厚填土地區樁基負摩阻計算及案例分析

閆巨成

河北益坤巖土工程新技術有限公司 河北 秦皇島 050000

引言

填土場地地基承載力低，不滿足設計要求時，常見的解決辦法是強夯或采用樁基礎穿越填土層等。但因為填土層底面坡度起伏較大，填土層厚度深淺不一，采用強夯處理時極易產生不均勻沉降；采用樁基處理時，由于填土層緩慢沉降產生下拉荷載，設計時需考慮樁側的負摩阻力，且由于回填土對樁的側向約束不好，容易引起偏樁，還會增加樁身彎矩，不僅產生結構安全隱患，而且也會造成過度的資源浪費。

經過多年工程實踐，結合項目工程實例，提出土擠密樁處理方法，并給出設計、施工、檢測等具體要求。

1 土擠密樁的優勢

回填土場地由于回填工藝和施工時間的不同，回填效果也會有一定的差別，因而填土孔隙比、固結度等物理力學性質差異較大。一般處理方法有強夯、擠密樁、樁基等方式。采用強夯時由于填土厚度不均勻，而夯擊能一定，就會產生局部層底處理不到位，容易產生不均勻沉降；采用樁基時，填土沉降會引起負摩阻力，可能會造成樁身破壞、樁端地基屈服或破壞以及上部結構不均勻沉降等現象，因此，厚填土場基樁設計使用過程中要考慮由填土沉降引起的負摩阻力，成本增加顯著。如先期采用擠土樁、強夯等地基處理處理方法，將松散填土處理密實，消除負摩阻力，則能有效解決上述質量隱患，縮短樁長，達到安全、經濟的目的。如地基承載力要求不高可采用土擠密樁復合地基形式，由于采用橫向擠密作用，可解決強夯處理產生的不均勻問題，素土擠密后承載力可達180kpa，并可就近取土，成本降低，質量可靠[1]。

2 負摩阻力的計算及消除

根據樁基規范5.4條的相應規定：

5.4.4 樁側負摩阻力及其引起的下拉荷載，當無實測資料時可按下列規定計算：

中性點以上單樁樁周第i層土負摩阻力標準值，可按下列公式計算：

當填土、自重濕陷性黃土濕陷、欠固結土層產生固結和地下水降低時：

考慮群樁效應的基樁下拉荷載可按下式計算：

中性點深度ln應按樁周土層沉降與樁沉降相等的條件計算確定，也可參照表1確定。

表1 中性點深度ln

上式中符號參見《建筑樁基技術規范》JGJ-94-2008。

實際控制減少負摩阻力的主要方法有如下幾種：

第一，設置隔離樁，防止基礎外填土或堆載引起的負摩阻力，保護樁承擔全部負摩阻力和填土的側向推力。第二，涂層法，（瀝青、樹脂、再生橡膠）適用于打入樁的影響。第三，預鉆孔法，適用打入樁的影響，中性點以下則不需鉆孔。第四，采取“抗”的措施，即是在樁基礎承載力設計時，考慮負摩阻力作為下拉荷載的一部分，來進行樁基礎設計。第五，先期采用擠土樁、強夯等地基處理處理方法，將松散填土處理密實，消除負摩阻。

3厚層填土處理案例分析唐山某工程，該項目填土主要成分為松散細砂并含少量建筑垃圾，填筑厚度差異較大，層厚差達8～12m，屬近期人工堆填而成，由于回填土年份較短，設計應充分考慮填土對樁基的負摩阻力。

根據勘察所給出的地層情況進行多方案論證：

表2

方案1 ：旋挖灌注樁 樁徑600 樁長35m，總樁數84根

根據《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008表5.4.4-1中填土負摩阻力系數ξn可按0.40取值，新版樁基規范對負摩阻力的計算，基樁下拉荷載標準值由土層自身計算并和正摩阻力標準值相比較取小值。

計算時根據土層性質和厚度不同，如深厚填土區下拉荷載較大，在計算負摩阻時應控制不大于該土層的正摩阻力標準值。本工程勘察單位提供的正摩阻力極限值為40，則下拉荷載為按40計算得出的標準值。其他參數由地勘報告提供[2]。

由樁基規范，持力層為卵石時，中性點深度比為0.9，本次取全長進行計算，選取最不利孔進行負摩阻計算，即填土自承臺底深13.560m

承臺底面以上土自重引起的等效堆載：p=20×6.1=122kPa

素填土自重引起樁周土平均豎向有效應力：20×13.56/2=135.6kPa

素填土樁周土平均豎向有效應力：122+135.6=257.6kPa由地勘報告提供，摩阻力系數為0.4

qnsi計算值為103.04kPa，大于樁極限側阻力標準值40kPa因此，取qnsi=40kPa

根據單樁承載力計算，總樁數84根。

方案2 ：先用素土擠密樁處理填土，樁徑0.5m，樁長14m，中心距1m。檢測后再進行樁基礎設計。

主樓下地基原為14m左右的填土層，主要成分為松散細砂，經過土擠密處理后的填土，地基承載力和壓縮模量均大幅提高，土的性質可以作為基礎持力層了，這時應計入這一部分土層的側阻，可以大幅提高單樁承載力。本工程處理后，樁間土采用標貫試驗檢測，共檢測10個點，每點沿土層厚度間隔一米測試一次，經統計分析標貫值大于15擊，處理后的填土層均達到中密狀態。根據《建筑樁基技術規范》，《建筑地基檢測技術規范》處理后填土層側阻極限值可取40～50Kpa。

經計算，保持原單樁承載力條件下，樁長為22.1m[3]。

方案3：車庫位置素土擠密樁處理填土，樁徑0.5m，平均樁長14m，樁間距距1m。

本工程處理后，進行均勻性和復合地基承載力檢測，處理后的填土層各深度標貫值統計分析均達到中密狀態，復合地基承載力達到140kpa，符合上部設計要求。

成本對比分析：灌注樁單方綜合造價1300元，素土擠密樁單方造價93元。

方案一：綜合成本約為（未考慮保護樁樁長及截樁頭清理樁間土等費用）

π×0.32×35×84×980=814227元

方案二：綜合成本約為（未考慮保護樁樁長及截樁頭清理樁間土等費用）

π×0.32×22.1×84×980+π×0.252×14×548×93=654149元

方案二：比較方案一單棟成本優化約160077元

方案三：車庫部分原采用旋挖鉆孔灌注樁基礎，填土處理面積約12000m2，節約造價400萬，且工期縮短50天[4]。

4 結束語

厚填土場地建設過程中應充分注意不均勻填土對工程的危害，建議先采用地基處理提高填土壓實度，對于無法控制填土壓實度的地區，應充分考慮基樁側摩阻力對結構帶來的不利影響。但是僅僅采取“抗”的措施，即是在樁基礎承載力設計時，考慮負摩阻力作為下拉荷載的一部分，來進行樁基礎設計，一方面會造成過度的資源浪費，另一方面也解決不了由于土體下沉帶來的防水拉裂，主樓周邊土體下沉等質量問題。預壓、強夯法、碎石樁、載體樁、素土擠密樁等均能有效處理厚層填土。設計人需要根據不同的場地條件，采取相應的處理辦法，使設計更安全、可靠、經濟。