高層建筑樁基礎計算深度淺析

黃遠

江蘇省水文地質工程地質勘察院 江蘇 淮安 223005

隨著國民經濟建設的發展，城市化進程加快，高層建筑不斷增多，樁基礎應用越來越多，越來越廣。對于技術人員來說在施工之前，勘察方案、孔深的確定需要勘察單位及時從設計方獲取相關資料。但現實工作中經常無法收集到詳細的設計參數。這對于剛工作不久的技術人員來說，如何確定合適勘探深度是個需要解決的問題。

1 上部荷載與深度的關系

1.1 基礎底面附加應力分析

建筑物通過基礎將上部荷載傳遞至基礎以下土體，樁端以下的土體由于受到上部附加應力的影響，產生壓縮變形[1]。對于設計而言，不僅基礎所在的持力層要滿足承載力需求，而且勘探深度內揭露的地層，還要滿足地基變形驗算的要求。

承載力滿不滿足要求判斷相對簡單，對于樁基礎，承載力主要由樁的側摩阻力和樁端阻力組成，如果設計方提供單樁軸向平均壓力值，則可通過《建筑樁基技術規范》計算單樁豎向極限承載力標準值，在軸心豎向力作用下，（當偏心荷載作用時尚應滿足為安全系數，不考慮地震作用）時，承載力滿足設計要求，然后通過經驗參數法計算確定樁長。對于不需要進行變形計算的建筑物，勘探孔深度達到預計樁長以下3～5d（d為樁徑），且不小于3m，對于大直徑樁不得小于5m[2]此時勘探孔深度=基礎埋深+樁長+3～5d（3或5m）。

實際工作中，設計方往往不提供具體的單樁軸向平均壓力值，甚至詳細的設計參數都無法搜集到，在這種情況下就需要我們可以通過經驗公式進行大致判斷，以確定初步的勘察方案。現階段高層建筑一般為框架結構加剪力墻，通常單層荷載可按16-20KN/m2考慮，地面以下部分按20KN/m2進行考慮，單棟高層建筑總重量為G:

式中：G為單棟高層重量（KN），S為框架結構柱網面積（m2），n1樓房層數，n2為地下室高度，α為單層荷載，根據情況按16～20KN/m2考慮。

1.2 樁的選型與布置

在上部荷載確定后，下一步要根據場地地質條件，結合擬建建筑物情況、周圍環境、質量便于控制、樁基成本和本地區建筑樁基施工經驗等因素綜合考慮具體的樁型和布置。

根據成樁過程中有無擠土效應，將樁分為擠土樁、非擠土樁和部分擠土樁。

成樁過程中的擠土效應在飽和黏性土中是具有負面作用的，如果采用的樁型是灌注樁，會導致斷樁、縮頸等成樁事故。對于混凝土預制管樁和鋼樁，在發生擠土效應時，會導致樁體上浮，從而導致承載力比設計要小，增大沉降。同時擠土效應還會造成周邊房屋、市政設施受損。在松散土個填土中，擠土效應起到加密作用，提高地基土承載力。

對于非擠土樁，因為其不存在擠土的負面作用，又可以穿越各種硬夾層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，尤其對于高層建筑物更為適合。

樁基的布置最小中心距應符合《建筑樁基技術規范》表3.3.3的規定，當施工采取減少擠土效應的可靠措施時，可根據地方經驗適當減少。

根據樁基最小中心距S，結合建筑物基礎輪廓線進行滿堂布設，從而可以得出單棟建筑物的樁的總根數n。

1.3 樁長分析

當考慮承臺效應[3]不考慮地震作用：

樁基總根數可以根據樁基施工工藝，在滿足規范的前提下假設樁間距進行試算。

根據樁基規范所給出的經驗參數法，通過查表獲得參數，進而便能求出樁長L。

當單樁承載力滿足要求且持力層厚度也滿足要求時，勘探孔深度=基礎埋深+樁長+3～5d（3或5m），如果持力層厚度不滿足要求，可適當加深。實際施工中，常遇到某一持力層承載力較高，但是厚度較薄，剛工作的技術人員對于該層能否作為持力層不是很確定。實際施工中持力層厚度大致可以這樣推算，樁要比較充分發揮持力層端阻力，持力層厚度一般需要2～3d，要保證不發生沖切破壞持力層厚度一般需要3～5d。如果采用的是預制樁，而預制樁施工過程中是以貫入度控制為主，持力層太薄很容易在沉樁施工中發生打穿持力層的情況，因此采用預制樁的持力層厚度值要求就更大一些。

