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作者：張松 0 引言 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的核心為沉降控制，沉降過大容易引起不均勻沉降,，還可能影響建（構(gòu)）筑物的正常使用,，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。嵌巖樁[1]是一種常見的樁基礎(chǔ)形式,具有穩(wěn)定的承載能力,、地層環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),、沉降位移小、穩(wěn)定性高等特點(diǎn),，然而,，在傾斜巖層的不良地質(zhì)條件下，以高層建筑作為上部結(jié)構(gòu),，嵌巖樁需要承擔(dān)更大的荷載,，對(duì)其承載能力具有更高的要求，另外對(duì)于有巖層結(jié)構(gòu)面突變的地區(qū),，為了找到好的基巖面,，有些嵌巖樁需要施工100m甚至更長，而超長嵌巖樁已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ翗?，失去了嵌巖的意義,，且樁越長樁身壓縮越大。位于巖面的樁基為滿足剛性角的要求,，又需要在中風(fēng)化巖層中開更深的孔,，這樣勢(shì)必會(huì)造成工程難度的加大,，成本增加，工期加長,，后期極易產(chǎn)生不均勻沉降會(huì)造成上部結(jié)構(gòu)傾斜,。是否可以采用其他的基礎(chǔ)方案來處理基巖面起伏較大的地層，本文通過計(jì)算和一些特殊方法來處理來解決類似問題,。 1 工程概況 擬建項(xiàng)目位于昆明市,，場地北側(cè)及西側(cè)緊鄰曇華路，東側(cè)緊鄰西南林大學(xué)生宿舍樓,，南側(cè)臨近邊坡,。4#樓位于場地東北角，地上27層,，地下2層,，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ),。本工程擬采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),，地層起伏很大，樁基礎(chǔ)長度差異較大,，見圖1,，導(dǎo)致樁剛度差異較大和基礎(chǔ)沉降不均勻，存在較大安全隱患,，且長樁造價(jià)較高,。
圖1 地層起伏3D模型圖 2 工程地質(zhì)條件 本工程4#樓坐落在基巖起伏發(fā)生較大變化處，根據(jù)詳勘資料,，在BK16和BK17鉆孔（間距22.86m）的基巖埋深出現(xiàn)較大差異,，見圖3，目前已知兩鉆孔基巖出露高差大于50m,；根據(jù)施工勘察，4#樓基礎(chǔ)下白云巖出露深度為18~100m,，存在約82m高差,，且在該棟樓西北角的鉆孔中發(fā)現(xiàn)溶洞，溶洞全填充褐灰色硬塑-堅(jiān)硬狀全風(fēng)化白云巖,，見圖2和表1,。
圖2 地質(zhì)鉆孔平面布置圖
圖3 G21-G21’典型剖面圖 表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)
圖4 地下鷹嘴、石芽,、溶溝形態(tài)示意圖 巖溶[2]是場地內(nèi)主要的不良地質(zhì)作用,。詳細(xì)勘察過程中揭露地下巖溶主要為石芽、溶溝等地下巖溶形態(tài),，石芽,、溶溝等地下巖溶形態(tài)對(duì)地基穩(wěn)定性（尤其是樁基礎(chǔ)持力層選擇）影響較大,，見圖4。 3 試樁結(jié)果 根據(jù)昆明某檢測(cè)公司提供的匯德里花園項(xiàng)目（試樁）報(bào)告,，該檢測(cè)公司于2021年2月進(jìn)行了單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)[3],。距離4#樓較近的試樁為1-SZ3#、2-SZ2#,，非嵌巖樁為第三組3-SZ1#/3-SZ2#/3-SZ3#,。平面位置見圖5，參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)見表2和表3,。
圖5 試樁平面布置圖 距離4#樓較近的試樁為1-SZ3#,、2-SZ2#，其參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果,，見表2,。 表2 1-SZ3#、2-SZ2#試樁結(jié)果
第三組試樁為非嵌巖樁,，其參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果,，見表3。 表3 3-SZ1#,、3-SZ2#,、3-SZ3#試樁結(jié)果
4 基礎(chǔ)方案選型 4.1樁基礎(chǔ)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的結(jié)構(gòu)模型，4#樓共布置了67根φ900灌注樁,，設(shè)計(jì)要求西側(cè)嵌巖樁承載力特征值8000kN,，東側(cè)樁基承載力特征值6000kN，見圖6~8,。
圖6 樁位布置圖（紅線左側(cè)為嵌巖樁）
圖7 基樁反力（D+L）
