混凝土大直径钻孔灌注桩基础设计浅析

王应麟

（静宁县建设工程质量监督管理站，甘肃静宁743400）

混凝土大直径钻孔灌注桩基础设计浅析

王应麟

（静宁县建设工程质量监督管理站，甘肃静宁743400）

地基主要受力层是高压缩性土、软弱土、不均匀土等不良地基土，为保证湿陷震陷土负摩阻力作用下地基基础安全稳定，减轻施工对周围环境影响，场地经济技术条件许可上部荷载较大常选用砼钻孔灌注桩基础，研究总结常用大直径砼钻孔灌注桩基础型持力层要求，成桩工艺桩布置构造耐久性规定，竖向承载力软弱下卧层验算方法，统一勘察深度原位测试施工质量检验要点，对优化设计保证桩基设计成果准确可靠有积极作用。

混凝土；大直径；钻孔；扩底灌注桩；设计

0　引言

桩身直径d≥0.8m的桩基为大直径桩[1]，当地基主要受力层范围内存在自重固结尚未完成的杂填土冲填土等高压缩性土、湿陷性震陷性新黄土淤泥土等软弱土、埋深较大的土洞古河道等不均匀土层，地基处埋深度常较大，在场地施工条件受到限制，地面下有埋深不是太大具有一定厚度、承载力高稳定性好的密实性土层作可靠持力层，3层以上建筑常选用钢筋混凝土大直径钻孔灌注桩基础，以保证建筑使用期间地基基础安全可靠。

1　桩基选型成孔工艺持力层要求

1.1桩基选型

大直径钻孔灌注桩以端承型桩为主，为充分发挥桩端阻力较大优势，除持力层为硬质以上岩石外一般采用扩底桩，桩长l＞5m[1]，l≤5m按浅基础扩底墩设计。二者区别扩底墩地基反力取经过深度修正的地基承载力设计值fa，而大直径扩底桩反力取桩端阻力特征值qpa按深基础设计。

1.2成孔工艺

为保障人身安全，除特殊情况并履行严格的审批程序采用人工挖孔桩外，大直径灌注桩应采用机械旋挖钻孔工艺[2]，有地下水优先用降低水位施工方法，保证施工期间最高水位低于桩底1m以上，严禁边钻孔边抽水和抽出泥沙[1]。遇淤泥、流塑黄土、松散砂土缩径坍塌涌砂难成孔时，应采用厚度≥0.1m钢筋砼护壁或厚δ≥4mm钢护筒，砼护壁纵环向筋均在φ8@200以上，竖向连结采用焊接搭接；场地有持续水源补给水量较大，降水效果不明显且可能引起周边地面下陷等次生灾害时，采用泥浆护壁正反循环机械钻孔工艺[2]，桩底留深≥0.3m沉渣槽，井口埋钢护筒伸入粘性土≥1m砂土中≥1.5m，产生废渣浆按绿色施工要求处理[1]。

1.3持力层要求

大直径钻孔灌注桩应选择液性指数IL≤0坚硬土层，标贯试验和动力触探N、N63.5分别＞10和15密实的砂土碎石土，单轴饱和抗压强度frk≥5MPa微风化以上岩体[3]，厚度t≥2.5D（D扩大头直径）深度变化不大层位稳定的坚硬密实土层作持力层[1]。桩端下存在与持力层压缩模量之比Es2/Es1≤0.6的土层时，要求持力层厚t≥2.0D；不满足应进行软弱下卧层计算[1]，桩端2.5D范围虽有不均匀土层但Es2/Es1＞0.6，可不考虑土层差异对桩端土附加应力的影响，不按软弱下卧层对待[1]。

2　桩布置构造耐久性要求

2.1布置构造

大直径钻孔灌注桩中心距S≥1.5D，扩大端净距Sn≥0.5m，端径比D/d≤3扩大端矢高hc≥0.3D、侧面宽高比b/ha（ha扩大段斜高）碎石土微风化以上岩石、坚硬土、砂土分别≤2⅟、3⅟和4⅟，桩端进入持力层深度坚硬土微风化岩石≥ha和d，碎石土硬质以上岩石≥0.5ha和0.5m，同时桩端进入持力层深度≤0.3t[1]，桩形心与墙柱竖向合力点重合，除桩身截面积＞2倍柱截面一柱一桩和厚＞0.5m的筏板基础外，一般桩顶设每边超出桩身0.2m矩形承台，承台高≥0.5m和梁高50mm，承台间设与承台顶平的纵横向拉梁，梁高≥柱中心距（1/10～1/15）L和0.4m，梁宽≥0.25m[1]。配筋按梁上荷载和桩顶最大竖向力设计值10%按拉弯组合构件设计，地面下承台桩身侧隙灌素砼或3∶7灰土夯实压实系≥0.94。

