航材大廈樁基礎設計

霍保東1 孫雪蘭1 寇強干2

(1．陜西省現代建筑設計研究院710048  西安

2．陜西唐華三棉有限公司  710038  西安)

1、工程概況

    高層建筑設計中，基礎方案的確定關系到結構安全和工程投資，是非常重要的。西安市二十層以上的高層建筑普遍采用樁基礎，但樁基類型及樁長和樁端持力層的選用，應結合工程實際和場地工程地質條件，同時考慮施工工藝，進行優化設計。

    本工程位于西安市西郊，東距勞動路200m，南距豐慶路約65m。抗震設防烈度8度，框架一剪力墻結構。建筑主體為一“π”字形平面，總建筑面積30315m2，建筑高度70.30m，東西長60m，南北長34.5m，整個建筑不設永久縫，在建筑長向中部設施工后澆帶一道。地下一層為平戰結合六級人防地下室，平時為地下車庫，地上二十一層，一～三層為商用房，四一二十一層為住宅，三層與四層問設一層高為2.2m的設備層。

2、場地工程地質條件

    2.1地形及地貌：

    場地地形較平坦，地面高程界于401.13—401.96；地貌單元屬皂河I級階地。

    2.2地層結構：

    地層自上而下依層序為

    ①填土(Q4ml)：土質松散不均。

    ②黃土狀土(Q4lal):土質不甚均，該層分布連續，成層較穩定，厚度0.70-4.50m，層底埋深2.70~6.30m。   

    ③粉細砂(Q4lal)：長石一石英質，混粒結構，含氧化鐵斑塊及云母碎片。飽和，稍密。局部有粉質粘土透鏡體。該層分布連續，成層較穩定，厚度2.70~7.10m，層底埋深9.00-9.80m。

    ④粉質粘土層(Q4lal）：土質較均勻，含云母碎片及砂粒，可見氧化鐵斑塊，飽和，可塑。該層分布連續，成層穩定，厚度0.90-2.80m，層底埋深10.70-11.80m。   

    ⑤中粗砂層(Q4lal）：長石一石英質，混粒結構，含氧化鐵斑塊及云母碎片。飽和，中密。局部有一層粉土透鏡體。該層分布連續，成層穩定，厚度4.50—7.80m，層底埋深16.30-17.10m。

    ⑥粉質粘土層(Q3al）土質較均勻，可見氧化鐵錳斑塊及小粒徑鈣質結核，飽和，可塑，局部流塑。該層局部有一層中粗砂、粗砂透鏡體。該層分布連續，成層穩定，厚度5.0-6.0m，層底埋深21.50~23.80m。

    ⑦粉質粘土層(Q3al）土質較均勻，含多量云母碎片及氧化鐵錳斑塊及條紋，飽和，可塑，局部流塑。該層局部有一層中粗砂。該層分布連續，成層穩定，厚度6.40-9.10m，層底埋深30.50-31.80m。

    ⑧粉質粘土層(Q3al1)土質較均勻，含多量云母碎片及氧化鐵錳斑塊及條紋，飽和，可塑。該層局部有兩層粗砂透鏡體。該層分布連續，成層穩定，厚度6.80—7.40m，層底埋深37.50~38.00m。

    ⑨粉質粘土層(Q3al1)土質較均勻，含多量云母碎片及氧化鐵錳斑塊及條紋，飽和，可塑。該層局部有一層中砂夾層或透鏡體。鉆探僅兩個孔穿透該層，厚度7.0~8.0m，層底埋深45.0—45.0m。

    ⑩中砂層(Q3al)：長石一石英質，混粒結構，含云母碎片。飽和，密實。鉆探僅兩個孔穿透該層，厚度l.0~20m，層底埋深46.0～49.0m。

    ⑾粉質粘土層(Q2al1)：土質較均勻，含氧化鐵錳斑塊及條紋，夾云母碎片及砂粒。飽和可塑。該層局部有一層中砂夾層。本次鉆探各鉆均未穿透該層，最大揭露厚度為11.0m。

    2.1黃土濕陷性：為非自重濕陷性黃土場地，但基礎底不存在濕陷性土層，故該建筑地基按非濕陷性黃土地基進行設計。

    2.2地下水為潛水類型，穩定水位埋深5.0～6.0m，地下水位的年變化幅度為l—2m。綜合滲透系數20m／d。根據《西安市地裂縫分布圖》和本次勘察期間調查結果，場地內無地裂縫，也無其它不良地質現象。

3、本工程的地基基礎方案選擇

    由于天然地基不能滿足該建筑物的要求，放需進行地基處理或選用樁基方案；根據西安市已有工程經驗，有如下三種方案可供設計選用：

    3.1水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)

