巖土工程樁基設計、施工中成樁可行性分析

顧文華

（南京建力測繪勘察院有限公司，江蘇 南京 211500）

隨著城市化的進程，現階段高層建筑的數量急劇增長，同時上部荷載相應增大，對地基基礎承載力的要求隨之變大。對于場地淺部地基土不足的現象，通常采用樁基礎處理形式，主要利用樁基礎自身的長度穿過淺層壓縮性大、固結性差、承載力低的土層，將建筑物上部結構荷載傳遞到樁端巖土層，從而更好地提升樁基礎的單樁承載力，減少地基及主體結構的沉降，有效提升工程建設中樁基礎施工速度和經濟效益。

1 鉆孔灌注嵌巖樁及預應力管樁設計機理

1.1 鉆孔灌注嵌巖樁的成樁設計機理

鉆孔灌注嵌巖樁在豎向荷載作用下的樁頂荷載包括有樁土側阻力、樁巖段、側阻力，受到基樁長、樁徑、嵌巖深度、樁側土層性質、樁端巖層性質等因素的影響。嵌巖樁的樁頂荷載傳遞主要是側阻力和端阻力的發揮過程，充分考慮樁土、樁巖、樁端位移等相關因素，在樁身處產生樁側摩阻力，實現樁頂荷載的傳遞。當在高應力水平作用條件下，樁頂沉降過大或強度不足時會使樁體或巖層破壞，并表現為樁身材料屈服、樁巖體整體剪切破壞、樁巖界面純剪切破壞等不同破壞形式。

1.2 預應力管樁的成樁設計機理

預應力混凝土管樁成樁工藝主要包括后張法和先張法，其中先張法成樁工藝是對預應力鋼筋進行張拉，再配合混凝土離心成型制作生成預制樁。后張法則是在預先留出一定大小孔洞的前提下，待模具類混凝土初步凝固后對孔洞施加預應力，從而生成預應力管樁。預應力混凝土管樁場地要求較簡單，具有較強的施工質量可控性，施工進度快，對環境帶來較少的影響。

預應力混凝土管樁具有更高的單樁承載力，能夠使單樁承載力提升30%～50%。相較于傳統混凝土灌注樁而言，省略了現場混凝土攪拌與養護施工，并能夠根據場地實際情況進行截樁、接樁施工，成樁靈活快速，且單樁承載力成本較低。

2 巖土工程地質勘察

2.1 場地位置

擬建項目在六合區龍池街道新集社區新集東路南側、董王路（待建）東側、新長路西側、怡峰路（待建）北側進行本工程新建，本工程的地上建筑面積為91 310.52 m2，地下建筑面積為39 364 m2，總建筑面積為130 674.52 m2。工程場地整平標高約為8.70～11.40 m，室內地坪標高約為8.90～11.70 m（均為1985國家高程基準）。

2.2 勘探點布設

采用鉆探、原位測試、室內試驗等方式進行場地工程地質條件勘測和分析，并對基礎類型、型式、地基處理和不良地質處理提出合理可行的建議。根據相關規定，將勘探點布設于建筑物周邊、角點位置，建筑物位置鉆孔間距在25 m以內，共布設勘探點286個，勘探孔深約42.0～52.0 m。主要采用鉆孔取樣和現場原位測試等的綜合勘察手段進行。

在勘探點的定位方面，采用NJCORS網絡RTK進行作業，進行勘探點的高程放樣以及復測。在鉆探勘察方法中，采用鉆機進行單管回轉鉆進的方法，將回次進尺控制在2 m以內，提土率滿足規范要求。在取樣勘察方法的應用之中，按要求進行取樣，并現場蠟封處理，及時送實驗室進行試驗。在原位測試方法的應用中，采用自動落錘的方式進行標準貫入試驗及重型動力觸探試驗，并設置28個波速測試孔進行波速測試。

