大直徑擴底樁在洛陽和順園高層建筑中的應用

付金銳 代常友 李 省

(黃河勘測規劃設計有限公司，河南洛陽 471002)

0 引言

洛陽和順園高層建筑位于洛陽西部的澗西區，周山山前地帶，地貌上屬洛河Ⅱ級階地后緣。場地黃土層較厚，上部具有濕陷性，下部15 m左右見深厚卵石層。采用樁+筏基礎以卵石層作為基礎持力層是本地區通常的做法，其缺點是費用偏高。鑒于洛河階地黃土—卵石二元結構特征，采用大直徑擴底樁基礎，擴底樁擴大頭直徑可達3.6 m，充分利用和發揮出卵石層地層穩定、強度高的特點，與傳統的鉆孔灌注樁+筏板基礎相比經濟上更趨合理，技術上具有明顯的先進性。

1 工程概況

該工程主要由5號、6號、7號和8號高層住宅樓組成，地上22層～26.5層，地下室1層，框剪結構。

各建筑物基本情況見表1。

2 場地工程地質條件

2.1 地層結構與工程性質

場地為洛河Ⅱ級階地，上部為第四系黃土，厚度14 m～18 m，其下為第四系上更新統卵石層。

褐黃色。新近堆積，具濕陷性。可塑為主。壓縮模量5.4 MPa，承載力特征值100 kPa，屬高壓縮性土。層厚0.50 m～6.70 m，層底標高150.01 m ～152.40 m。

褐灰～黑灰色。具濕陷性。垂直、斜交裂隙發育，可塑為主。壓縮模量11.3 MPa，承載力特征值150 kPa，中壓縮性土。層厚2.20 m ～4.10 m，層底標高147.07 m ～148.54 m。

褐黃色。孔隙較發育。局部具濕陷性。可塑～硬塑。壓縮模量9.1 MPa～17.7 MPa，承載力特征值 140 kPa～165 kPa，中 ～中偏低壓縮性土。層厚6.10 m～12.30 m，層底標高137.27 m～140.56 m。

雜色。粒徑不小于20 mm的含量為53.3%～69.8%，級配不良。局部夾砂、圓礫透鏡體。濕～飽和，中密～密實。變形模量55 MPa，承載力特征值750 kPa，低壓縮性土。分布穩定，最大揭露厚度13.40 m。

2.2 地下水

地下水屬孔隙潛水，賦存于④層卵石層中，地下水穩定水位埋深21.20 m～24.34 m，地下水穩定水位埋深相應水位標高131.41 m ～131.78 m。

根據洛陽市區地下水多年觀測，其水位年變幅約為1.0 m～3.0 m。

3 大直徑擴底樁的論證與評價

3.1 各建筑物結構及荷載特點

1)5號樓:基底壓力為480 kPa，結構型式為框剪，剪力墻線載為480×6=2 880 kN/m;

2)6號～8號樓:基底壓力均為395 kPa，結構型式為框剪，剪力墻線載為395×6=2 370 kN/m。

3.2 樁基持力層與樁基設計參數的選定

場地為黃土—卵石二元結構，上部黃土形成時代為新近、全新世和上更新世，強度變化大，標貫4.6擊～20.1擊，壓縮模量5.4 MPa～17.7 MPa，承載力特征值 100 kPa ～165 kPa，整體強度偏低，變形大，而其下卵石層位穩定，超重型動探N120=22.8擊，變形模量55 MPa，橫波波速550 m/s，屬中密～密實狀態，強度高，變形小，為良好的基礎持力層。

根據各層土的形成時代、物理力學性質指標、原位測試，結合臨近工程類比，樁基礎設計參數建議值見表2。

表2 樁基側阻力特征值qsia和端阻力特征值qpa

3.3 大直徑擴底樁單樁承載力估算與評價

根據GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范，單樁承載力設計時可按下式估算:

當采用大直徑樁時:

其中，Ra為單樁豎向承載力特征值，kN;up為樁身周長，m;qsia為樁側第i層土的側阻力特征值，kPa;li為第i層土樁身長度，m;qpa為端阻力特征值，kPa;Ap為樁端橫截面積，m2;ψsi，ψp分別為大直徑樁側阻、端阻尺寸效應系數。

④層卵石為樁端持力層，地下水位在④層持力層層面以下5 m以上，可以采用人工或機械成孔大直徑擴底樁基礎，施工應采取必要的安全防護。

以5號、7號樓為例估算單樁豎向承載力特征值，估算邊界為:樁進入④層卵石1d，擴底端側面的斜率取1/3。估算結果見表3，表4。

表3 5號樓單樁豎向承載力特征值估算表

擴底樁大頭之間的間距采用1.5 m，5號樓采用1 m進行估算。剪力墻下樁基的驗算如表5所示。

由表5可知，當采用樁身直徑1.2 m，擴底直徑為3.6 m時，5號、7號樓能夠滿足上部荷載要求，通過估算6號、8號樓在此樁徑條件下也能滿足要求。

表4 7號樓單樁豎向承載力特征值估算表

表5 剪力墻下樁基驗算

5號～8號樓均為框剪結構，經過估算大直徑擴底樁墻下可以布置，框架部分自然可以成立，設計時可以根據單柱實際荷載情況采用不同的擴大頭直徑，實現一柱一樁的布置型式。

3.4 擴底樁基礎沉降估算

對于擴底樁基礎的沉降估算，計算采用公式:

其中，S為單樁沉降量，mm;D為擴底端直徑，m;qb為樁底反力，kPa;E0為樁底壓縮層的變形模量，MPa;Iρ為沉降影響系數，取 0.65。

當5號～8號樓采用樁徑1.2 m，擴底直徑3.6 m時，樁底壓縮層的變形模量(MPa)沉降估算見表6。

表6 5號、7號樓沉降估算表

5號、7號樓最終沉降量和整體傾斜在允許變形范圍內，經估算5號、7號樓也符合要求。

4 結語

洛河Ⅱ級階地上的黃土—卵石二元結構特征很典型，在黃土不太厚(≤20 m)和水位埋藏較深的條件下采用大直徑擴底樁基礎是可行的。本工程為地上22層～26.5層、地下1層的框剪結構的高層建筑，采用直徑1.2 m、擴底直徑為3.6 m的擴底樁即可滿足剪力墻的荷載和變形的要求，框架結構部分可以根據單柱實際荷載情況采用不同的擴大頭直徑，實現一柱一樁的布置型式。

由于大直徑擴底樁充分發揮了下部卵石的高承載能力，投資較少，質量可靠，具有非常廣的應用前景。