對高層建筑采用不同持力層的分析

黃經安

(福建華東巖土工程有限公司 福建福州 350003)

對高層建筑采用不同持力層的分析

黃經安

(福建華東巖土工程有限公司 福建福州 350003)

本文根據國家和地區規范、規程的相關規定，對福建省腫瘤醫院診療中心大樓(26層，高99.9m)沖孔灌注樁持力層選用合理性進行計算。通過計算結果可知，采用不同風化巖層作為樁端持力層，在不同樁長的條件下，其單樁豎向極限承載力相近的結論，并經過沉降驗算，沉降量滿足規范要求。

沖孔灌注樁；持力層；樁側、樁端阻力標準值；單樁豎向極限承載力；沉降預測

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1 工程概況

福建省腫瘤醫院診療中心大樓總建筑面積77177.1m2，為26層，高99.9m，地面整平標高為7.25m，設計擬采用直徑為1.2m的沖孔灌注樁，樁身采用C35混凝土，要求單樁豎向承載力特征值為7200KN。根據巖土工程勘察報告，場地地質條件復雜，碎裂狀強風化花崗巖厚度1.1～32m，頂板標高為-52.02～-25.88m；中風化花崗巖頂板標高-75.07～-37.90m。該工程樁端持力層若采用中風化基巖，進入持力層深度1.0m，則沖孔樁樁長為46.15～83.32m，且需穿過厚度達32m的碎裂狀強風化巖，施工過程中會出現成孔困難，沉渣難以控制等問題。鑒于此，結合場地工程地質條件，建議工程最優方案采用中風化基巖與碎裂狀強風化巖相結合作為樁端持力層，但兩者之間樁端極限阻力標準值和樁基總沉降量存在差異較大關系，本文通過以下幾個方面進行論述和分析建議方案的合理性。

2 沖孔灌注樁的定義

沖孔灌注樁豎向承載力主要是靠樁側摩擦阻力和樁端阻力組成，且隨著樁的入土深度的增加，樁身的軸力逐漸減少，因此在一定范圍內樁身有效長度越長，對提高樁基承載力有明顯的作用。樁基設計應符合下列規定：①作用于樁上的荷載應按正常使用極限狀態下的標準組合，進行單樁承載力驗算；②單樁承載力特征值的確定：地基基礎設計等級為甲、乙級的沖孔樁，單樁豎向承載力特征值應通過單樁豎向靜載試驗確定。并通過測試結果建立極限側阻力標準值和極限端阻力標準值與土層物理指標、巖石飽和單軸抗壓強度以及與靜力觸探等土的原位測試指標間的經驗關系，以經驗參數法確定單樁豎向極限承載力。③樁身混凝土強度應滿足樁的承載力設計要求。④樁基沉降不得超過建筑物的沉降允許值。⑤施工時孔底沉渣厚度不應大于50mm。

3 碎裂狀強風化巖和中風化巖樁基設計參數取值

本工程取碎裂狀強風化巖進行點荷載試驗，對中風化巖進行飽和抗壓試驗。其試驗數據統計見(表1)：

表1 巖石室內試驗數理統計表

從(表1)統計結果并根據國標《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)(2009年版)中巖石堅硬程度分類，碎裂狀強風化巖屬于軟巖，中風化巖屬于較硬巖；本工程中風化花崗巖的RQD介于25.6～55.9%之間，根據國標《巖土工程勘察規范》(GB50021-2001)(2009年版)，場地巖石工程性質分類屬差類。

根據國標《建筑樁基技術規范》(JG J94-2008)對于嵌巖樁，在巖體完整、較完整情況下，樁端阻力采用“抗壓強度標準值”和“綜合系數ζr”確定。本場地巖石工程性質分類屬差類，節理裂隙發育，巖體完整程度為破碎～較破碎，因此不宜采用“抗壓強度標準值”和“綜合系數ζr”確定樁端阻力，應采用“查表法”確定。

根據現行國家和地區規范，對樁側、樁端極限阻力標準值取值存在一些差異，在福建省標準《建筑地基基礎技術規范》(DBJ13-07-2006)按地區經驗取值；在國標《建筑樁基技術規范》(JG J94-2008)，樁側阻力無規定，樁端阻力按照飽和單軸抗壓強度試驗由公式計算得出；在行標《高層建筑巖土工程勘察規范》(JG J72-2004)中按照飽和單軸抗壓強度試驗數值查表經地區經驗驗證后確定。

現根據不同現行規范標準進行取值，樁的極限側阻力標準值qsk(kpa)見(表2)，樁的極限端阻力標準值qpk(kPa)見(表3)。

表2 樁的極限側阻力標準值qsk(kPa)

表3 樁的極限端阻力標準值qpk(kPa)

根據上述表格中不同規范對碎裂狀強風化巖及中風化巖樁側阻力及樁端阻力對比，并結合當地工程經驗綜合分析后，沖孔灌注樁的樁基設計計算參數主要以地區規范作為參考，取值如下(表4)：

