扶西項目場地地質條件及長螺旋施工支護樁受力分析

摘要：通過對融創佛山扶西項目場地詳細地勘，文章對基礎支護方案的進行了分析與評價。在對擬采用的兩種支護樁類型的優缺點、可行性、設計施工難易度做了較為詳細的評估之后，最終擬定長螺旋施工支護樁為基坑支護設計方案。為了證明該方案的安全性，對采用長螺旋支護樁的該基坑進行了有限元的計算與分析，結果表明該設計方案具有較高的安全儲備，在變形與強度方面均滿足設計要求。最后，本文提供了幾點對該工程具有一定實用價值的建議與結論。

關鍵詞：地質條件; 支護樁; 基礎類型; 有限元分析

中國分類號：TU94+2A

［定稿日期］2022-04-21

［作者簡介］曾維楚（1986—），男，本科，工程師，從事技術管理工作。

1 工程概況

融創佛山扶西項目位于南海區扶西工業區，海五路以北、貨站路以東，項目被濱河路分割為兩個地塊，總用地面積為72 963.73 m2。全場區設置2層地下室。

2 基礎方案分析與評價

2.1 基礎方案

（1）場地內以素填土、淤泥質土、粉質黏土、中砂等為主，軟土厚度較大，易液化土層相對發育，本項目擬采用樁基礎。根據地質條件情況，主樓采用鉆孔灌注樁，以中、微風化巖作為樁端持力層［1］。

（2）對于商鋪及其他裙樓部分，擬采用預應力管樁，以強風化巖層為樁端持力層。

2.2 樁基礎成樁可行性分析

2.2.1 鉆孔灌注樁基礎

該地塊擬建高層建造，建議根據建筑上部結構、荷載及建筑沉降變形要求，采用鉆孔灌注樁，選擇連續中、微風化基巖作為樁端持力層，樁長、樁徑根據地質情況和上部荷載綜合確定。采用樁徑1.2～1.6 m，預估樁長40～50 m，嵌入中、微風化巖深度應不少于1d或按設計要求嵌巖［2］，需防止噪音及泥漿對周邊環境造成污染。

單樁豎向承載力估算對于鉆（沖）孔灌注樁，設計時，單樁豎向承載力特征值按下式進行評估：

最終單樁豎向承載力特征值由成樁后的荷載試驗確定，樁基設計參數須結合佛山禪城區設計經驗取值［3］。

場地中風化碎屑巖為軟化巖石，因此在本工程中，中風化碎屑巖的frs和frp取5.00 MPa， C1取0.24，C2取0.032；中風化灰巖的frs和frp取10.00 MPa，C1取0.3，C2取0.04；微風化灰巖的frs和frp取25.0 MPa，C1取0.40，C2取0.045。

另外，對高層塔樓端承樁樁位應做超前鉆，進一步探明樁端基巖的完整性及強度，超前鉆的深度應加深一些。

2.2.2 預應力管樁基礎

對于商鋪及其他裙樓部分，經分析可以采用預應力管樁基礎，樁徑首選500 mm～600 mm，預估樁長25.0～35.0 m。采用錘擊法（或靜壓法）沉樁，嚴格以貫入度作為終樁條件，以強風化巖為樁端持力層。樁長因地而異，以柱狀圖及剖面圖為樁長配樁依據。局部地段強風化巖厚度較小或局部缺失，容易造成上軟下硬、軟硬突變的現象，因此樁端進入持力層時要嚴格控制樁的貫入速度，因為樁端達到中風化巖面時，沖擊能量過于集中容易造成打爛樁頭和斷樁現象。

對于預應力混凝土管樁及未進入中、微風化巖的灌注樁，單樁豎向承載力特征值按廣東省標準DBJ 15-31-2003《建筑地基基礎設計規范》第10.2.3條提供的公式進行計算；最終單樁豎向承載力特征值由成樁后的荷載試驗確定。樁基設計參數結合地區設計經驗取值。計算公式為：

由于施工工藝和方法的原因，樁基礎施工往往會對周邊環境產生較大的影響，比如在施工時產生的振動、擠土效應等，具體分析如下：

（1）振動的影響：目前，樁基礎的形式多種多樣，施工方法也不盡相同。有些樁基礎施工對周圍環境影響較大，如在錘擊樁的施工中，打樁振動容易造成附近建筑物墻體、地面等出現裂縫；鉆孔灌注樁雖可以避免上述不良影響，但當樁穿過砂層時，若未能及時用泥漿護孔，則會造成涌砂、塌孔等，對周圍已有建筑物構成威脅。因此，在城市建筑密集區，對樁基礎施工方法進行選擇時，應盡量避免采用振動或捶擊式樁基礎。

（2）擠土效應是指樁入土時擠開相應體積的土體，在樁周土體中產生較高的超孔隙水壓力。經擾動的土體極易蠕動，表現為地表、淺層和深層土體發生豎向和水平位移。大量的土體位移會導致鄰近建筑物基礎的上抬、結構的變形、地坪和墻面的開裂。

