大直径人工挖孔嵌岩桩在基础设计中的应用

□王 文 □张文刚（河南省豫北水利勘测设计院）

1.工程概况

林州市蓝钻华庭6#楼位于蓝钻华庭小区内，建筑面积7762m2，为18层剪力墙结构。地下一层为贮藏室，一层为商业网点，2～18层为住宅部分，层高均为3.0m，第19层为电梯机房，层高4.2m，室内外高差0.45m，结构总高度54.45m。本工程抗震设防为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，特征周期0.40s，剪力墙（及框架）抗震等级为三级，抗震构造等级三级。高层建筑基础埋深取房屋高度的1/15，为1/15×54.45=3.63m，地下室结构计算高度为3.6m，筏板厚度取h=1000m m，筏板底标高为-4.6m，基础埋深满足规范要求。基础持力层位于粉质粘土单元，该层地基承载力只有130kPa，采用天然地基不能满足设计要求。并且该楼位于场地内西部，此处存在纵贯南北向排水沟，深度5.0～8.0m，宽约10.0m，沟内土质大部为后期回填土，不能作为持力层使用。筏板距离坚硬的石灰岩单元还有7.0m左右，因此基础采用筏板+桩基础，桩端嵌入石灰岩单元作为基础。

2.场地工程地质条件

依据野外勘探、原位测试及室内土工试验结果，该建筑场地在勘探深度范围内的地层由上至下主要分为：

2.1 素填土单元

主要由粘性土组成，含少量灰渣、石块及植物根系等，松散。层底埋深0.6～1.2m，层厚0.6～1.2m，平均厚度0.88m。

2.2 粉质粘土单元

黄褐色、红褐色，可塑，具铁锰质氧化物侵染现象，无摇振反应，切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等。层底埋深1.3～11.9m，层厚0.6～11m，平均厚度3.24m，承载力特征值f ak=130kPa。

2.3 石灰岩单元

灰白色、青灰色，隐晶质结构，成分以方解石为主，呈中风化状，岩石坚硬，岩心较完整，裂隙较发。该层未揭穿，揭露最大深度15.0m，揭露最大厚度14.0m，承载力特征值f ak=2000kPa。

最大钻探深度15.0m内未见地下水位，且场地内及其附近无地表水。

3.人工挖孔桩的设计

3.1 概述

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等相关规范进行计算。该楼基础设计等级为乙级，基桩按照不同的分类方法，可分为摩擦桩、端承桩（按承载状态分），分为挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩（按成桩方法分），还可分为小直径桩（d≤250m m）、中等直径桩（250m m≤d≤800m m）、大直径桩（d≥800m m）（按设计直径d分类）。本工程采用人工挖孔扩底灌注桩（嵌岩桩），桩径d=800m m，扩大头直径D=1200m m，基桩的最小中心距≥3.0d，根据《安阳大地勘探工程有限公司提供的岩土工程勘察报告(详勘)》，以第3层灰白色石灰岩为桩端持力层，桩端阻力特征值qp=3000kPa，桩端进入持力层深度≥1.50m，满足规范要求的嵌入较完整岩的全断面深度不宜＜0.4d且≥0.5m的规定。

3.2 单桩竖向承载力计算（嵌岩桩）

3.2.1 单桩竖向极限承载力计算

Quk=Qsk+Qrk=uΣQsi k1 i+ζrf rkAp

注：Quk—单桩竖向极限承载力标准值；Qsk—土的总极限侧阻力标准值；Qrk—嵌岩桩总极限阻力标准值；Qsi—桩周第i层土的极限侧阻力；f r—岩石饱和单轴抗压强度标注值；ζr—桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数

根据桩基规范5.3.9条计算

H r/d=1.5/0.8=1.875ζr=0.89*1.2=1.068（H r为嵌岩深度）

表1 桩侧阻力、端阻力特征值表

桩截面面积：Ap=3.14*1.2*1.2/4=1.13m2

将桩端、桩侧阻力特征值带入下式计算所得：

Quk=Qsk+Qrk=uΣQsi k1 i+ζrf rkAp=3621kN

3.2.2 单桩竖向承载力特征值计算

Ra=1/K*Quk（注：K 为安全系数，取 K=2）

Ra=1/K*Quk=1/2*3621=1811kN

3.3 荷载取值（标准值）与桩数确定

3.3.1 基础以上荷载总值：124769kN

3.3.2 基础筏板自重：25*454.8*1=11370kN

3.3.3 上述两项荷载总和：136139kN

3.3.4 桩数n=136139/1811=75根

根据上述计算结果进行基础桩位布置，桩间距按照d=2.4m进行排列，输入PKPM系列结构计算软件JCCAD程序中，进行验算，桩基竖向承载力满足桩基规范要求。

3.4 构造要求

桩身混凝土采用C35，桩主筋混凝土保护层厚度≥35m m，主筋采用H B400级（三级钢）。桩身配筋率取0.75%，配筋面积为Ag=0.0075×3.14×800×800/4=3768m m2，主筋选用12根三级钢d=20，桩顶纵向钢筋锚入筏板内，锚入长度≥38倍纵筋直径。箍筋采用螺旋式，直径为8m m，间距200m m，桩顶以下5d范围内箍筋加密间距为100m m；并且每隔2.0m设置一道焊接加劲箍筋，直径14m m。桩的外缘至承台边缘的距离≥150m m，桩嵌入承台内的长度≥100m m，详见桩身构造详图。

图1 桩身构造详图

3.5 其他要求

人工挖孔桩终孔时，应进行桩端持力层检验，并逐孔检验桩底下3m深度范围内有无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件。单桩竖向极限承载力标准值、极限端阻力标准值应通过单桩静载试验确定，检验方法可按现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106执行。试桩数不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根。成桩后要对桩体完整性、承载力进行检测,验收合格后方可进行上部结构施工。桩施工过程中，要进行护壁，护壁的制备和处理要符合相关规范要求，护壁厚度为175m m，当桩净距＜2500m m时，采用间隔开挖。桩的施工应符合《建筑桩基技术规范》中第六章及其他有关施工规范中要求，并注意施工安全。

4.结语

桩基工程是一项繁琐而且复杂的工程，作为一名设计人员要从多方面考虑，结合建筑物的勘察报告仔细分析，选择合理的桩基形式，这对于保证结构安全、节约投资、降低工程造价，起着举足轻重的作用。林州市蓝钻华庭6#基础施工已接近尾声，从施工现场基槽开挖后的验槽记录以及基桩整体施工情况、验桩记录，说明该栋建筑物基础在距离持力层较远的情况下，选择人工挖孔嵌岩桩这种桩基形式是符合实际情况的，是正确的选择。