蕭山國際機場三期新建項目樁基工程設計研究

徐 路

（浙江中材工程勘測設計有限公司，浙江 杭州 310022)

0 引言

樁基礎作為一種將建筑物荷載傳遞到樁側(cè)土體和樁底持力層的深基礎的形式，已經(jīng)有幾百年的應用歷史，并且近些年在全球范圍內(nèi)應用越來越多［1］。通過樁基礎，能夠達到降低建筑物沉降、提高基礎承載力和滿足建筑物抗震的要求。由于樁基礎具有上述優(yōu)勢，再加上能夠適用于各種地層，從而在建筑、水利、公路等各種工程中得到廣泛應用［2］。

隨著我國基礎建設工作的推進，不同類型的復雜建（構(gòu)）筑物頻頻出現(xiàn)，為適應多變的地層條件和工作環(huán)境，對樁基礎的設計施工要求也越來越高［3-4］。

筆者以蕭山國際機場三期新建項目樁基工程為研究對象，根據(jù)建筑物特征和工程地質(zhì)條件，對樁基選型、持力層選擇、樁基承載力、成樁可能性和對周邊環(huán)境影響進行分析研究，提出樁基和持力層的建議，對單樁豎向抗壓承載力特征值和單樁豎向抗拔承載力特征值進行試算，并分析樁基施工對周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響。本研究結(jié)果可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

新建項目位于浙江省杭州市蕭山國際機場內(nèi)，現(xiàn)有航站樓以西場地，擬建項目由航站樓、交通中心等建筑物組成。其中，航站樓包含主樓和指廊，交通中心包含換乘中心、停車庫、旅客過夜用房、機場業(yè)務用房。

新建項目建（構(gòu)）筑荷載較大，須采用樁基礎。工程區(qū)地下水位較淺，基坑埋深較大，當建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)自重不能滿足抗浮安全要求時，須采用抗浮鉆孔灌注樁。

1.2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)地基土在勘探深度內(nèi)可以大致劃分為填土、黏性土、粉土、砂土、碎石土5類。

工程區(qū)表層普遍存在填土，可劃分①1雜填土、①2素填土、①4淤泥質(zhì)填土。①1雜填土、①2素填土的堆積時間短，呈松散狀，均一性差，工程性能差；①4淤泥質(zhì)填土呈流塑狀，工程性能極差，特點是有高壓縮性、低承載力，具有高靈敏性、高觸變性。

黏性土類主要為⑥1-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土、⑩1粉質(zhì)黏土、⒀1粉質(zhì)黏土。其中，⑥1-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土、⑩1粉質(zhì)黏土、⒀1粉質(zhì)黏土，為流塑～軟塑狀，為軟土層，工程性能差，特點是有高壓縮性、低承載力，具有高靈敏性、高觸變性。

粉土類主要為③1砂質(zhì)粉土，稍密為主，工程性能一般，具有明顯的觸變性和流動性。

砂土類主要為③2粉砂夾砂質(zhì)粉土、③3粉砂、③4粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③5粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑿1粉砂、⒁1細砂。其中，除③4粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土呈稍密狀，工程性能較差，其余土層多為中密狀，局部稍密，工程性能較好，滲透性好，屬中等透水層。砂土在水動力條件作用下，易產(chǎn)生管涌、流砂，從而降低土層結(jié)構(gòu)強度，影響施工安全。

碎石土類主要為⑿4圓礫、⒁2含黏性土圓礫、⒁3圓礫，中密～密實，顆粒多呈大小混雜，均勻性相對略差，即使受氣候、沉積環(huán)境變遷影響的緣故，但其性狀無明顯其他突變。該層巖性成分較雜，以粉砂巖、凝灰?guī)r類為主，顆粒磨圓度較好，呈亞圓形為主，部分扁平狀，主要有砂和黏性土充填。

