某高層建筑人工挖孔樁基礎(chǔ)處理方案及分析計算

1、某高層建筑人工挖孔樁基礎(chǔ)處理方案及分析計算摘 要 某高層建筑采用人工挖孔樁基礎(chǔ)方案，在施工過程中出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，導(dǎo)致無法繼續(xù)施工。本文對該工程的人工挖孔樁基礎(chǔ)提出了在樁底一定范圍內(nèi)進行旋噴樁加固，部分挖深較大的樁在樁底灌漿處理的方案。實測結(jié)果表明，該處理方法是可行的、經(jīng)濟的。關(guān)鍵詞 人工挖孔樁，樁底持力層安全度，樁底旋噴加固，樁筏基礎(chǔ)一、前 言擬建某高層建筑位于東莞市新城市中心區(qū)，總用地面積約35720m2，主樓高23層，設(shè)一層地下室。該建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計為人工挖孔樁基礎(chǔ)，人工挖孔樁的內(nèi)徑分為1.7m、1.8m、1.9m、2.1m四種，樁的持力層為中風(fēng)化花崗巖，平面布置圖如圖1所示。場地的地層情況

2、自上而下依次為人工填土層（Qml）、耕植土層（Qpd）、第四系坡洪積層（Qdl+pl）、第四系殘積層（Q3el），下伏基巖為震旦系片麻狀花崗巖類，其中花崗巖殘積土層描述如下：灰黃、棕紅等色，系由巖石風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)可辨，成份以粉粘粒為主，含砂，濕，可塑硬塑狀，典型地質(zhì)剖面圖如上圖2所示。人工挖孔樁施工在穿越花崗巖殘積土層時產(chǎn)生管涌現(xiàn)象，難以繼續(xù)施工；若繼續(xù)下挖，則危險性較大。該工程的上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計單位提出了沖孔樁加筏板的基礎(chǔ)處理方案，該方案造價高達700多萬，且工期長，無法滿足甲方的要求，因此對本工程，采用何種基礎(chǔ)處理方案才能達到安全、施工快速、經(jīng)濟的目的？本文對此問題提出處理方案并作分

3、析計算如下。二、基礎(chǔ)處理方案處理原基礎(chǔ)設(shè)計為人工挖孔樁，樁底持力層為中風(fēng)化花崗巖，樁長約為20m，大部分樁施工至1012m時出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，此時樁底為第四系殘積層。在此情況下，人工挖孔樁難以繼續(xù)施工，需要對該基礎(chǔ)盡快拿出處理方案，可選取的可行方案有：1、人工挖孔樁基礎(chǔ)改為沖孔樁基礎(chǔ)方案；2、對各樁的受力情況進行分析，加固樁底的土體，同時基礎(chǔ)形式采用樁筏基礎(chǔ)方案。綜合考慮工期及造價等因素，方案2較方案1有較 圖2 典型地質(zhì)剖面圖為明顯的優(yōu)勢，本工程采用方案2進行加固處理，具體方案如下：采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚1.6m，考慮樁土共同作用14，要求人工挖孔樁樁底穿過可塑土層，進入硬塑土層（根據(jù)樁的施工記錄

4、，所有樁已經(jīng)達到上述要求）；對較長的4#、10#、16#、25#、31#和35#樁，直接清底，封底、澆注樁身砼，對其余樁在現(xiàn)狀下清底，封底、澆注樁身砼后，用旋噴樁進行處理樁底土層，旋噴樁加固如下圖3所示。三、處理方案計算分析1、基礎(chǔ)沉降計算基礎(chǔ)沉降按文1、4方法計算。計算時作了如下幾個假設(shè)：筏板的受力是按地基、樁和筏板共同作用進行計算的；把每條樁（挖孔樁和旋噴樁）當(dāng)成一剛度為k的彈簧；把筏板下的土體作為不同剛度的土彈簧來代替。樁頂沉降由樁身壓縮、樁底應(yīng)力引起的樁底土層壓縮和筏板應(yīng)力引起的樁底壓縮三部分組成，其中樁身壓縮考慮樁身砼的壓縮及旋噴樁復(fù)合地基的壓縮。對前兩部分的沉降按文1的方法進行計算

