素混凝土灌注樁復(fù)合地基在廈門某高層中的應(yīng)用

廈門地處沿海，多島嶼，地層巖性分布主要以花崗巖和凝灰?guī)r為主，地層分布不均勻，各地質(zhì)層面起伏大，層內(nèi)風(fēng)化差異變化大，多含強(qiáng)風(fēng)化夾層，對(duì)樁基施工不利。在當(dāng)前用地緊張、經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的時(shí)代，建筑物向高聳發(fā)展，上部建筑荷載越來(lái)越大，已不是一般的地基土所能承受，目前市場(chǎng)上的高層建筑一般都直接采用樁基方案，未能很好地利用基底土層的承載能力。本文介紹的素混凝土灌注樁復(fù)合地基相比較單一的樁基方案，具有充分利用和發(fā)揮地基土的承載能力，更經(jīng)濟(jì)的一種地基處理方法。

1 作用機(jī)理

素混凝土灌注樁復(fù)合地基與水泥土粉煤灰碎石樁復(fù)合地基相似，其作用機(jī)理是通過(guò)樁對(duì)地基土的擠密作用，達(dá)到樁和土共同作用、共同承載上部荷載，其中樁仍為主要載體，承擔(dān)大部分地荷載作用。

使用素混凝土灌注樁復(fù)合地基處理方法需要滿足一定條件:(1)擬建建筑物的基底土層為具有一定承載能力的土層。(2)區(qū)內(nèi)具有能提供摩擦樁樁體足夠側(cè)摩阻力的厚層黏性土層。其計(jì)算模型為:通過(guò)增強(qiáng)體單樁豎向承載力特征值計(jì)算公式計(jì)算出素混凝土灌注樁的承載力特征值Ra，進(jìn)而通過(guò)粘結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基計(jì)算公式:計(jì)算出復(fù)合地基承載力特征值，與基底單位平均荷重設(shè)計(jì)值進(jìn)行比對(duì)。滿足要求后，保證樁體本身的混凝土強(qiáng)度，設(shè)置一定厚度的褥墊層，使得樁和地基土形成復(fù)合地基達(dá)到共同承載的目的。

2 實(shí)例分析

某高層住宅樓位于傍山處，由多棟高層(25～27層)及裙樓組成，高約88m，地面以上為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地面標(biāo)高約12.0～15.0m，設(shè)一到兩層地下室，約4.50～9.80m，地下室底板標(biāo)高約5.40m，最大柱網(wǎng)間距為5.5×7.5m，基底單位平均荷重為450kN/m2。場(chǎng)區(qū)周邊東、西兩側(cè)距離現(xiàn)有住宅小區(qū)約20～40m。

3 地質(zhì)條件及分布特點(diǎn)

3.1 地質(zhì)條件

場(chǎng)地巖土層分布為表層填土、粉質(zhì)黏土、凝灰?guī)r殘積黏性土及凝灰?guī)r基巖風(fēng)化層等8個(gè)地質(zhì)單元組成，其性狀特征如下:①雜填土:稍濕，松散～稍密。厚度0.60～5.30m。②粉質(zhì)黏土:灰黃色，可～硬塑，以硬塑為主，濕，厚度3.30～9.50m。③可塑凝灰?guī)r殘積粘性土:灰黃色，可塑，濕，厚度1.00～10.20m。④可塑凝灰?guī)r殘積粘性土:灰黃色，可塑，濕，厚度約0.80 ～28.00m。⑤全風(fēng)化凝灰?guī)r:厚度 0.90 ～17.30m。⑥散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖:厚度1.10～19.50m。⑦碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖:厚度0.60 ～18.00m。⑧中風(fēng)化花崗巖:揭示厚度4.50 ～8.20m。

3.2 巖土層分布特點(diǎn)