圖1 NO.2019G58地塊項目場地位置

2.3 場地地形及不良地質分布

工程擬建場地均為空地，地形相對平坦，局部稍微有些起伏，孔口1985國家高程基準為5.56～10.97 m。由工程地質情況可知，該工程場地地層自上而下分別為素填土、淤泥（局部分布）、粉質黏土（其中局部分有軟塑-可塑狀態的粉質黏土，屬于軟弱持力層）、中砂、強風化泥質粉砂巖和中風化泥質粉砂巖。

2.4 場地水文地質狀況

本場地地下水主要是孔隙潛水，中砂層中有微承壓水。地區的地下水位最高水位通常在7～8月份，最低水位通常在旱季12月至翌年3月份。場地微承壓水的水頭埋深在地面以下17.05～20.12 m之間，高程為-9.58至-8.83。擬建場地的抗浮設防水位要預先進行抗浮驗算，充分考慮地下水補給、排泄條件、含水層分布等因素，按設計室外地整平標高以下0.5 m進行抗浮設防水位的取值計算。

2.5 場地與地基的地震效應

擬建工程場地的抗震設防烈度為7度，基本地震加速度值為0.1 g，地震動峰值加速度反應譜特殊周期值為0.40 s。

3 巖土工程樁基設計、施工成樁可行性分析

3.1 天然地基基礎設計施工方案

考慮到本項目巖土工程地質及水文條件和施工環境、擬建物性質及荷載，對于天然地基淺基礎設計建議主要包括以下內容：

（1）對于擬建項目的各個單體建筑物，考慮到本項目建筑物下部均有一層地下車庫分布，下方分布有可塑-硬塑狀態的粉質黏土作為基礎持力層，同時下部還有軟弱下臥層，應進行承載力及變形驗算；如不能滿足工程要求，則可選擇樁基礎。

（2）對于荷載較小的建筑物而言，則以采用天然地基淺基礎，挖除表層填土及部分可塑-硬塑狀態粉質黏土，以該層為天然地基基礎持力層，并進行承載力及變形驗算。

如擬建建筑物位置位于填塘部位，建議采用換填墊層法進行處置，壓實系數達到設計要求，滿足基礎底面應力擴散的要求。

3.2 混凝土預制樁或鉆孔灌注樁成樁可行性分析

混凝土預制樁方案具有施工周期短，對周圍造成的影響小。但單樁承載力不高，場地軟土層擠土效應明顯，會導致鄰近樁的偏位甚至斷樁，并對周邊已建建筑物及道路產生不利影響。同時，本工程主樓柱荷載大，要求基樁數量較多，增加了擠土效應的產生，遇到砂層還會增加沉樁難度，易造成截樁，需要選擇大噸位樁，必要時需要采取排水、引孔等措施。

鉆孔灌注樁能適應各種復雜地層條件，不受樁長、樁徑限制，施工過程無擠土、無震動、噪音小、對鄰近建筑和地下管線危害小。但如果質量控制不嚴，容易出現斷樁，縮頸、露筋和夾泥現象。孔底沉渣不易控制，影響端承力的發揮和造成樁的較大沉降。此外，施工工期長，泥漿排放和外運困難，易造成施工環境污染等。應選擇質量較高的樁基施工隊伍，施工時改進施工工藝，同時采取一定的質量保證措施，確保樁基質量。

從場地地質條件及周邊環境來看，可以考慮采用鉆孔灌注樁基礎方案，在鉆孔灌注樁成樁方式之中要合理控制樁基施工的成樁速度，注重保持適宜的泥漿比重，避免鉆孔灌注樁成樁時出現夾泥、縮徑、塌孔等現象，較好地保證鉆孔灌注樁的成樁質量，根據《南京地區建筑地基基礎設計規范》（DGJ32/J12～2005）有關規定，并進行單樁豎向承載力特征值的估算。如下表所示。

表1 鉆孔灌注樁單樁豎向承載力估算

3.3 預應力管樁成樁可行性分析

結合場地地質條件和周邊環境，采用混凝土預應力管樁成樁方案可行。對于場地松散的雜填土、素填土和粉質黏土而言，沉樁操作的速度較慢，對于中砂作為樁端持力層而言，由于樁基穿越的難度較大，同時需要考慮局部中砂中有粉質黏土夾層，為此要對其進行試樁作業，從而保證預應力管樁成樁工藝的可行性。