2 變形對深度的影響

總變形為樁身壓縮量與樁端以下土層計算深度內的壓縮量之和[4]當樁長較短時，樁身壓縮量可忽略不計，僅考慮土層的壓縮變形。

對于需要進行樁端下臥層的承載力驗算或者是樁基礎沉降驗算的情況，控制性鉆孔孔深應該達到群樁樁基沉降計算深度以下1～2m，群樁樁基計算深度宜取樁端平面以下附加應力為上覆土層有效自重應力的20%時的深度。或按照樁端平面以下1～1.5B（B為基礎寬度）[5-6]當在該深度以上提前遇到穩定基巖層，穩定基巖壓縮性很低的情況下，控制性鉆孔至該層基巖一定深度即可。

2.1 應力比法

對于單樁、單排樁、疏樁復合樁基礎的最終計算深度，可按應力比法確定。

它的意義是：附加應力隨深度增加而擴散，到達一定的深度之后，附加應力引起的土層壓縮量就可忽略不計。地基的沉降量只要計算到該深度就可以了。

3 實例計算

3.1 工程概況

張家港地區某安置小區工程，項目主要由3幢15層、4幢17層、2幢26層2幢31層、1幢32層的高層、商業、物業與地下車庫組成，室外地坪標高為3.0m，主樓基礎埋深約6m，擬采用剪力墻結構，樁筏基礎；地下車庫層高3.7m，底板埋深約5.7m，頂板埋深約1.5m，擬采用框架結構。擬建樓房每層高度按照2.9m計算，單層荷載按照16kpa計算，單樁極限承載力要求按照單層100kN計算。以最高建筑為例，32層建筑尺寸12×60m。

3.2 數據分析計算

預制樁樁徑一般0.4～0.6m，取平均值0.5m，根據上述持力層厚度要求，②4～②11層均滿足要求。根據設計要求樁承載力要求按照單層100kN計算，即單樁豎向極限承載力標準值

根據《建筑樁基技術規范》公式5.3.5計算樁長，計算樁頂標高從基礎地面算起。

通過分層計算結果如1所示。

表1 單樁豎向極限承載力標準值

根據表1，持力層位于②8層時單樁豎向極限承載力標準值滿足設計不小于3200kN的要求，此時樁長為32m，基礎埋深為6.0m。②8層為粉砂，樁端全斷面進入持力層不小于1.5d（計算過程已包含該深度），根據勘探孔深度=基礎埋深+樁長+3～5d（3或5m）：

勘探孔深=6.0+32.0+3～5=41～43m。

對于單樁、單排樁、疏樁復合樁基礎的最終計算深度，可按應力比法確定。

該高層采用樁筏基礎，這里假設承臺底地基土不分擔荷載，計算以單樁基礎為主，土的重度取19.5kN/m3，z-樁端平面至計算變形深度距離。

4 結論

該項目在實際施工中32層主樓控制孔實際施工孔深為65m，滿足樁基礎沉降驗算的要求，滿足設計所提的要求。報告已通過張家港市地區圖審中心的審查。勘探深度的確立，對于長期從事勘察行業的技術員來說，是個相對簡單的問題。但對于剛開始學習編制報告的技術人員來說，深度的確定是整個工作的重中之重，規范和已有資料對這個問題要求比較模糊，本文依托實際勘察項目，梳理了勘探孔孔深確立的整個過程。通過該項目的計算，可以為剛工作的技術人員確定勘探孔孔深提供一定的借鑒，更好的完成施工項目，給出詳細巖土工程資料和施工圖設計、施工需要的巖土參數。