）（按設計直徑d分類）。本工程采用人工挖孔擴底灌注樁（嵌巖樁），樁徑d=800m m，擴大頭直徑D=1200m m，基樁的最小中心距≥3.0d，根據《安陽大地勘探工程有限公司提供的巖土工程勘察報告(詳勘)》，以第3層灰白色石灰巖為樁端持力層，樁端阻力特征值qp=3000kPa，樁端進入持力層深度≥1.50m，滿足規范要求的嵌入較完整巖的全斷面深度不宜＜0.4d且≥0.5m的規定。

3.2 單樁豎向承載力計算（嵌巖樁）

3.2.1 單樁豎向極限承載力計算

Quk=Qsk+Qrk=uΣQsi k1 i+ζrf rkAp

注：Quk—單樁豎向極限承載力標準值；Qsk—土的總極限側阻力標準值；Qrk—嵌巖樁總極限阻力標準值；Qsi—樁周第i層土的極限側阻力；f r—巖石飽和單軸抗壓強度標注值；ζr—樁嵌巖段側阻和端阻綜合系數

根據樁基規范5.3.9條計算

H r/d=1.5/0.8=1.875ζr=0.89*1.2=1.068（H r為嵌巖深度）

表1 樁側阻力、端阻力特征值表

樁截面面積：Ap=3.14*1.2*1.2/4=1.13m2

將樁端、樁側阻力特征值帶入下式計算所得：

Quk=Qsk+Qrk=uΣQsi k1 i+ζrf rkAp=3621kN

3.2.2 單樁豎向承載力特征值計算

Ra=1/K*Quk（注：K 為安全系數，取 K=2）

Ra=1/K*Quk=1/2*3621=1811kN

3.3 荷載取值（標準值）與樁數確定

3.3.1 基礎以上荷載總值：124769kN

3.3.2 基礎筏板自重：25*454.8*1=11370kN

3.3.3 上述兩項荷載總和：136139kN

3.3.4 樁數n=136139/1811=75根

根據上述計算結果進行基礎樁位布置，樁間距按照d=2.4m進行排列，輸入PKPM系列結構計算軟件JCCAD程序中，進行驗算，樁基豎向承載力滿足樁基規范要求。

3.4 構造要求

樁身混凝土采用C35，樁主筋混凝土保護層厚度≥35m m，主筋采用H B400級（三級鋼）。樁身配筋率取0.75%，配筋面積為Ag=0.0075×3.14×800×800/4=3768m m2，主筋選用12根三級鋼d=20，樁頂縱向鋼筋錨入筏板內，錨入長度≥38倍縱筋直徑。箍筋采用螺旋式，直徑為8m m，間距200m m，樁頂以下5d范圍內箍筋加密間距為100m m；并且每隔2.0m設置一道焊接加勁箍筋，直徑14m m。樁的外緣至承臺邊緣的距離≥150m m，樁嵌入承臺內的長度≥100m m，詳見樁身構造詳圖。

圖1 樁身構造詳圖

3.5 其他要求

人工挖孔樁終孔時，應進行樁端持力層檢驗，并逐孔檢驗樁底下3m深度范圍內有無空洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質條件。單樁豎向極限承載力標準值、極限端阻力標準值應通過單樁靜載試驗確定，檢驗方法可按現行行業標準《建筑基樁檢測技術規范》JGJ106執行。試樁數不宜少于總樁數的1%，且不應少于3根。成樁后要對樁體完整性、承載力進行檢測,驗收合格后方可進行上部結構施工。樁施工過程中，要進行護壁，護壁的制備和處理要符合相關規范要求，護壁厚度為175m m，當樁凈距＜2500m m時，采用間隔開挖。樁的施工應符合《建筑樁基技術規范》中第六章及其他有關施工規范中要求，并注意施工安全。

4.結語

樁基工程是一項繁瑣而且復雜的工程，作為一名設計人員要從多方面考慮，結合建筑物的勘察報告仔細分析，選擇合理的樁基形式，這對于保證結構安全、節約投資、降低工程造價，起著舉足輕重的作用。林州市藍鉆華庭6#基礎施工已接近尾聲，從施工現場基槽開挖后的驗槽記錄以及基樁整體施工情況、驗樁記錄，說明該棟建筑物基礎在距離持力層較遠的情況下，選擇人工挖孔嵌巖樁這種樁基形式是符合實際情況的，是正確的選擇。