考慮到預應力管樁成樁是采用擠土樁的形式，為此要在預應力管樁成樁作業中使沉樁設備的沉樁能力有足夠的余量，確保樁身強度能夠滿足最大壓樁力的要求。并在施工中采用壓樁力與貫入度雙控的方式，分析地基土層的承載力、沉樁方式、樁端持力土層影響系數等因素，合理設計樁長、樁直徑，并在施工場地內設置一定數量的應力釋放孔，削減孔隙水的壓力，降低樁基施工的擠土效應。

在壓樁作業過程之中，可以采用實地高程測量的方式獲悉樁的入土深度和壓力值，做好送樁深度標記，合理控制壓樁的速度，掌握好壓樁作業的機身、機架垂直度，注意對壓樁過程進行位移、偏移控制，確保樁體壓入設計深度。

3.4 基坑支護設計與施工

考慮巖土工程基坑深度、地基土特性、地下水條件及周邊環境，可以合理設計基坑支護方案，采用放坡+坡面掛網噴漿的方式，并將其作為止水帷幕，坑內采用集水明排，坑外則采用排水溝，集水坑明排。同時，在基坑支護設計與施工方案中，要根據室內試驗結果、原位測試結果及相關工程經驗，提供基坑支護設計相關參數。

同時，要做好本工程的抗浮設計和施工，進行抗浮驗算，并采用增大基礎自重或頂部覆土的方式進行抗浮處理。還要做好地表水和地下水的控制，要在基坑內外設置排水溝，集水坑明排，并重點做好基坑周邊截、排水工作，有利于雨水及地表水的匯聚。對于地下水管網滲漏、強降雨時，要做好場區低洼處的降排水工作。對于地下水的控制則要做好基坑開挖前的降排水工作，重點做好基坑外圍截排水工作，及時將降雨或積水排出坑外。

在基坑工程開挖作業中，在確定基坑支護結構構件達到設計強度后方可進行開挖，依照一定的施工順序和開挖深度進行分層開挖。并在土方開挖完成后立即進行施工墊層，封閉基坑并進行地下結構的施工，包括混凝土墊層、基礎施工和主體地下結構的施工。同時應重點做好基坑工程的監測，包括對支護結構、周邊地下管線、周邊建筑物、鄰近地表沉降的監測，對監測項目、數量、頻次、限值數據進行及時采集和反饋，為信息化施工做好數據支持和準備。尤其要做好強降雨及管道滲漏的監測和應急處置工作，確保基坑開挖及支護施工的穩定與安全性。

另外，要做好基坑工程的風險識別與應對，重點做好基坑開挖施工風險和特殊性巖土與不良地質風險的識別與應對工作，在基坑開挖施工風險應對過程中，可以采用坑內降、排水治理措施，合理安排施工開挖計劃，實施分層、分段開挖施工，應做到先支護后挖，開挖面及時進行后序施工，并嚴格控制地面超載和振動荷載，避免支護結構出現變形、位移的現象。在特殊性巖土與不良地質風險應對之中，要在坑內預先降水，使土體固結，可以采用人工開挖的方式進行基坑（槽）開挖，待到達設計標高后及時澆筑墊層，合理設置分層開挖厚度，避免坡體坍塌。鉆孔灌注樁施工應在樁孔洞口要設置鋼護筒，控制鉆進速度，合理調控泥漿比重，確保成樁質量。

4 小結

綜上所述，巖土工程樁基設計和施工是一個復雜的工程內容。要結合擬建工程的性質特點、荷載及環境條件，運用巖土工程樁基設計施工相關原理，設計擬建巖土工程的樁基施工方案，進行鉆孔灌注樁成樁和預應力管樁成樁的可行性分析，并做好基坑支護設計和施工。

巖土樁基礎設計理論是一個龐大而動態發展的體系，需加強對管樁-土體復合地基的理論研究，并要充分考慮樁基施工中的負摩阻力、群樁效應、開口樁閉塞等問題，從而更好地保證巖土工程的成樁質量。