柬埔寨某超高層住宅基礎設計

陳佳琪

(廣州市住宅建筑設計院有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

鉆孔灌注樁因承載力高、沉降量小、直徑大和施工工藝成熟等特點廣泛應用于高層、超高層建筑的基礎中。然而樁施工所引起的樁底沉渣較多和樁側泥皮較厚等問題，導致樁承載力降低。目前，大量的研究表明，鉆孔灌注樁后注漿技術能夠有效地降低上述問題的影響。后注漿技術能擠密加固樁端土體，消除樁端虛土對承載力的影響，改變樁側泥皮形狀以及樁與土體接觸的邊界條件，使樁體范圍土體與樁緊密地結合在一起形成一體，提高樁的剛度和承載力，減小樁基沉降[1-3]。本文以柬埔寨某超高層住宅項目介紹了后注漿鉆孔灌注樁的基礎設計。

1 工程概況

柬埔寨某超高層住宅項目位于柬埔寨王國金邊市莫尼旺大道南端東側，用地面積約15 192 m2，總建筑面積約212 141.5 m2。本場地擬建建筑為5棟57層超高層住宅，1層～5層為裙樓，5層為轉換層，6層～57層為住宅標準層，無地下室，1層～4層層高為3.1 m，5層層高為4.5 m，6層層高為3.6 m，標準層及避難層層高為3 m，天面層標高為173.5 m，立面效果圖如圖1所示。主塔樓和裙樓的結構體系分別為部分框支剪力墻結構和框架結構，塔樓偏置于裙樓一側，并與裙樓連帶為一個整體。

2 工程地質條件

根據勘察報告，本項目場地較平坦，無不良地質作用，且無活動斷裂構造通過，場地穩定性較好，場地表層為雜填土，未經壓實；其下是粉質黏土，為軟塑～硬塑；接著是較厚的淤泥質粉質黏土，為軟塑～可塑；再下是砂粉質黏土，為硬塑～堅硬；最后是泥質砂巖層，基巖承載力不高，巖面起伏較大且較深，坡度大于10%，為非均勻地基。各土層分布及特征詳見表1。

表1 土層分布及樁極限側阻力標準值qsk、端阻力標準值qpk

根據世界地震烈度分布圖[4]，柬埔寨是不處于地震活動帶，當地無地震歷史記錄。根據當地政府相關文件和工程經驗，本項目可按非抗震設計，設計相關規范或相應規定均依據中國規范執行。

3 基礎選型

根據場地工程地質條件、荷載大小、經濟技術條件以及當地的工程經驗，本項目采用泥漿護壁鉆孔灌注樁基礎。根據巖層情況，以層⑦中等風化泥質砂巖(較完整)為樁端持力層，該巖層的巖石飽和單軸抗壓強度較低巖層深度達到70 m以上，樁徑比較大，樁側摩阻力占比達65%以上，成樁質量和樁基沉降難以把握。

采用后注漿技術不僅可以提高樁的端阻和側阻，而且可以加固樁側土體，減少樁長，提高樁基的質量和減少樁基沉降。綜合考慮，本項目采用后注漿鉆孔灌注樁。

4 后注漿鉆孔灌注樁設計

后注漿鉆孔灌注樁是指鉆孔成樁后，利用鋼筋籠在樁底和樁側預埋注漿導管，利用地面壓力系統將水泥漿液通過注漿導管注入到樁體一定范圍的土層中，使水泥漿液與樁體一定范圍的土體相結合，改變土體物理力學性質和樁土間的邊界條件，使樁底沉渣和樁側泥皮得到加固，從而提高樁的承載力，減小樁基沉降量。

4.1 灌注樁后注漿的加固機理

灌注樁后注漿加固機理主要分為滲透固結、壓密填充、劈裂加筋、化學膠凝和填充膠結等。這些機理在注漿過程中同時存在，相互聯系。一般來說，漿液先滲透進去到空隙較大碎石頭中，然后在一定的漿液壓力下將松散的土體壓密填充，當注漿壓力大于土體的最小主應力時，將土體劈裂，漿液沿著縫隙滲透進入土體。在整個過程中，水泥漿液的礦物質與水發生化學反應生成新的晶體，這樣既能減少土體中的含水量，又能填充于土體間的縫隙里，改變土體的物理性質，使土體得到加固。