基巖類主要為強風化砂礫巖，棕紅色，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，巖芯呈碎塊狀，砂礫巖為泥質(zhì)膠結(jié)，角礫以石英砂巖、凝灰?guī)r為主，粒徑0.5～4 cm，呈次棱角狀，巖質(zhì)堅硬，具有遇水軟化等特性。

2 樁基方案的選擇與分析

本工程樁基工程主要涉及主體結(jié)構(gòu)的工程樁、抗拔樁。

2.1 樁型選擇

本場區(qū)可供比選的樁型有預應力混凝土管樁和鉆孔灌注樁，筆者結(jié)合本場區(qū)工程地質(zhì)條件對樁型進行分析評價。

2.1.1 預應力管樁。預應力混凝土管樁具有樁身質(zhì)量穩(wěn)定可靠，樁身混凝土強度高，單樁承載力較高，價格便宜，運輸?shù)跹b輕便，施工速度快，工期短，施工現(xiàn)場整潔以及成樁質(zhì)量監(jiān)測方便等一系列優(yōu)點。缺點是施工時會產(chǎn)生強烈的擠土效應，后施工的預應力管樁對鄰近已完成的預應力管樁和周圍道路管線會產(chǎn)生不利影響，且預應力管樁抗水平向剪切能力較差。

2.1.2 鉆孔灌注樁。灌注樁的優(yōu)點是單樁豎向承載力大，施工噪聲小、不擠土，對周圍環(huán)境影響小，成樁（孔）深度、層位可以從鉆進速率及返渣情況確定。樁長、樁徑可根據(jù)上部荷載進行控制。缺點是灌注樁單價費用高，施工工期較長，泥漿須外運。

擬建項目位于蕭山機場內(nèi)，東側(cè)緊鄰已建航站樓，且附近有通往機場的電信、電力、排水、自來水等重要管線，對變形要求較高，因此工程樁施工對擠土效應的控制要求相對較高。建議樁型選擇無擠土效應的鉆孔灌注樁。

2.2 樁基持力層型選擇

根據(jù)設計所提供資料，航站樓設2 層地下室，開挖深度約為13 m；交通中心設4 層地下室，開挖深度約為20 m。底板以下存在以下土層：③3粉砂、③4粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③5粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑥1-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑧1層粉質(zhì)黏土、⑩1粉質(zhì)黏土、⑿1粉砂、⑿3粉質(zhì)黏土、⑿圓礫、⑿3粉質(zhì)黏土、⒀1粉質(zhì)黏土、⒁1細砂、⒁2含黏性土圓礫、⒁3圓礫。

其中，③4粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③5粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑥1-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土工程性能差，不宜作為樁基持力層。⑿1粉砂工程性能較好，但層厚較薄，層位不穩(wěn)定，故不考慮作為樁基持力層。⑿4圓礫工程性能好，層厚較大，層位穩(wěn)定，是良好的樁基持力層。⒁1細砂、⒁2含黏性土圓礫、⒁3圓礫工程性能均較好，但埋深較深，上部⑿4圓礫厚度較大，若作為樁基持力層不經(jīng)濟。

綜上所述，本工程擬建建筑物的工程樁選擇以⑿4圓礫作為樁基持力層。

擬建建筑物上覆土層較薄時，結(jié)構(gòu)自重一般不能滿足抗浮要求，須設置抗拔樁，抗拔樁的樁長根據(jù)抗拔力大小來決定樁的入土深度。

3 單樁承載力估算

3.1 樁基承載力參數(shù)的確定

樁基承載力參數(shù)根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）［5］，并結(jié)合浙江省《建筑地基基礎設計規(guī)范》（DB33/T 1136—2017）［6］及地區(qū)經(jīng)驗確定。各土層樁基設計所需的參數(shù)建議值具體詳見表1。

3.2 單樁豎向抗壓承載力特征值估算

根據(jù)浙江省標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》（DB33/T 1136—2017）中對相應樁進行估算，公式如式（1）。

式中：Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；qpa、qsia分別為樁端阻力、樁側(cè)阻力特征值，kN；Ap為樁底端橫截面面積，m2；up為樁身周長，m；li為第i層巖土的厚度，m。并做如下假設。