基于對于環境的不良影響，應合理設計打樁的順序，減少擠土效應。如：在場地一側有鄰近建筑物時，應背離建筑物由近向遠處打樁；在場地空曠的條件下，應按先中央后周圍，由里及外的順序打樁；區域大時，采用跳打可使鄰近建筑物變形趨于均衡，減少差異變形，防止或減少建筑物的傾斜；區域小時，采用間隔打樁，可減少土體側向擠壓力；設置垂直排水通道，可加快超孔隙水壓力的消散，減少擠土現象；開挖防擠溝，進一步隔斷打樁引起的擠土壓力及超孔隙水壓的傳遞途徑和減少淺層土的積壓，從而起到減少對鄰近淺埋管線和基礎的影響［4-5］。

3 長螺旋施工支護樁有限元分析

本文采用大型有限元程序ABAQUS分析，ABAQUS是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題，ABAQUS是功能最強的非線性分析軟件，可應用在以下領域：建筑、勘查、地質、水利、交通、電力、測繪、國土、環境、林業等方面［6］。

3.1 有限元模型的建立

扶西項目基坑支護工程設計平面圖如下，從圖1中可知，基坑兩側設置了水平支撐，中間狹長部分未設置水平支撐，通過支護樁進行支護，有限元計算以這部分為分析對象。

由于基坑范圍較大，計算中，取中間狹長無橫撐部分作為有限元模型建模范圍，取土范圍為60 m×80 m×30 m，基坑開挖范圍為40 m×60 m×5.2 m，支護樁徑為0.85 m，長度為20 m。土體本構模型采用摩爾庫倫模型，根據地勘報告取土體參數如下表所示：

模型中，樁土相互作用采用界面單元處理。模型底部施加完全固定約束，在兩側施加豎直滑動約束，模型表面則取為自由邊界。模型共計19 096單元，節點數17 810個，單元全部為實體單元。，有限元模型如圖2、圖3所示。

3.2 分析結果

圖4為整體總變形云圖，可以看到基坑底部隆起，在基坑周圍有一定的變形，由于支護樁的作用，變形量只有5 mm左右，說明支護樁的支護作用明顯，證明證明設計采用長螺旋施工支護樁非常合理。

圖5～圖8四幅云圖分別代表總變形、X方向變形、Y方向變形及豎向變形，樁頂的變形量最大，變形規律符合實際情況，變形量控制在10 mm以內。

圖9、圖10兩幅云圖分別代表支護樁軸向應力及X方向水平應力，最大軸向應力為0.6 MPa，證明安全儲備較高，滿足設計要求。

4 結論

（1）本場地位于佛山沉降區，基巖的巖性為白堊系百足山組（K1b））褐紅色、灰紅色粉砂質泥巖、泥巖及石炭系測水組（C1c）灰巖等組成，風化程度差異大，中、微風化巖埋藏較深，施工中未發現明顯的破碎帶或斷裂構造，基巖穩定性良好。適宜興建各類建筑物。

（2）場地內第四系土層主要為素填土、淤泥質土、粉質黏土、中砂等，根據GB 50011-2010《建筑抗震設計規范》劃分，本工程的建筑場地土類型為中軟土，場地類別主要劃分為Ⅱ類。場地內發育易中等液化砂土，建筑場地處于對建筑抗震不利地段。

（3）鉆孔灌注樁（或旋挖樁）成樁難度不大，但該樁型在飽和砂土發育中易產生塌孔，在軟弱土及黏性土中易產生縮徑，要特別注意成樁質量，同時注意泥漿對周圍環境和水體的污染。

（4）建議進行試樁以確定施工參數，并進行單樁靜載荷試驗（或抗拔試驗），以確定單樁豎向承載力設計值或特征值。

（5）通過有限元計算分析可知，設計中采用的長螺旋施工支護樁變形和強度均能滿足結構安全要求，證明了設計是合理的。

（6）場地地基巖土工程地質條件復雜，灰巖巖面起伏變化較大，且存在溶洞、溶溝。溶、土洞的規模較大，對于單個溶洞、土洞一一查明，難度及工作量都比較大，溶洞、土洞的形成和發展，是有規律，但也是比較復雜的，即使是一柱一孔，有時還難以完全控制，因此建議在樓房基礎施工時，進行超前鉆，以指導施工。

（7）基坑開挖后，坑底會出現一定面積的軟弱土層，以淤泥質土為主，為高縮性軟弱土層，土體工程性質較差，坑底應進行軟基處理，處理方法可采用素混凝土樁、水泥土攪拌樁形成復合地基基礎，在出現面積較小的地段則建議采用碎磚渣進行回填。

參考文獻

［1］ 陳浩文，殷國樂，王艷麗，等.旋挖鈷機用氣動潛孔錘反循環硬巖鉆進技術［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程）.

［2］ 賈學強，張繼光，羅延嚴，等。旋挖鉆機碎巖計算方式的分析探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2017，44（6）：23-27，32.

［3］ 羅曉偉，車國喜，劉斯全。復雜環境工況下大型深基坑工程施工技術［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2017，44（2）：86-91.

［4］ 劉國彬，王衛東。基坑工程手冊［M］. 2版.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［5］ 范崢，鐘久安，何非凡，等。高聚物復合堵水漿材在巖溶地區深孔帷幕灌漿中的應用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2020，471）：86-90.

［6］ 馮濤，蔣良文，張廣澤，等.川藏鐵路雅康段隧道水熱害評估方法探討［J.鐵道工程學報，2016，33（5）：11-17.