豐長永

【摘要】天津的某高層建筑項(xiàng)目，主體建筑物屬于超高層建筑，基礎(chǔ)底面荷載大，且面積小，因此合理選擇適用的樁型和試驗(yàn)方法成為了本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)和關(guān)鍵。本文針對(duì)本項(xiàng)目的基樁類型的選擇、試驗(yàn)樁的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)直至工程樁的設(shè)計(jì)施工進(jìn)行了全過程的描述，并提出了這個(gè)過程中發(fā)現(xiàn)的問題和處理方法。

【關(guān)鍵詞】基樁；后注漿；堆載法お

1. 工程概況

本工程項(xiàng)目由主樓和裙房組成，主樓部分地上四十一層，地下三層，建筑高度：182 .0m（室外地面至屋頂板頂）結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，裙房部分地上三層，地下三層，平均高度為15m，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)形式為主樓下部采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚度約2.5m，裙房部分采用樁基承臺(tái)+抗水板結(jié)構(gòu)。本工程的主樓屬于超高層結(jié)構(gòu)，高寬比大于6，且結(jié)構(gòu)形式為剪力墻集中位于兩端的兩個(gè)筒體的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓基礎(chǔ)底面的荷載相當(dāng)大。

2. 地質(zhì)情況

該建筑物的建設(shè)場(chǎng)地，根據(jù)地質(zhì)勘察的結(jié)果，該場(chǎng)地埋深120.00m深度范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為12層，地基土主要由承載力80～250KPa的粘土組成。

經(jīng)計(jì)算主體上部結(jié)構(gòu)重量為159657噸，基底凈反力在700KPa以上，故必須采用樁基礎(chǔ)。經(jīng)初步布樁估算，單樁豎向抗壓承載力的特征值要求至少在750噸左右。

3. 樁型選擇與樁的設(shè)計(jì)

3.1樁型選擇：

根據(jù)上述土層參數(shù)，后注漿鉆孔灌注樁技術(shù)對(duì)承載力的提高相對(duì)于普通鉆孔灌注樁可達(dá)100%，而在以軟土和粘土為主的天津地區(qū)對(duì)承載力的提高幅度一般在30%以上，具體數(shù)值需通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來確定，因此初步選定此樁型為目標(biāo)樁型。

3.2試驗(yàn)樁設(shè)計(jì)：

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告提供的剖面和各層土的側(cè)阻和端阻參數(shù)初步確定設(shè)計(jì)樁長為58米，樁徑1米，入土深度為75米，樁端持力層為11a層，樁身材料采用C40等級(jí)混凝土，HRB400等級(jí)縱筋，按土層參數(shù)估算得到未注漿時(shí)單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為11468KN， 后注漿提高系數(shù)如暫按1.35考慮則采用后注漿技術(shù)后單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可以達(dá)到15480KN；按樁身強(qiáng)度考慮樁身配筋后該截面最大設(shè)計(jì)承載力為12220KN， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于15480KN，但考慮試驗(yàn)荷載的短暫性應(yīng)考慮采用材料標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的樁身抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值，故混凝土強(qiáng)度取26.8N/mm2（樁身采用C40混凝土），鋼筋強(qiáng)度取400 N/mm2（樁身采用HRB400級(jí)別鋼筋），該截面承載力標(biāo)準(zhǔn)值可達(dá)到16640KN，即可滿足承載力要求。關(guān)于后注漿經(jīng)與基樁施工單位討論確定的方案為采用樁端注漿及樁側(cè)注漿，樁側(cè)注漿閥位于樁端以上22米左右（該高度為粉砂層所在的位置），單樁水泥量控制在4000Kg。樁端注漿量2500Kg，樁側(cè)注漿量1500Kg。壓漿流量宜控制在30～50L/min，固結(jié)材料采用PSA32.5礦渣硅酸鹽水泥，注漿用的水泥必須送檢復(fù)試合格后才可以使用。水灰比控制初定在0. 5～0.7左右，并通過現(xiàn)場(chǎng)試注漿確定最佳漿液水灰比。注漿操作以控制水泥用量為主，注漿壓力為輔，注漿控制標(biāo)準(zhǔn)如下：ィ1）注漿量達(dá)到水泥設(shè)計(jì)用量，樁底注漿壓力滿足1.5～2MPa時(shí)即可終止注漿。并通過現(xiàn)場(chǎng)試注漿確定最佳注漿壓力。ィ2）注漿總量已達(dá)到設(shè)計(jì)用灰量的75%，且注漿壓力超過5MPa時(shí)即可終止注漿。