①航站樓2 層地下室樁頂標高按現(xiàn)地面下10 m（樁頂標高-5 m）計算；交通中心4 層地下室按現(xiàn)地面下20 m（樁頂標高-15 m）計算；指廊按現(xiàn)地面下2 m（樁頂標高5 m）計算。

②采用Φ800 mm、Φ1 200 mm 鉆孔灌注樁，以第⑿4層圓礫為樁端持力層進行單樁承載力特征值估算（未考慮群樁效應、負摩阻力等問題）。

本工程的單樁豎向抗壓承載力特征值試算表見表2。

表2 單樁豎向抗壓承載力特征值試算表

3.3 單樁豎向抗拔極限承載力標準值估算

根據(jù)浙江省標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》（DB33/T 1136—2017）中對相應樁進行估算，公式如式（2）。

式中：Ra′為單樁豎向抗拔承載力特征值，kN；up為樁身周邊長度，m；li為第i層巖土的厚度，m；λi為樁周第i層土的抗拔承載力系數(shù)；Gpk為單樁自重標準值，kN，地下水位以下應扣除浮力。本工程的單樁豎向抗拔承載力特征值試算表見表3。

表3 單樁豎向抗拔承載力特征值試算表

4 成樁可能性及對周邊環(huán)境影響分析

4.1 成樁可能性分析

本工程若以⑿4圓礫作為樁基持力層，樁身穿透①1雜填土、①2素填土、①4淤泥質(zhì)填土、③1砂質(zhì)粉土、③2粉砂夾砂質(zhì)粉土、③3粉砂、③4粉砂夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③5粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑥1-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土、⑩1粉質(zhì)黏土、⑿1粉砂、⑿3粉質(zhì)黏土樁端進入⑿4圓礫中。其中①1雜填土局部有粒徑25 cm 以上的塊石，巖質(zhì)堅硬，對樁基施工有一定影響，建議施工前挖除；⑿4圓礫中夾有粒徑10～15 cm 以上的卵石，其母巖成分以砂巖、熔結(jié)凝灰?guī)r為主，巖質(zhì)堅硬，容易引起灌注樁樁頭磨損甚至斷裂，對成孔造成一定的困難，建議針對⑿4圓礫采用旋挖與反循環(huán)泥漿護壁灌注樁進行試驗對比。其余土層對成樁影響較小。

鉆孔灌注樁對周圍環(huán)境影響較小，但存在泥漿排放問題，泥漿須外運，因此本場地采用鉆孔灌注樁作為樁基礎的方案是可行的。根據(jù)場地地質(zhì)條件，本工程宜采用泥漿護壁灌注樁，并按規(guī)范要求進行現(xiàn)場試成樁，以確定合適的施工設備和施工工藝。

4.2 成樁對周邊環(huán)境影響分析

若采用鉆孔灌注樁時，應考慮護壁泥漿的排放和對環(huán)境的污染問題。施工時應采取必要措施，減少成孔泥漿排放對環(huán)境的不利影響，若處理得當，一般不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

5 結(jié)論

①新建項目位于蕭山機場內(nèi)，東側(cè)緊鄰已建航站樓，且附近有通往機場的電信、電力、排水、自來水等重要管線，對變形要求較高，因此工程樁施工對擠土效應的控制要求相對較高。建議樁型選擇無擠土效應的鉆孔灌注樁。

②根據(jù)工程建筑特征和工程地質(zhì)條件，本工程擬建建筑物的工程樁選擇以（12）4層圓礫作為樁基持力層。抗拔樁的樁長根據(jù)抗拔力大小來決定樁的入土深度。

③本樁基工程選擇泥漿護壁鉆孔灌注樁切實可行，且只要施工時對泥漿處理得當，一般不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

④樁基工程適用于各種建筑物和地質(zhì)條件，但具體項目應具體分析。參照該項目，可為該地區(qū)類似工程樁基工程的選型、持力層的選擇和承載力的設計等提供借鑒。