人工挖孔樁在蚌埠地區某工程中的應用效果分析

杜明浩

(蚌埠市勘測設計研究院，安徽 蚌埠 233000)

人工挖孔樁在蚌埠地區某工程中的應用效果分析

杜明浩*

(蚌埠市勘測設計研究院，安徽 蚌埠 233000)

以人工挖孔擴底樁在蚌埠地區某超高層建筑應用實例，結合載荷試驗、沉降觀測從建筑技術的角度分析了人工挖孔擴底樁在單柱承載力要求較高的建筑物上應用效果。

人工挖孔擴底樁；載荷試驗；沉降觀測；承載力

1 引 言

近年來，隨著經濟的不斷發展，造成用地緊張，地價上漲，為了最大限度利用土地資源，使城市煥發新的活力，提升城市形象，越來越多的高層建筑、超高層建筑出現在城市建設中。本文結合蚌埠地區某超高層建筑工程實例，對人工挖孔擴底樁應用效果進行分析，為今后類似工程的樁基設計應用提供經驗。

2 工程實例

2.1 工程概況

該工程位于蚌埠市商業中心，淮河路以北，中山街以西，為1棟41層～46層超高層酒店，高度為 154.8 m，其高度位居本地區同類結構之首，是其標志性建筑。地下3層，埋深 15 m，上部結構為內筒外框架全鋼筋混凝土結構。2014年初開始施工圖設計，2016年7月結構完工。

2.2 場地巖土工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，擬建場地地貌單元類型為淮河南岸Ⅰ級階地，地形整體較平坦，地面高程在 20.34 m～21.81 m之間。在勘察深度范圍內，自上而下各主要巖土層構成及特征如表1所示。

各巖土層構成及特征 表1

擬建場地對工程影響的主要存在三個含水層組，第一含水層組：主要賦存于①層雜填土、②層粉質黏土上部裂隙中的上層滯水，勘察期間，穩定水位埋深 1.35 m～2.51 m之間(高程為 18.6 m～19.9 m)。第二含水層組：主要分布于③層粉土及④層粉質黏土孔隙中的承壓水，勘察期間，此層承壓水初見水位埋深為 2.5 m～3.8 m(高程為 17.3 m～19.3 m)，該含水層為影響基坑施工的主要含水層。第三含水層組：主要分布于⑦層強風化花崗片麻巖以下巖層裂隙中的承壓水。勘察期間，初見水位埋深 18.5 m～23.5 m(高程為 -1.7 m～3.3 m)。

本場地地下水和土對混凝土結構具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具弱腐蝕性。

2.3 基礎設計方案

(1)基礎方案的選擇

采用天然地基時地基承載力不滿足要求，受周邊環境和施工設備、工期等的影響，不考慮鉆孔灌注樁和預應力混凝土管樁。根據工程場地地質情況及周邊環境，結合建筑物結構及荷載要求，經過技術、經濟合理的分析論證，最終采用人工挖孔擴底樁基礎設計，一柱一樁，樁端持力層選擇⑧層中等風化花崗片麻巖。

(2)人工挖孔樁初步設計說明

本工程±0.000標高相當于絕對標高為 21.600 m；樁端進入持力層 ≥1.5 m或1D為準；混凝土強度等級為C40；樁身通長縱筋，主筋保護層厚度為 50 mm；要求兩樁底凈距≥2倍樁底高差。本工程共布置人工挖孔樁33根，樁身參數如表2所示。

樁表 表2

(3)單樁靜載荷試驗檢測

為了驗證人工挖孔樁方案的可行性，確定設計和施工參數，為工程樁設計提供依據，在初步設計的基礎上，選擇了3根人工挖孔樁進行單樁靜載荷試驗檢測，受檢樁設計參數如表3所示。

受檢樁設計參數表 表3

受設備和現場條件限制，本工程采用樁承載力自平衡法深層平板載荷試驗，荷載箱承壓板面積為 0.502 4 m2(φ800 mm圓板)，荷載箱最大加載能力不小于 4 500 kN，以確定持力層樁端阻力，推定單樁豎向抗壓承載力是否滿足設計要求。單樁載荷試驗曲線如圖1所示。

圖1 載荷試驗p-s曲線圖

從圖1分析可知，3根受檢樁的荷載-沉降(p-s)關系曲線均為緩變型曲線，未發生明顯陡降；3根受檢樁載荷試驗承壓板的累計沉降量均小于 40 mm，且最大加載量均為設計要求的2倍。因此，根據有關規范確定3根受檢的人工挖孔樁極限端阻力標準值qpk均可取為 9 000 kPa，均滿足設計要求。

按《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008)第5.3.6條公式Quk=Qsk+Qpk=u∑φsiqsikli+φpqpkAp，根據載荷試驗數據分析計算推定單樁豎向抗壓承載力特征值Ra=Quk/2，如表4所示。