5、，對最后部分的壓縮根據(jù)地質(zhì)資料及應(yīng)力分布系數(shù)，用分層總和法計算。經(jīng)旋噴處理后樁的樁頂沉降計算具體如下所示：（1） 上式中S表示樁頂沉降值，N表示樁頂荷載值，L表示挖孔樁樁長，Ec表示樁身砼變形模量，表示旋噴樁樁身砼變形模量，A表示挖孔樁樁身截面積，表示挖孔樁樁底所有旋噴樁樁身截面積之和，表示挖孔樁樁底旋噴樁的樁長，i表示由筏板底應(yīng)力產(chǎn)生的對旋噴樁樁底的第i層土的附加應(yīng)力分布系數(shù)，表示筏板底應(yīng)力值，hi表示旋噴樁樁底第i層土的厚度，Ei表示旋噴樁樁底第i層土的變形模量，表示挖孔樁樁身摩擦力，表示挖孔樁樁底所有旋噴樁的樁身摩擦力，D表示旋噴樁組成的樁底直徑，旋噴樁樁端持力層的泊松比，表示形狀系數(shù)，

6、Er表示旋噴樁樁端持力層的變形模量，表示由筏板底應(yīng)力產(chǎn)生的對筏板底的第i層土的附加應(yīng)力分布系數(shù)，表示筏板底的第i層土的的變形模量，表示筏板底的第i層土的的厚度。樁的剛度值k按文2的方法進行計算，具體如下所示： （2） 其中：表示樁身的剛度，其余符號的意義同上。筏板沉降采用分層總和法進行計算，具體如下所示： （3）其中表示筏板沉降值，表示筏板底第i層土的附加應(yīng)力系數(shù)，表示筏板底的地基反力值，表示筏板下第i層土厚度，表示筏板底第i層土的變形模量值，AB表示所考慮的土彈簧的長度寬度，表示AB范圍內(nèi)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值。筏板底土的彈簧剛度據(jù)文2計算，具體如下所示： （4）根據(jù)以上的計算公式，分以下三種工況進行

7、計算：工況一，考慮樁、樁間土、筏板共同作用，按正常使用極限狀態(tài)下的準(zhǔn)永久荷載組合值計算沉降，筏板的沉降為4.26.3cm，相鄰柱的沉降差小于0.002l（l表示柱距），滿足規(guī)范的要求；工況二，考慮樁、樁間土、筏板共同作用，按每層16kN/m2的荷載值計算沉降，筏板的沉降為3.95.8cm，相鄰柱的沉降差滿足規(guī)范的要求；工況三，不考慮樁的作用，按每層16kN/m2的荷載值計算沉降，筏板的沉降為8.410.6 cm，相鄰柱的沉降差滿足規(guī)范的要求。2、地基強度計算工況一筏板下地基反力最大約為365kPa，平均地基反力為215kPa；工況二筏板下地基反力最大約為400kPa，平均地基反力為180kPa

8、；工況三筏板下地基反力最大約為800kPa，平均地基反力為300kPa。而地基強度由文3，可按下式計算：PA2aB0hDc其中：P表示地基強度，=0表示地基處于臨塑狀態(tài)；=1表示地基處于極限平衡狀態(tài)。對本工程，取=17kN/m3，C=35k N/m3，=22，0=17kN/m3，h=7.9m，則由文3可知：當(dāng)=0， P=00+3.44177.9+6.043.5=673kN/m2當(dāng)=1， P=12.261727+7.82177.9+16.8835=2678kN/m2對工況一，地基安全度為k=7.3，對工況二，k=6.7況三，k=3.3。本工程采用樁筏基礎(chǔ)方案，地基強度是足夠的。3、樁底旋噴樁加固

9、對人工挖孔樁長度不夠的，需在其樁底進行旋噴加固，以改善樁底持力層的強度。旋噴樁采用三重管進行旋噴，旋噴樁樁身直徑0.70.8m，樁身強度90天后達到2.0MPa，單根旋噴樁設(shè)計承載力為800kN，認(rèn)為樁底荷載全部由旋噴樁承擔(dān)，具體按文3進行計算，如下所示： （5）其中：n所需加固的旋噴樁樁數(shù)。四、實測結(jié)果該建筑物共布設(shè)18個沉降觀測點，目前該樓已封頂，沉降觀測結(jié)果如下圖4所示。根據(jù)沉降觀測結(jié)果可知，最大的沉降量出現(xiàn)在E-1點（軸），沉降量為4.35cm，與計算結(jié)果基本吻合。五、結(jié) 論根據(jù)以上分析結(jié)果及實測結(jié)果可知：1、對部分人工挖孔樁樁底采用旋噴樁進行加固，部分挖深較大的人工挖孔樁直接在樁底灌漿加固，以改善其持力層的狀況；同時將基礎(chǔ)形式改為樁筏基礎(chǔ)，方案是安全的、可行的。2、考慮樁、土、筏板的共同作用，其基礎(chǔ)沉降約為45cm，實測結(jié)果與計算結(jié)果相近的。參考文獻1陸培炎，樁、土結(jié)構(gòu)（承臺）共同作用的簡化計算法，廣東省巖石力學(xué)與工程學(xué)會，1987年。2陸培炎，樁基