4.2 后注漿單樁承載力的計算

根據《樁規》[5]中第5.3.10條規定，后注漿灌注樁的單樁豎向極限承載力Quk的估算公式如下：

Quk=Qsk+Qgk+Qgpk=

u∑qsiklj+u∑βsiqsiklgi+βpqqkAp。

式中各符號含義見《樁規》中第5.3.10條。

本項目主塔樓為超高層結構，荷載較大，樁徑為1.2 m，樁身混凝土等級為C40，樁端持力層為層⑥強風化泥質砂巖(碎塊狀)，進入持力層不小于5 m，平均樁長約55 m。裙樓荷載較小，樁徑為1.0 m，樁身混凝土等級為C30，根據柱底軸力，樁端持力層分別為層⑥-1強風化泥質砂巖和層⑥強風化泥質砂巖(碎塊狀)，進入持力層不小于3 m，平均樁長分別約為45 m和52 m。

按照樁端樁側聯合注漿，豎向增強段共2段，共計24 m，且僅考慮層③淤泥質粉質黏土以下土層的注漿增強貢獻，含砂粉質黏土和泥質砂巖層的后注漿側阻力增強系數βs=1.4，泥質砂巖層的后注漿端阻力增強系數βp=2.0。按上述公式計算，同等樁長和直徑下，注漿前后單樁極限承載力標準值計算結果詳見表2。由表2可知，注漿后單樁極限承載力標準值可以提高40%以上。

表2 注漿前后單樁極限承載力標準值計算結果

根據樁身承載力和計算結果，本工程樁徑為1.2 m的單樁承載力特征值12 000 kN，樁徑為1.0 m的單樁承載力特征值分別為5 500 kN和7 200 kN，樁基礎布置圖如圖2所示。

4.3 后注漿技術參數

為保證后注漿施工的質量，需對注漿裝置、注漿方式、漿液配比和注漿壓力等參數進行確定。

1)注漿裝置：后注漿導管及注漿閥沿鋼筋籠圓周均勻設置，建議埋設不少于4根φ32 mm×3.0 m鍍鋅鋼管(超聲波檢測管另外埋設3根φ50 mm×3.5 m鋼管)，注漿后鋼管可代替縱向縱筋，且與鋼筋籠綁扎固定，其中樁端和樁側的注漿導管均不少于2根。

2)注漿方式：采用樁端樁側聯合注漿，后注漿管閥設置2道，樁底設置一道，樁底以上12 m處設置一道樁側注漿閥，樁端注漿器應伸出樁底0.3 m以上，并向樁底倒入碎石，防止水泥漿堵塞。

3)漿液配比：根據土的飽和度和滲透性，確定注漿所用水泥等級為42.5級，漿液的水灰比(質量比)宜為0.45～0.65，低水灰比漿液宜摻入減水劑。

4)注漿壓力：樁側注漿終止壓力宜為1.2 MPa～4 MPa；樁端注漿終止壓力宜為6 MPa～9 MPa，注漿流量宜為30 L/min～50 L/min，不宜超過75 L/min。

5)注漿量：根據《樁規》中第6.7.4條計算，1.0 m直徑樁樁端注漿量暫定為1.8 t，每個樁側斷面注漿量暫定為0.6 t；1.2 m直徑樁樁端注漿量暫定為2.0 t，每個樁側斷面注漿量暫定為0.75 t。

6)注漿作業：注漿作業在成樁2 d后開始，但不宜遲于成樁30 d后，注漿順序一般為先樁側后樁端和先外圍后內部。

7)終止注漿：當注漿總量和注漿壓力均達到設計要求時，或當注漿總量已達到設計值的75%，且注漿壓力超過6 MPa時，即可終止注漿。

4.4 試樁靜載數據分析

本項目試樁靜載試驗的最大加載量為單樁承載力特征值的2倍，列出5根塔樓的試樁靜載結果和Q-s曲線圖，分別如表3,圖3所示。根據結果可知，當加載量為單樁承載力特征值時，各樁樁頂沉降量為10.05 mm～11.36 mm；當加載量為2倍單樁承載力特征值時，各樁樁頂沉降量為26.07 mm～30.05 mm。各樁樁頂沉降均勻，總沉降量均小于40 mm，均未發生破壞，單樁承載力特征值是可用于設計，采用后注漿技術可以提高樁的承載力，減小樁基沉降量。

表3 試樁靜載結果

4.5 變剛度調平設計

變剛度調平的基本原理是通過設置不同的樁距、樁徑和樁長對樁土支承剛度分布實施調整，采用增強與減弱相結合，整體協調，使沉降變形更趨向均勻，減小上部結構的次應力和基礎內力，減薄基礎厚度，降低基礎配筋[6]。