圖8 沉降等值線圖（4~49mm） 嵌巖樁的承載力主要為樁身強(qiáng)度控制,，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.8.2條，樁身承載力計(jì)算如下：
式中：N為荷載效應(yīng)基本組合下的樁頂軸向壓力設(shè)計(jì)值,；φc為基樁成樁工藝系數(shù),； fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；f'y縱向主筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,；A's縱向主筋截面面積,。 嵌巖樁的沉降主要為樁身壓縮，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-2008)第5.5.14條,，樁身壓縮計(jì)算如下：
與試樁沉降基本相同,。 式中：Se計(jì)算樁身壓縮；ξe 樁身壓縮系數(shù),；Qj第j樁在荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組織下（對(duì)于復(fù)合樁基應(yīng)扣除承臺(tái)底土分擔(dān)荷載）,，樁頂?shù)母郊雍奢d，kN,； lj第j樁樁長,，m,；Aps樁身截面面積；Ec樁身混凝土的彈性模量,。 4.2樁基礎(chǔ)方案優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：傳力明確,，可以將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到較深的持力層上。 缺點(diǎn)：1）灌注樁樁身質(zhì)量問題：地下水的流動(dòng)可能引起灌注樁樁身質(zhì)量問題,；2）樁端持力層軟化：樁端持力層為白云巖,，遇水會(huì)被溶蝕；3）影響灌注樁垂直度：白云巖出現(xiàn)溶洞或石芽及溶溝現(xiàn)象,，基樁在鉆進(jìn)過程中,，樁孔內(nèi)陸層巖石軟硬不均或者半土半巖“斜坡巖”導(dǎo)致鉆孔偏位；4）串漿：由于有巖溶的存在,，在施工過程中,，使得相鄰的樁孔在樁身的某個(gè)部位被溶洞貫穿，大量泥漿從相鄰孔口涌出,，出現(xiàn)串漿現(xiàn)象,；5）樁端持力層無法確定：擬建場地基巖起伏較大，樁底標(biāo)高若選在石芽的頂峰或斜面上,，將會(huì)造成失穩(wěn),，樁底位置若遇有鷹嘴、溶隙（洞）時(shí),，樁底應(yīng)穿越鷹嘴,、溶隙（洞），并進(jìn)入穩(wěn)定基巖一定深度,；6）巖面埋深較大的位置,，樁長過長，后期容易出現(xiàn)不均勻沉降,，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傾斜,。 4.3復(fù)合地基方案 考慮到該工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，相較于樁基方案,，復(fù)合地基方案安全性更好,。復(fù)合地基由地基土和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載，基底持力層主要為③1層粉質(zhì)黏土層,，承載力特征值為150 kPa。 增強(qiáng)體擬采用2種方案,，一是采用φ800灌注樁為增強(qiáng)體,；二是采用勁性復(fù)合樁為增強(qiáng)體。 4.3.1灌注樁增強(qiáng)體方案 灌注樁：根據(jù)地質(zhì)情況,，灌注樁可采用嵌巖樁和摩擦樁兩種樁型,。 嵌巖樁：基巖埋深較淺位置,，約30~40m可進(jìn)入中風(fēng)化灰?guī)r層?？筛鶕?jù)試樁報(bào)告結(jié)果,，選擇強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖石作為樁端持力層，承載力特征值對(duì)應(yīng)的變形小于10mm,。 基巖埋深較深位置,，埋深可達(dá)100m，擬采用摩擦樁,。摩擦樁以B4-15,、19為例，樁頂標(biāo)高1903.5m進(jìn)行計(jì)算,，見表4,。 表4 摩擦樁承載力計(jì)算
基底持力層為③1層粉質(zhì)黏土，承載力特征值為150kPa,。根據(jù)模型計(jì)算,，平均基底反力為390kPa，以BK18鉆孔地層計(jì)算沉降,，見表5,。 表5 復(fù)合地基計(jì)算
根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）表5.3.4，4#樓整體傾斜允許值為0.0025,，故東西方向差異沉降允許值為115mm,，南北方向差異沉降允許值為45mm。南北方向的差異沉降要求更為嚴(yán)格,，且南側(cè)單側(cè)有地下室裙房,，北側(cè)沒有設(shè)置地下室，更可能加劇南北方向的差異沉降,。按照方案1和方案3初步布樁,，見圖9和圖10。
圖9 5d布樁圖（共57根）