2.2桩配筋

桩身配筋计算确定，竖向最小配筋率≥0.3%，伸入扩大头内通长设置，沿周边均匀布置，最小净距≥60mm，最大净距≤0.2m，箍筋φ8@200以上螺旋箍，d≥1.5m桩顶3d范围d≤1.0m桩顶5d范围，1m＜d＜1.5m桩顶4d范围，箍筋间距加密至0.1m，位于陡坎坡岸边和设防烈度≥8°以上地区桩用φ10@200以上箍筋；纵筋笼长＞4m每隔2m在纵筋内设一道φ20加劲箍，加劲箍端头双面焊接搭接焊缝长≥0.1m与纵向钢筋绑牢固，承台配筋计算确定用φ12@200以上纵箍筋，桩顶嵌入承台内≥0.1m，纵筋锚入承台内长度≥35dg（dg纵筋直径），拉梁纵筋锚入承台和框柱纵筋锚入桩内、墙纵筋锚入梁筏板内长度≥LaE（LaE受力钢筋抗震锚固长度），不满足时采用符合抗震要求的锚固措施。

2.3耐久性要求

桩基位于水土环境中，应按耐久性校核材料强度和钢筋保护层厚度，当桩身基础梁位于微腐蚀以下水土和寒冷以上（Ⅱb）土中最低砼强度等级应分别≥C30和Ca30[4]，受力钢筋保护层厚C分别≥50mm和40mm，水泥用量≥300kg/m3，水胶比W/B≤0.50，抗渗等级≥S6，最大骨料粒径do≤50mm，桩身基础梁处于弱腐蚀（Vc类）以上水土中，最低砼强度等级≥C35[4]；承台基础梁设≥0.1m厚C20砼垫层，表面用10mm厚聚合物砂浆连续抹面，钢筋保护层厚C分别≥55mm和50mm，与土直接接触桩身钢筋保护层厚≥70mm，并增加砼保护层耐腐蚀裕量≥20mm，纵筋直径d≥16mm，最大骨料粒径do≤35mm，水泥用量≥320kg/m3，最大水胶比W/B≤0.45，抗渗等级≥S8[5]。

3　桩基竖向承载力计算

1）单桩竖向承载力特征值Ra=πd∑liqsia+Apqpa（KN）[1]，式中d桩径（m），li第i层土厚（m），qsia第i层土桩侧阻力特征值（kPa），桩长l≤6m不计，在自重湿陷量△ZS≥50mm和堆载引起桩侧土下沉场地，除不计桩正侧阻力qsia=0，Ra=Apqpa外，尚应扣除桩侧湿陷土饱和状态负摩阻力Qsg=πd∑ls qsng，式中ls自重湿陷系数△zs≥0.15土层厚（m），qnsg桩侧平均负摩阻力特征值（kPa），70≤△ZS≤200mm，qsng=10kPa，△zs＞200mm，qnsg=15KPa[6]，非自重湿陷场地甲类桩基qsia按土层厚计算饱和度平均值折减0.5~0.8计算[1]，AP桩底扩大端水平投影面积（m2），qpa勘察确定的桩端阻力特征值（kPa），抗震设防烈度≥8°场地，承台下有厚度＞15m空隙比e≥0.95且含水率W≥20%的震陷土，桩基抗震计算应计入震陷土产生的下拉荷载Qng，Qng=dqnskLs[7]，式中Ls震陷新黄土厚当Ls＞20m取Ls=20m，qnsk震陷土桩侧平均负摩阻力特征值，震陷量计算值50≤△k≤100mm，qnsk=12kPa，△k＞100mm，qnsk=15kPa[7]。

2）桩基竖向承载力：大直径钻孔灌柱桩一般不考虑承台效应，桩基竖向承载力特征值取单桩竖向承载力特征值，桩竖向承载力计算：①非湿陷震陷场地：震前Nk≤Ra，Nkmax≤1.2Ra，震后NEk≤1.25Ra，NEkmax≤1.5Ra，式中NkNkmax分别荷载效应标准组合桩顶平均竖向力和最大竖向力；NEk和NEkmax分别地震和荷载效应标准组合桩顶平均竖向力和最大竖向力；②湿陷非震陷场地：震前NK+Qsg≤Ra，Nkmax+Qsg≤1.2Ra，震后NEk+ Qsg≤1.25Ra，NEkmax+Qsg≤1.5Ra；③湿陷震陷场地：震前Nk+Qsg≤Ra，Nkmax+Qsg≤1.2Ra，震后NEk+Qng≤1.25Ra，NEkmax+Qng≤1.5Ra，位于抗震有利地段大直径低承台灌注桩，桩顶作用效应可不孝虑地震作用，当湿陷震陷影响桩基承载力计算不满足要求，应对场地湿陷震陷黄土在桩基施工前一同考虑采用挤密强夯等方法处理，处理湿陷同时消除震陷[7]；桩基竖向承载力计算湿陷震陷可不叠加计入，但桩基在湿陷震陷场地竖向承载力计算必须计入震前湿陷震后震陷下拉荷载Qsg和Qng，使桩基计算结果准确可靠。

3）软弱下卧层验算：大直径钻孔灌注桩端持力层厚2.0D范围内存在压缩模量ES2与持力层压缩模量ES1之比ES2/ES1≤0.6土层时，应进行软弱下卧层验算，满足δz+rm（l+t）≤faz要求，式中faz下卧层经深度修正的（nb=0）地基承载力特征值（kPa），rm下卧层上土层厚加权平均重度（kN/m3，水下取浮重度），l桩长（m），t持力层厚（m），δz下卧层顶平均附加应力特征值（kPa），