圖1樁配筋及注漿裝置設(shè)置圖

4. 試驗(yàn)用基樁施工

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)此長度和直徑的鉆孔灌注樁的成孔一般可采用旋挖鉆機(jī)或正反螺旋鉆機(jī)成孔，旋挖鉆機(jī)成孔速度快（本樁型的成孔在12小時(shí)左右完成），成孔質(zhì)量高。在鋼筋籠的制作方面，施工采用12米長鋼筋籠分段組焊的方法，即每次吊裝12米長的鋼筋籠，然后在孔口處分別焊接，最后組成75米長度的整體鋼筋籠。 在后注漿設(shè)施方面，注漿管采用樁端壓漿管2根 DN25壁厚3mm，樁側(cè)壓漿管2根DN25；壁厚3mm，樁側(cè)注漿閥采用PVC環(huán)形注漿閥，樁端采用天津勘察院推薦的樁端注漿閥，但根據(jù)實(shí)際的試樁結(jié)果，由于該注漿閥沒有止回功能的單向閥功能造成實(shí)際應(yīng)用中一根試驗(yàn)樁的承載能力下降。故在工程樁中一律使用了有止回功能的專利閥。在配合基樁檢測(cè)方面，施工單位根據(jù)檢測(cè)單位要求在縱筋上按土層的分布設(shè)置了鋼筋應(yīng)力計(jì)（為保證檢測(cè)的順利，每個(gè)截面設(shè)置兩個(gè)應(yīng)力計(jì)，見圖1）同時(shí)配合樁身質(zhì)量檢測(cè)設(shè)置了聲波透射管DN50～60三根（在工程樁中為降低造價(jià)，采用了聲波透射管與樁端注漿管合并設(shè)置的方法）。

5. 基樁試驗(yàn)樁試驗(yàn)

5.1靜載試驗(yàn)：

根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106—2003第3.3.1條的規(guī)定，本工程高層區(qū)域的工程樁約239根，需在工程樁施工前先做3根試驗(yàn)樁的破壞性靜載試驗(yàn)，以確定實(shí)際的單樁豎向承載能力。本工程采用后注漿技術(shù)鉆孔灌注樁，考慮到實(shí)際工程樁樁頂標(biāo)高為地面以下17米左右而

大型基樁荷載只能在地面進(jìn)行故將樁長向上加長17米到地面以上，試驗(yàn)樁長實(shí)際達(dá)到75米，但由于上部17米提供的附加側(cè)摩阻對(duì)基樁豎向承載力的提高很難準(zhǔn)確估計(jì)，為此我們咨詢相關(guān)的試樁單位和專家，目前常用的方法是采用鋼筋應(yīng)力計(jì)實(shí)測(cè)各截面的鋼筋受力從而推算出各層土的實(shí)測(cè)摩阻以得到設(shè)計(jì)標(biāo)高處的基樁實(shí)際承載能力。另一種方法是在設(shè)計(jì)標(biāo)高以上采用鋼套筒內(nèi)涂黃油以從根本上消除此部分的側(cè)摩阻從而得到設(shè)計(jì)標(biāo)高處的準(zhǔn)確承載能力，該方法僅在極少數(shù)工程中采用。經(jīng)多次討論一致認(rèn)為第二種方法成本過高，且施工難度大，最終確定按第一種最常規(guī)的方法。對(duì)于75米長樁的靜載試驗(yàn)可采用堆載法和錨樁法進(jìn)行，經(jīng)招標(biāo)報(bào)價(jià)，由于采用錨樁法需要另行施工4根相同尺寸的錨樁因此比堆載法的報(bào)價(jià)高出近100萬元人民幣，且試驗(yàn)后錨樁和試驗(yàn)樁均不再使用，所以堆載法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，勘察院擁有該方面的大型堆載試驗(yàn)用設(shè)備，最大堆載業(yè)績?yōu)?000噸，本工程預(yù)估堆載2500噸（雖大于樁身強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，但根據(jù)施工單位經(jīng)驗(yàn)可以到達(dá)），考慮安全因素，最終施工單位確定采用3000噸的總壓重，最大反力2500噸。

5.2樁身完整性檢測(cè)：

本工程綜合采用了低應(yīng)變法和聲波透射法檢測(cè)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用低應(yīng)變法檢測(cè)由于能量太小當(dāng)樁長超過50米時(shí)低應(yīng)變法檢測(cè)無法確保下部的成樁質(zhì)量檢測(cè)效果，因此同時(shí)采用聲波透射法進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。