載荷試驗數據分析計算結果表 表4

(4)沉降觀測

本工程共布置4個沉降觀測點，如圖2所示，從首層施工至結構封頂一個月后各沉降點沉降觀測成果如表5所示。從觀測成果表可看出各沉降點最大沉降量為 9.3 mm，整體沉降均勻且趨向穩定，滿足相關規范允許值和設計要求。

圖2 沉降點點位布置圖

沉降觀測成果表 表5

3 應用效果分析

人工挖孔樁施工操作簡單、方便，適宜在狹窄的場地施工，且無污染環境，噪聲小，可多樁同時進行且設備簡單，施工速度相對較快，節省設備投資，從而降低工程造價。成孔時可直接觀察地質變化情況，樁底沉渣易于清除，施工質量可靠，樁端擴底單樁承載力高是一種經濟適用的深基礎型式。

3.1 應用條件及受力變形特點

在上述工程實例中，對樁周土層較好且樁徑比(L/D)很小的大直徑人工挖孔嵌巖樁，單樁承載力主要由樁端發揮，樁端極限阻力占單樁極限承載力的90%以上，屬摩擦端承樁。從13#、20#樁試樁情況可以看出，樁徑相同樁長相差 2 m左右，但單樁承載力很相近，表明嵌巖樁樁端阻力的發揮，并不隨嵌巖深度遞增，超過一定深度后，端阻力變化很小，且造成樁基費用增加，工期延長，如一度強調增加嵌巖深度是不必要的。

3.2 擴底端尺寸設計

對于抗壓樁，當風化巖等高強度持力層埋置較淺時，可采用擴底方式獲得較大的端承力，但設計擴底端時，由于重力作用，擴底端及以上一定高度范圍內孔壁土體存在松弛效應，另外當樁受壓下沉時，擴底上部傾斜面形成空隙，從而導致變截面以上約2d范圍內側阻力消減，因此在擴底設計時應首先考慮土層分布情況，進行具體分析判定擴底的合理性。

樁端持力層承載力較高時，為其充分發揮其承載力，擴大頭直徑宜加大，但D/d不應大于3。擴底端側面的斜率a/hc應根據實際成孔及土體自立條件確定，根據工程施工經驗，a/hc可取1/4～1/2，巖土層自立性較好取高值，反之取低值。抗壓樁擴底面宜呈鍋底形，失高hb可取(0.15～0.20)D。

從上述工程實例可以看出，在擬建場地巖土工程地質條件較好，持力層埋深較淺特別是以巖層作為樁端持力層的高層建筑，采用人工挖孔擴底樁設計可大幅提高單樁承載力。人工挖孔擴底嵌巖樁承載力的計算，在樁身混凝土強度滿足樁的承載力設計要求下，主要問題是嵌巖段荷載傳遞機理的認識和樁端基巖的承載力取值問題。從上述試樁成果可以看出樁基承載力尚有較大發揮空間。

4 結 語

(1)對樁周土質較好的端承樁，可適當考慮樁周土體的摩擦力，避免采用按端承樁設計導致嵌巖深度加大，工期延長，樁基費用增加的問題。

(2)并非所有的灌注樁采用擴底都能提高單樁承載力，當巖石地基承載力特征值fa>fc(為樁身混凝土強度設計值)時，不用擴底；樁側土較好、樁長較大時，擴底即損失擴底端以上部分的側阻力，又增加擴底費用，可能得失相當或得不償失。

(3)因人工挖孔樁為限制樁型，應制定周密的質量保證和安全保證措施，經專家論證及有關部門批準后方可使用。人工挖孔樁正式施工前應進行試樁，以核對地質資料，并檢驗施工工藝及技術要求是否適宜。

(4)在適宜的條件下合理使用人工挖孔樁，可創造較好的效益。通過工程實例及已有經驗表明在本地區淮河南岸階地、剝蝕準平原等地貌單元采用人工挖孔樁設計是安全適用、經濟可靠的，可作為類似高層建筑樁基設計參考。

[1] GB50021-2001(2009年版). 巖土工程勘察規范[S].

[2] GB50007-2011.建筑地基基礎設計范[S].

[3] JGJ 94-2008. 建筑樁基技術規范[S].

[4] JGJ106-2014. 建筑基樁檢測技術規范[S].

[5] 劉金礪，高文生，邱明兵. 建筑樁基技術規范應用手冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.

[6] 朱炳寅，婁宇，楊琦. 地基基礎設計方法及實例[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2012.

Analyzing of Applying Effects of Artificial Dig-hole Pile in a Certain Engineering of Bengbu Area

Du Minghao

(Bengbu Geotechnical Engineering and Surveying Institute，Bengbu 233000，China)

Based on the artificial dig-hole expanding bottom pile of a super-high building application in bengbu region，and combining with the load test and settlement observation from the perspective of the architectural technology，this paper analyzes the application effect of the artificial dig-hole expanding bottom pile in bearing capacity of single column that the buildings highly demand.

artificial dig-hole expanding bottom pile；load test；settlement observation；the bearing capacity

1672-8262(2017)03-163-03

TU473.1

B

2016—12—16

杜明浩(1980—)，男，工程師，主要從事巖土工程勘察與設計。