圖10 4.5d布樁圖（共72根） 4.3.2增加嵌巖樁沉降措施 考慮的目前沉降計(jì)算的準(zhǔn)確程度,，為保證建筑物的安全,，在樁頂部位采用軟墊層，如泡沫板或其他軟體材料,，利用軟墊層增大巖石淺部位復(fù)合地基沉降,，保證在任何沉降變形情況下滿足規(guī)范要求。 （1）初步設(shè)計(jì)參數(shù) 擬采用350級(jí)EPS或XPS泡沫板（10%應(yīng)變時(shí)抗壓強(qiáng)度350kPa）,，厚度100mm,，設(shè)置在西側(cè)嵌巖樁樁頂位置。 泡沫板極限變形約75%×100mm=75mm，可滿足東西兩側(cè)基礎(chǔ)差異沉降,，且可與東側(cè)沉降同步發(fā)生,，見圖11。
圖11 EPS土工泡沫應(yīng)力-應(yīng)變曲線[4] （2）設(shè)計(jì)原則 為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)想,，西側(cè)筏板下應(yīng)采取設(shè)置軟墊層的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施,，增加西側(cè)筏板基礎(chǔ)沉降，軟墊層應(yīng)具有以下兩方面的特點(diǎn): 1）軟墊層應(yīng)具有一定的承載能力,，應(yīng)能承擔(dān)結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時(shí)的重量及其施工荷載,，并確保建設(shè)過程中不致產(chǎn)生過大的壓縮變形。 2）軟墊層應(yīng)具有一定的變形能力,，以保證筏板基礎(chǔ)沉降變形滿足安全要求。 4.3.3勁性復(fù)合樁增強(qiáng)體方案 勁性復(fù)合樁技術(shù)是一種新型的地基處理技術(shù),，該方案采用《勁性復(fù)合樁技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T327-2014）[5]進(jìn)行設(shè)計(jì),。勁性復(fù)合樁技術(shù)主要應(yīng)用于我國沿江、沿海的軟土地區(qū),，將現(xiàn)行規(guī)范中常用的柔性散體材料樁（S樁）,，半剛性水泥土類樁（M樁）和剛性高強(qiáng)度類樁（C樁）復(fù)合而成，具有較高的強(qiáng)度,、剛度,、密度和均勻性且與樁周土具有較好的協(xié)調(diào)性。 本項(xiàng)目擬采用以下工藝：先打水泥土樁，再在樁中心施打芯樁,，形成水泥土復(fù)合樁。對(duì)比旋挖灌注樁,，復(fù)合樁有一定的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)對(duì)于本場地復(fù)雜的水文地質(zhì)條件,，復(fù)合樁對(duì)成樁質(zhì)量有較高保證,，見表6和表7,。 表6 摩擦樁承載力計(jì)算
基巖埋深淺的位置，芯樁插至基巖層頂,。 表7 復(fù)合地基計(jì)算
為控制差異沉降,，復(fù)合樁方案仍需采用增加嵌巖側(cè)沉降的措施，詳見本文4.3.2。復(fù)合樁布樁圖,，見圖12。
圖12 復(fù)合樁布樁圖（共98根） 5 結(jié)論及建議 （1）4#樓場地工程地質(zhì)條件復(fù)雜,，基巖起伏較大,，東西側(cè)基巖埋深高差大于50m，且具有臨空面,；場地內(nèi)有巖溶發(fā)育,，4#樓西北角具有充填型溶洞,。這種復(fù)雜地質(zhì)條件對(duì)樁基礎(chǔ)持力層確定難度較大,，且臨空面樁基礎(chǔ)成樁垂直度難以保證。 （2）4#樓場地地下水條件復(fù)雜,，基巖為白云巖,，存在遇水被溶蝕的可能性；地下水的沖蝕還可能影響樁身混凝土的灌注質(zhì)量,。 （3）調(diào)節(jié)4#樓東西兩側(cè)的差異沉降,，可采用復(fù)合地基方案，同時(shí)考慮增設(shè)軟墊層增加嵌巖側(cè)基礎(chǔ)沉降量的方法,。 （4）采用水泥土勁性復(fù)合樁工藝,，對(duì)成樁效果有保證，同時(shí)具有一定的經(jīng)濟(jì)性,。 參考文獻(xiàn) [1]建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ9-2008[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008. [2]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50007-2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,，2011. [3]建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范：JGJ106-2014[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014. [4]劉經(jīng)法. EPS土工泡沫本構(gòu)模型研究發(fā)展[J]. 山西建筑,，2008(8)：182-183. [5]勁性復(fù)合樁技術(shù)規(guī)程：JGJ/T327-2014[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社,，2014. |
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