5.3基樁檢測(cè)成果：

成孔質(zhì)量檢測(cè)全部合格，樁身完整性檢測(cè)結(jié)果為所有試驗(yàn)樁均為I類樁。

在樁頂加載2500噸的情況下，超過樁身軸向抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值1664噸達(dá)50%，但目測(cè)試驗(yàn)樁樁頂基本未發(fā)生破壞。單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值檢測(cè)結(jié)果分別為2250t， 2500t， 2500t。綜合上述結(jié)果，基樁檢測(cè)報(bào)告給出的設(shè)計(jì)標(biāo)高處的單樁豎向極限抗壓承載力標(biāo)準(zhǔn)值為2235t。

6. 工程應(yīng)用結(jié)論與工程樁的設(shè)計(jì)

由上述的試驗(yàn)結(jié)果可知采用后注漿技術(shù)可使樁側(cè)與土體之間的側(cè)摩阻力和和樁端的土體承載力得到大幅的加強(qiáng)和提高，從而使基樁的豎向抗壓承載能力得到了大幅提高，扣除地質(zhì)報(bào)告提供的土體側(cè)摩阻參數(shù)相對(duì)保守的因素，通過后壓漿技術(shù)可對(duì)此鉆孔灌注樁的承載力提高幅度達(dá)到40%以上。根據(jù)上述基樁基樁檢測(cè)報(bào)告，工程樁設(shè)計(jì)采用單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值采用20000KN。根據(jù)《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》JGJ106—2003相關(guān)規(guī)定，本工程的工程樁依舊按照不少于總樁數(shù)的1%和不少于3根的原則進(jìn)行工程樁靜載試驗(yàn)，由于工程樁布置比較集中，基本滿足錨樁與工程樁的間距不小于3倍樁徑的要求，因此從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，使用工程樁兼做錨樁，每個(gè)需進(jìn)行靜載試驗(yàn)的工程樁周圍選4個(gè)工程樁做錨樁，靜載試驗(yàn)同樣要在天然地面標(biāo)高進(jìn)行。根據(jù)天津地方規(guī)范的要求，反力裝置提供的反力不得小于1.5倍的試驗(yàn)荷載，每根錨樁提供的反力達(dá)到2200*1.5/4=825噸，而根據(jù)JGJ106—2003的靜載試驗(yàn)要求，反力裝置提供的反力不得小于1.2倍的試驗(yàn)荷載要求，每根錨樁提供的反力達(dá)到2200*1.2/4=660噸，由于采用工程樁兼做錨樁，因此在設(shè)計(jì)標(biāo)高以下的樁身裂縫寬度不應(yīng)超過0.3mm（按樁身長期處于水中考慮裂縫控制）的裂縫限值，同時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)高以上的樁身承載力應(yīng)滿足試驗(yàn)要求，如按天津地方標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算則必須采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)或上部采用錨樁+堆載的方式才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，按國標(biāo)的規(guī)定則可通過加大樁身配筋剛好達(dá)到要求。前者不僅成本高而且施工和試驗(yàn)難度大，為此我們咨詢了天津當(dāng)?shù)氐幕鶚稒z測(cè)單位，結(jié)果為天津地區(qū)基本所有工程均采用國標(biāo)的相應(yīng)規(guī)定，故最終決定按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行錨樁的設(shè)計(jì)，同時(shí)靜載試驗(yàn)用工程樁也分別采用了提高混凝土強(qiáng)度和增加配筋的方法實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)截面處樁身強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到2000噸以上的水平。對(duì)于樁身完整性檢測(cè)的我們提出的要求為全部工程樁應(yīng)進(jìn)行低應(yīng)變法檢測(cè)，10%的工程樁應(yīng)同時(shí)進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)。目前工程樁已在施工中，最終合同此類型工程樁的綜合造價(jià)（含后壓漿費(fèi)用）為900元/米。為了進(jìn)度要求，施工單位采用更大功率的正反螺旋鉆機(jī)，鉆孔進(jìn)度達(dá)到了30小時(shí)/孔，工程進(jìn)展順利。ヒ隕鮮鞘導(dǎo)使こ滔钅恐魈宀糠只樁工程一個(gè)綜合性的工程總結(jié)，目的在于和各位同行共同探討和學(xué)習(xí)，其中會(huì)有一些不足和欠缺，歡迎大家予以指正。

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