式中，V桩体积（m3），△r桩砼与土体重度差，△r= rG-rm，rG桩体砼重度（kN/m3）），qsia第i层土桩侧阻力特征值（kPa），自重湿陷地面堆载产生下拉荷载qsia取负值，θ持力层压力扩散角（°）。依ES2/ES1值和t大小按规范确定，t＜0.25D取θ=0°[1]，下卧层验算不满足要求，应调整D值桩侧土处理消除负摩阻力等方法使桩基下卧层验算满足要求。

4　勘察深度施工质量要求

4.1勘察深度

大直径灌注桩应按设计桩位布置探孔，控制性探孔深≥持力层下3D，一般性探孔深≥持力层下2D，控制孔≥2⅟总探孔，每层土试样≥6组，乙丙类桩持力层粉黏土用静力触探砂土用标贯试验，碎石土软质岩用动力触探，硬质岩用岩芯抗压试验，甲类桩用深层载荷试验进行原位测试确定端侧阻值和变形模量。报告内容应有最高地下水位，水量和空洞不均匀土层等不良地质情况描述，场地土是湿陷性黄土震陷土应有湿陷震陷量计算值及厚度反应。一般深层载荷试验取桩底沉降量10~15mm对应荷载值为大直径扩底钻孔灌注桩承载力特征值。

4.2施工质量要求

桩位、桩径垂直度允许偏差分别在±100mm、±50mm和1%内，桩底沉渣厚度≤50mm，成桩后逐孔检验持力层岩性深度和桩身垂直度，用伞形孔径仪和沉渣厚度仪测量孔径沉渣厚度，出具成孔质量检验报告。桩端进入持力层深度由勘察设计施工监理专业负责共同检查确认，沉渣厚＞50mm无法清孔用桩端后注浆加固。批量施工前应进行试成孔，数量不少于2个，验证设计持力层位置成桩条件，相邻桩净距＜2.5m，排桩净距＜4.5m，应间隔施工。最后一次沉渣检测在灌砼前进行，水上砼用导管泵送管端距浇筑面＜2m连续浇灌，距桩顶5m每层灌注高度≤1.5m分层振捣密实，水下砼在第3次清孔换浆沉渣厚度检测注浆后，立即用壁厚δ≥3mm直径d≥250mm导管，在距孔底0.5m水下连续灌注，要求导管始终埋入砼≥2m，严禁导管拨出砼面和出现停灌事故，砼掺早强剂减水剂坍落度在180~220mm之间，中粗砂含砂率40%~50%，水泥用量≥360kg/m3。在初凝时间内浇灌完成，按桩体积校核砼灌注量，超灌高度≥0.8m，保证桩顶砼质量达到设计要求。

4.3质量检验

大直径灌注桩用低应变法，100%检测桩身完整性，用单桩静载试验检测桩基承载力，数量不少于总数的1%和3根，出具成桩质量检验报告，每根桩和50m3砼留一组同条件试件，钢筋保护层偏差在10mm之内，成孔完整性和承载力检验报告作为桩基验收条件核查，桩底是遇空气水崩解软化的强风化泥砂岩时，应清除净松软岩体沉渣检测隐蔽验收后，立即用自密实砼封底连续灌注砼；保证持力层在坚硬的弱风化岩层内，单桩承载力检测标准值Quk≥2Ra，桩顶允许沉降量[S]≤10mm。

5　结语

砼大直径钻孔灌注桩常用在不具备开挖处理条件的高压缩性不均匀土场地，以机械成孔端承桩为主，持力层选用厚t≥2.5D密实坚硬土层，桩基竖向承载力计算应计入桩侧湿陷震陷土产生的下拉荷载，桩构造应满足l＞5m，D/d≤3和S≥1.5D等规定，桩身砼钢筋保护层厚根据环境条件按耐久性要求校核，勘察桩基端侧阻力特征值根据桩类别用深层载荷试验标贯动探等原位测试方法确定，桩底2D范围有Es2/Es1≤0.6土层，应进行软弱下卧层验算，勘察探孔深≥3D，用低应变法全数进行完整性，单桩静载试验进行承载力检测，保证成桩质量安全可靠。

［1］JGJ/T2525-2010，大直径扩底灌注桩技术规程［S］.

［2］住建部质安司.建筑工程设计技术措施（2009地基与基础）［M］.北京：中国计划出版社，2010.

［3］GB50007-2011，建筑地基基础设计规范［S］.

［4］DB62/T25-3073-2013，混凝土结构耐久性设计规范［S］.

［5］GB50046-2008，工业建筑防腐蚀规范［S］.

［6］GB50025-2004，湿陷性黄土地区建筑规范［S］.

［7］DB62/T25-3055-2011，建筑抗震设计规程［S］.

TU473.1+4

A

1673-1093（2015）10-0082-03

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.10.019

王应麟（1965），男，甘肃静宁人，毕业于中国地质大学土木工程专业，正高级工程师，研究方向：结构工程。

2015-05-25；

2015-06-12