表4 樁基設計計算參數

4 單樁豎向極限承載力分析

根據《建筑樁基技術規范》(JG J94-2008)經驗參數法確定大直徑樁單樁極限承載力標準值，宜采用下式進行估算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsiklsi+ψpqpkAP

式中ψsiψp—大直徑樁樁側阻力、端阻力尺寸效應系數，ψsi=(0.8/d)m，ψp=(0.8/D)n

以樁徑為1.2m為例，選用碎裂狀強風化巖時樁端進入持力層15.0m，中風化巖時樁端進入持力層1.2m進行估算(注：本次估算值僅為樁端持力層段產生的極限豎向承載力標準值)，估算結果見(表5)：

表5 單樁極限豎向承載力標準值

從(表5)可知，樁端進入碎裂狀強風化巖15.0m與進入中風化巖1.0m的單樁極限豎向承載力標準值基本相近。

5 樁基沉降分析

根據陸培炎教授硬質巖石上的樁和軟質巖石上的樁其破壞及變形的決定因素是不同的結論[1]，對于硬質巖石，樁的強度取決于樁身混凝土的壓縮，樁的沉降主要取決于樁身的壓縮；對于軟質巖石，樁的強度取決于巖基強度，樁的沉降取決于巖基變形和樁身壓縮。本工程中風化巖飽和單軸抗壓強度frc≥30Mpa即為硬質巖石，碎裂狀強風化巖由點荷載強度試驗數值換算得出的抗壓強度R=11.0Mpa屬于軟質巖石，在樁端阻力相同的情況下，會產生不均勻沉降問題，因此在設計中應采用對入巖深度的控制以消除樁基的不均勻沉降。同時應注意檢測混凝土的質量，并嚴格控制沉渣厚度。對于持力層采用碎裂狀強風化巖的樁，其樁底沉渣厚度難以控制，采用樁底高壓注漿的方法。

為分析樁端持力層在硬質巖石中沉降主要取決于樁身的壓縮與軟質巖石中沉降取決于巖基變形和樁身壓縮的可靠性，為設計計算樁基入巖深度的控制提供依據，選取6#和128#樁(樁基平面位置見(圖1)、地層示意見(圖2))進行沉降理論預測和實際檢測結果對比分析，結果見(表6)。

根據國標《建筑樁基技術規范》(JG J94-2008)中規定，樁基最終沉降量可按下列公式計算：

表6 樁基沉降理論預測與實際檢測結果數據表

圖1 福建腫瘤醫院診療中心大樓樁基平面圖

圖2 樁基地層示意圖

根據(表6)對比結果，6#樁和128#樁在試驗荷載為7200KN時，預測沉降和實測沉降結果相差不大，在極限試驗荷載14400KN下，實測沉降結果大于預測沉降，表明樁底有一定量的沉渣，但兩種樁型的預測值或實測值在相同荷載條件下，總沉降量相近，且滿足規范要求。

綜上所述，本工程采用碎裂狀強風化巖與中風化巖共同作為樁端持力層的方案是可行的，且碎裂狀強風化巖的入巖深度不宜小于15m，應注意施工過程中的沉渣控制。

6 結語

經過用國標、行標及福建省省標對場地內碎裂狀強風化巖及中風化巖極限樁側、端阻力標準值取值，并根據樁基的沉降檢測結果，筆者認為該工程采用碎裂狀強風化巖與中風化巖相結合共同作為樁端持力層的建議是合適的，并對于碎裂狀強風化巖層所造成的沉渣過厚問題，采取高壓注漿的方法。同時應注意檢測混凝土的質量。

[1]陸培炎科技著作及論文選集(硬質與軟質巖石上樁的性狀)[M].北京：科技出版社，2006.

[2]中華人民共和國國家標準GB50021-2001(2009年版)，巖土工程勘察規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[3]JGJ94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[4]GB50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[5]JGJ72-2004，高層建筑巖土工程勘察規范[S].

[6]DBJ13-07-2006，建筑地基基礎技術規范[S].

Analysis of a high-rise building using different bearing layers

HUANGJing’an

(Fujian East China Geotechnical Engineering Co., Ltd, Fuzhou 350003)

In this paper，according to the national and regional rules and regulations，the Fujian provincial cancer Hospital medical building (26 floors，high 99.9m) calculated selection of bored pile bearing stratum of rationality. Through the results using different weathered rock stratum as the pile-tip bearing layers，in the conditions of different pile length，the pile vertical ultimate bearing capacity of the similar conclusions，and through the settlement calculation，settlement meet the requirements of specification.

Bored piles；Bearing layer； Piles and pile tip resistance value；The single pile vertical ultimate bearing capacity；Settlement prediction

黃經安(1983.4- )，男，工程師。

2015-01-21

TU4

A

1004-6135(2015)04-0063-03