(1)表層填土厚薄不一，碎石含量較大，約20～30%，局部分布填石，巖質(zhì)為中風(fēng)化凝灰?guī)r，粒徑分布0.3～0.5m;(2)填土以下為坡、殘積土層，含水率約23～35%，標(biāo)貫值呈上升趨勢(shì)，土層隨深度增加物理力學(xué)性質(zhì)越來(lái)越好;(3)基巖風(fēng)化層成層性較強(qiáng)，且相對(duì)較均勻，均是良好樁端持力層，但層內(nèi)分布中風(fēng)化孤石及強(qiáng)風(fēng)化球狀風(fēng)化體等不利埋藏物;(4)不利埋藏物分布:填石的鉆孔遇見(jiàn)率約2.7%，強(qiáng)風(fēng)化球狀風(fēng)化體鉆孔遇見(jiàn)率約13.5%，中風(fēng)化孤石鉆孔遇見(jiàn)率約27%;(5)地下穩(wěn)定水位位于地下室底板以下，便于工程基底施工，防止對(duì)地基土層的過(guò)分?jǐn)_動(dòng)。

4 基礎(chǔ)方案比選

本工程從巖土分布特點(diǎn)建議基礎(chǔ)方案一:采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁，以散體狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r層為樁端持力層，工期短，但需先開(kāi)挖至地下室底板標(biāo)高再進(jìn)行樁基施工，施工時(shí)遇見(jiàn)中風(fēng)化孤石及強(qiáng)風(fēng)化球狀風(fēng)化體，采用補(bǔ)樁措施處理?；A(chǔ)方案二:采用沉管灌注樁，以散體狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r層為樁端持力層，可從現(xiàn)地面進(jìn)行樁基施工，但工期較長(zhǎng)。方案三:基巖風(fēng)化層分布厚度大，且考慮有一定比例的中風(fēng)化孤石及強(qiáng)風(fēng)化球狀風(fēng)化體不利埋藏物分布，采用沖(鉆)孔灌注樁，以中風(fēng)化凝灰?guī)r為樁端持力層，但噪音污染嚴(yán)重，施工中泥漿排放空間小且對(duì)地基土的浸泡，影響土體強(qiáng)度。方案四:采用素混凝土灌注樁復(fù)合地基方案，地基土以坡殘積土為基礎(chǔ)持力層，灌注樁以全風(fēng)化凝灰?guī)r為樁端持力層。

綜合場(chǎng)地較平坦但尚未具備全面開(kāi)挖平整條件、工期緊等諸多因素，最終商定采用素混凝土灌注樁復(fù)合地基方案。

5 復(fù)合地基設(shè)計(jì)及施工

工程設(shè)計(jì)采用素混凝土灌注樁復(fù)合地基，地基土持力層以硬塑、可塑凝灰?guī)r殘積黏性土或粉質(zhì)黏土層為基礎(chǔ)持力層，素混凝土灌注樁以全風(fēng)化凝灰?guī)r為樁端持力層，樁體施工采用靜壓法，樁體取直徑600mm，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)選定4根樁進(jìn)行試樁試驗(yàn)，確定打樁參數(shù):貫入度、混凝土充盈系統(tǒng)及拔管速度。工程設(shè)計(jì)總樁數(shù)為422根，樁芯混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35(部分為C40)，鋼筋保護(hù)層為70mm。施工后復(fù)合地基承載力特征值fspk達(dá)到450kPa，硬塑、可塑凝灰?guī)r殘積黏性土或粉質(zhì)黏土層地基承載力特征值達(dá)到200kPa，靜壓沉管灌注樁承載力特征值達(dá)到1500kN即滿足設(shè)計(jì)要求。

靜壓沉管灌注樁施工工藝及施工順序以“場(chǎng)地平整及地上障礙物清理→測(cè)量放樣定位→設(shè)備進(jìn)場(chǎng)安裝調(diào)試→設(shè)備就位→樁尖鋼套管就位→靜壓沉管→達(dá)終壓條件、停止壓樁→灌注混凝土→振動(dòng)拔管、反插→單樁施工完畢、移機(jī)”進(jìn)行。靜壓沉管灌注樁施工有以下特點(diǎn):

(1)沉樁穿透能力強(qiáng):靜壓沉管灌注樁與靜壓預(yù)應(yīng)力管樁相比較而言，施工工藝更復(fù)雜一些，施工時(shí)間略長(zhǎng)，但在穿透雜填土層時(shí)，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，該工藝配備錐形樁尖，沉樁時(shí)可將小直徑填石擠出樁身位置，擠密填土間孔隙，實(shí)際施工過(guò)程較順利，僅在局部地段遇到淺層確實(shí)無(wú)法穿透或擠開(kāi)填石，采用機(jī)械挖除及時(shí)進(jìn)行處理。同時(shí)對(duì)于殘積土及全風(fēng)化巖層中局部出現(xiàn)的薄層強(qiáng)風(fēng)化球狀風(fēng)化體，加大壓樁力也能有效的穿透，到達(dá)預(yù)定的樁端持力層，保證樁體施工的順利進(jìn)行。