由于主塔樓為部分框支剪力墻，除核心筒剪力墻外，6層及以上其余剪力墻均采用轉換梁進行托換，致使核心筒和轉換柱下的荷載出現較大的差異。本項目對主塔樓采用強化中央和弱化外圍的原則進行變剛度調平，使之與荷載匹配。對于豎向荷載集中的內部核心筒相關區域，按照最小樁距為3倍樁徑的要求來滿堂均勻布樁，適當增加樁數，減小沉降變形。對于荷載分散的外圍轉換柱區域，根據荷載大小僅在框架柱下布置樁，適當加大樁間距。這樣不僅能使塔樓的上部荷載與樁反力整體平衡，又能有效減小核心筒相關區域和外圍轉換柱區域的沉降變形差，使筏板變形更趨向一致，減小筏板內力和配筋。經計算，主樓的筏板厚度為3.0 m，由于沖切原因，個別轉換柱下的筏板加厚至3.5 m，混凝土強度等級為C35，可以滿足抗彎、抗沖切等承載力要求。本文列出1棟～3棟塔樓的基礎沉降變形圖(見圖4)，沉降變形值約為8 mm～10.5 mm，沉降量同試樁靜載結果基本一致，核心筒相關區域與外圍轉換柱的沉降變形差為1 mm～2 mm，有效地減少了沉降變形差和筏板配筋，除局部受力較大位置外，筏板配筋主要為構造配筋。

由于主塔樓與裙樓之間的荷載差異較大，本項目對周邊裙樓的變剛度調平，按弱化裙樓作用的原則，來減小主塔樓與周邊裙樓間的沉降差。首先主塔樓和裙樓分別選用直徑1.2 m和1.0 m的灌注樁，且不同的樁端持力層和樁長(詳見表2)；然后在主塔樓周邊設置一圈1 m寬沉降后澆帶，待主塔樓封頂后進行澆筑，來減小在主塔樓與周邊裙樓之間的沉降差所帶來的附加應力。

根據變剛度調平的原則，通過選擇不同的樁距、樁徑、樁長和樁端持力層，來減少基礎沉降變形差，確定了合理的樁基礎布置，如圖2所示。

4.6 基礎埋深

考慮到施工成本、施工難度與周期及當地工程經驗等，該超高層建筑不設地下室，基礎埋深為3.6 m，其不滿足《高規》[7]中所要求房屋高度的1/18。本項目需對超高層塔樓進行整體穩定性驗算。

根據結構整體抗傾覆安全系數與基礎底面零應力區的對應關系，在豎向荷載與水平荷載的共同作用下，對于高寬比大于4的高層建筑，基礎底面不得出現拉應力，即所有樁基不得出現拉力，且結構抗傾覆安全系數不小于3.0[8]。

樁基礎的抗滑移穩定性是要求樁基總水平承載力的安全系數不小于1.3。根據規范要求，按直徑為1.2 m的樁來計算確定樁頂上部的主要影響深度及相關土層和地基土水平抗力系數，按水平位移控制計算樁的水平承載力特征值為215 kN，且不考慮筏板側面土和底部土摩擦力的有利影響。

本項目按100 a的基本風壓(0.56 kN/m2)進行抗傾覆和抗滑移穩定性驗算，列出1棟～3棟塔樓的計算結果，詳見表4，表5。

表4 結構抗傾覆驗算結果 kN·m

表5 結構抗滑移驗算結果 kN

由表4,表5結果可知，結構樁基均處于受壓狀態，結構抗傾覆安全系數均大于3，結構樁基總水平承載力的安全系數均大于1.3，表明該結構能滿足抗傾覆和抗滑移的穩定性要求。

5 結論

通過介紹柬埔寨某超高層住宅的基礎設計，得到以下結論：

1)根據地質條件、荷載大小和成樁質量，采用后注漿鉆孔灌注樁；根據試樁靜載試驗結果，采用樁端樁側復式注漿技術能顯著提高樁基承載力，減少沉降變形。

2)按照變剛度調平的原理，通過確定合適的樁間距、樁數量以及不同的樁徑、樁長和樁端持力層等措施，減小了塔樓內部核心筒相關區域與外圍轉換柱區域的沉降差以及主塔樓與裙樓之間的沉降差，使沉降變形更均勻，減小了基礎內力和配筋。

3)當超高層建筑基礎埋深不滿足規范的要求時，通過概念設計和相關措施后，結構的基礎埋深是可以滿足抗傾覆和抗滑移的穩定性要求。