    CFG樁是采用振動沉管法施工，由于振動和擠壓作用使樁間土得到擠密。樁體材料以碎石為主，加一些石屑、粉煤灰和少量水泥，經過加水拌和形成一種具有一定粘結強度的樁，再由此形成復合地基，另外在樁頂鋪設30cm厚的碎石褥墊層。使用該方法可有效減少變形、較大幅度的提高地基承載力，并且該方法無場地污染，振動也小。

    3.2高壓噴射注漿法：

    利用帶有特殊噴嘴的注漿管，置入要加固土層預定深度后，以高壓從噴嘴中噴出水泥漿液，強力切割破壞土體，同時借助注漿管的旋轉與提升運動，使漿液與土體攪拌均勻，經過一定時間后，便在要加固的土體中形成了圓柱狀的水泥土樁。施工前應先試噴，以確定其適用性及有關的設計參數。

    3.3樁基礎：

    分析勘察結果，基礎底面以下的③、⑤層砂因厚度較大，會給預制樁沉樁帶來一定困難，故選用鉆孔灌注樁較適宜；且⑤層及以下各土層，力學性質較好，分布均勻，厚度較大，均可做樁基的樁端持力層；但成孑L過程可能造成各砂層坍塌，因此需采用泥漿護壁。

4、樁基礎設計

    4.1根據場地地質情況，結合上部結構，經過反復論證比較，最終決定采用泥漿護壁泵吸反循環鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁端持力層為第⑨層粉質粘土層，勘察報告提供的鉆孑L灌注樁的極限側阻力和極限端阻力標準值如表一，樁長經計算分別為(I)600樁長30m，要求單樁豎向承載力3700KN；φ800樁長37m，要求單樁豎向承載力6300KN，樁基礎平面布置見圖一，其中φ600樁共l47根，φ800樁共84根。按規范要求對樁孔質量進行檢測，其中包括樁孔深度、樁孔直徑、樁孔垂直度和孔底沉渣厚度四項指標的檢測。要求對鉆孔灌注樁做現場靜載荷試驗，以確定單樁極限承載力標準值。本工程要求做四組試樁，其中φ800樁三組，φ600樁一組，并要求在試樁樁側埋設鋼筋計。用以測試樁側摩阻力標準值。按規范公式對樁基做了沉降計算見圖二，最大沉降滿足規范要求；根據西安市已有工程實例，實際沉降應當比計算值還要小。

    4.2試樁結果：

    經試樁檢測，樁孑L的垂直偏差均小于l．0％，孑L底沉渣厚度均小于15cm，符合規范要求。錨樁的上拔量在0．63mm一5．90mm之間，試驗結束后對所有的試樁及錨樁進行了低應變測試，所有的試樁及錨樁均未破壞，可作為工程樁使用。q5800樁極限承載力標準值 Quk=7800KN，比計算值提高了23．8％；φ600樁極限承載力標準值Quk=4500KN，比計算值提高了21．6％。原設計時考慮采用泥漿護壁后，樁周形成較厚“泥皮”可能造成樁承載力下降較多，實際結果比原估算要好。樁周圖實測的側摩阻力值與規范值的比較見表二。由該表可見，砂層的實際側摩阻力較規范給出的側阻力提高較多。

    4.3工程樁檢測結果：

    根據試樁結果，對工程樁樁長做如下調整：φ600樁樁長由原設計30m調整為27m；φ800樁樁長由原設計37m調整為33m。

    工程樁施工完畢，分別做了高低應變檢測，其中高應變檢測10根，低應變檢測74根。

    高應變檢測結果表明φ800樁單樁極限承載力實測值為6468KN-6674KN；φ600樁單樁極限承載力實測值為3733KN-3838KN；均滿足設計要求。

    低應變檢測結果表明：l類樁(完整樁)為55根，占抽檢樁數的74．3％，Il類樁(基本完整樁)19根，占抽檢樁數的25．3％，未檢測出Ⅲ類(完整性較差樁)和Ⅳ類(有嚴重缺陷樁)。

5、結論

    5.1由以上分析可以看出，即使在本場地砂層較多的地質條件下，采用泥漿護壁泵吸反循環回轉鉆機成孔工藝是適宜的成孔工藝，充分說明基礎設計方案是安全可靠的。

    5.2工程地基勘察報告提供的樁基計算參數可作為單樁豎向極限承載力標準值的估算依據，最終采用值應以靜載荷試驗確定。

鉆孔灌注樁的極限側阻力和極限端阻力標準值    表一

樁周土的側摩阻力實測值與規范值比較    表二

圖一樁位平面布置圖

圖二  承臺沉降(mm)(括號內為不考慮相互影響)

PM永久組合：1．O0*恒+0．50*活

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)