(2)具擠土效應(yīng):靜壓沉管灌注樁與市場(chǎng)上常用的靜壓預(yù)應(yīng)力管樁一樣，都屬于擠土樁，在沉(成)樁的同時(shí)，對(duì)樁周土產(chǎn)生了擠密作用，能一定程度的改良樁周土體的強(qiáng)度，提高了樁周土的地基承載能力。

(3)持力層選擇合理:巖土分布中可發(fā)現(xiàn)本區(qū)強(qiáng)風(fēng)化球狀風(fēng)化主要集中于全風(fēng)化凝灰?guī)r中下部，設(shè)計(jì)選擇以全風(fēng)化凝灰?guī)r為樁端持力層，通過(guò)計(jì)算，只要樁端到達(dá)全風(fēng)化凝灰?guī)r淺部即可，如此可有效減小沉樁孤石遇見(jiàn)率，保證樁的順利施工。

(4)操作簡(jiǎn)單:采用靜壓法沉管灌注樁施工，控制容易，通過(guò)機(jī)載壓力表，可直觀讀取壓樁壓力值，沉(成)樁質(zhì)量穩(wěn)定可靠，確保樁身承載力滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成噪音污染。

6 復(fù)合地基成果檢驗(yàn)

6.1 地基基礎(chǔ)檢測(cè)

按地基處理規(guī)范要求，樁基施工完成后，樁身混凝土齡期達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，同時(shí)地面開(kāi)挖至地下室底板標(biāo)高，對(duì)處理后的單樁復(fù)合地基及單樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，樁周地基土進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)。

單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn):共選擇6組，采用2400mm×2400mm的方形承壓板，按最大試驗(yàn)荷載900kPa進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，樁頂?shù)淖罱K沉降量一般約30～33mm，最大約48mm，殘余變形約16～17mm。

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn):共選擇5根，按單樁豎向抗壓極限承載力3000kN進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，樁頂?shù)淖罱K沉降量一般約13～21mm，殘余變形約4～7mm。

地基土淺層平板載荷試驗(yàn):隨機(jī)選擇1點(diǎn)，試驗(yàn)土層為粉質(zhì)黏土，采用1000mm×1000mm方形承壓板，按最大試驗(yàn)荷載400kPa進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)，最大沉降量約32mm，殘余變形約12mm。

選取85根樁，約總樁數(shù)20%工程樁進(jìn)行小應(yīng)變動(dòng)測(cè)試驗(yàn)，樁身完整性檢測(cè)結(jié)果均為Ⅰ類、Ⅱ類樁，未出現(xiàn)Ⅲ類樁。

檢測(cè)結(jié)果表明:通過(guò)規(guī)范施工，復(fù)合地基、素混凝土灌注樁、樁周地基土的承載力特征值及樁身完整性均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6.2 建筑物沉降

后期隨上部主體結(jié)構(gòu)的建設(shè)，沉降量逐漸增加，在主體結(jié)構(gòu)及竣工驗(yàn)收后，測(cè)得建筑物最終沉降量為16～34mm，均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)，單棟建筑物沉降差較小，且較均勻。

結(jié)合檢測(cè)及觀測(cè)數(shù)據(jù)，本區(qū)采用的素混凝土灌注樁復(fù)合地基基礎(chǔ)方案，是合理、行之有效的地基處理方法。

7 結(jié)束語(yǔ)

本工程從巖土分布特點(diǎn)、工期、經(jīng)濟(jì)、周邊環(huán)境等方面的影響，否定了預(yù)應(yīng)力管樁、人工挖孔灌注樁及沖(鉆)灌注樁的使用，選擇了素混凝土灌注樁復(fù)合地基，充分發(fā)揮了地基土承載力，縮短沉管灌注樁的樁長(zhǎng)，減小樁數(shù)，同時(shí)滿足了質(zhì)量和工期的要求，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在有孤石及強(qiáng)風(fēng)化球狀風(fēng)化體且較厚層黏性土層分布的相似工程中可以借鑒。

[1]JGJ79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范.

[2]JGJ106-2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范.