浙江海利得总部大楼岩土工程桩基评价及参数的确定

周依曼

（浙江工业大学教育科学与技术学院，浙江杭州310000）

·岩土工程·

浙江海利得总部大楼岩土工程桩基评价及参数的确定

周依曼*

（浙江工业大学教育科学与技术学院，浙江杭州310000）

浙江海利得总部大楼由一幢23层主楼及裙房等组成，最大荷载37000kN/柱，该场地为滨海冲积平原，分布有巨厚的软弱土，150m深度内无好的基岩、碎石类等持力层，在常规深度内，做最大密度布设桩基也不能满足荷载承重要求，故要求按百米桩长进行估算并进行勘察，持力层的合理选择，决定了项目能否实施和经济性，为取得可靠的桩基参数，把勘探50m的静探设备改进后可深达70m，由于双桥静探的高分辨性和精准性，使得桩基参数在多种勘察手段下进行比对并参照经验式计算，更加准确可靠，并建议采用了后注浆灌注桩技术，将单桩承载力提高了30%～50%，载荷试验验证了数据的可靠性，达到了既安全又经济技术合理的目的，对本地区类似项目有借鉴意义。

场地工程地质条件；桩基参数的确定；静载试验及比对

1　工程概况及场地工程地质条件

拟建的浙江海利得拟建的浙江海利得总部大楼位于浙江省海宁市，工程总用地面积约15826m2，总建筑面积约62976m2，其中地上建筑面积约42730m2，地下建筑面积约19014m2，本项目拟建建筑物为一幢23层主楼、一幢2～4层裙房及1～2层地下车库等组成，最大高度98.75m、最大荷载37000kN/柱、为框架核心筒结构、拟采用桩基基础型式、地下室开挖深度8.8m。

1.1场地地形地貌、气象水文、区域地质构造及地震

场地位于海宁市，海宁市地处长江三角洲太湖平原南缘，上海滨海平原西缘，场地地貌类型属于滨海冲积平原。属北亚热带南缘，气候温和湿润，四季分明，日照充足，雨量充沛。多年年平均气温15.90℃，海宁境内降水充沛，平均年降水量为1178mm，年平均蒸发量为910.2mm左右。据区域地质资料分析，本区第四系厚度一般为120～150m，受古地理环境和古气候冷暖交替的影响，第四系成因类型复杂，上部为全新世冲海积、海相堆积，中部为晚更新世海陆交替沉积层，下部为中更新世晚期陆相堆积，在垂向上形成了多个沉积旋回。其基底地层主要为白垩纪砂岩、砂砾岩，部分为上侏罗统中酸性晶屑凝灰岩。

嘉兴地区是我省地震活动相对比较频繁的地区，据历史记载，嘉兴地区大于4.75级地震发生过3次（海盐、盐官和嘉兴），大于4.0级地震发生过多次，近期发生过3次4.0级地震，本地区地震活动具有震级小、强度弱、频度低的特点，本区地震活动水平低。

场地等效剪切波速（Vse）为161m/s；覆盖层厚度约150m，地基土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅲ类，属建筑抗震不利地段。抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g，场地地震动反应谱设计特征周期为0.45s。

1.2地质条件

于2013年3月对该项目完成了详细勘察工作，勘探点按规范要求布设；勘探孔间距在20.00～30.00m之内，根据工程特点及场地情况，勘察采用钻孔取土试样、标准贯入试验、静力触探试验等多种手段和方法；共布置38个勘探点，主楼部分最大孔深至101.6m。完成总工作量为：总钻探进尺1582.50m/19孔，总静探进尺1673.60m/24孔，其中5个静力触探孔为钻探对比孔，为常规土试324件、颗粒分析89件、三轴试验18件、水质分析2件、野外原位测试标准贯入88次、波速测试孔2个。根据土层的分布特征、成因年代、物理力学性质，场地地层可分为14大层21亚层，层序如下：

（1）第（1）层：素填土，灰黄色，松软至较密实，全场分布，层厚0.60～2.60m。

（2）第（2）层：粉质粘土，灰黄色，软可塑状，全场分布，层厚1.20～3.40m。

（3）第（3）层：淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，全场分布，层厚1.30～3.30m。

（4）第（4-1）层：粘土，灰褐黄色，硬可塑，全场分布，层厚3.40～5.60m。

（5）第（4）夹层：粘质粉土，灰黄色，很湿，稍密状，层厚0.00～5.30m。

（6）第（4-2）层：粉质粘土，灰黄色，可塑状，层厚0.00～8.00m。

（7）第（5）层：粘土，灰色，软塑状，全场分布，层厚3.20～6.40m。

（8）第（6-1）层：粘土，灰绿色，硬可塑状，全场分布，层厚1.30～2.40m。

（9）第（6）夹层：粉质粘土，青灰色，可塑，部分分布，层厚0.00～4.00m。

（10）第（6-2）层：粉质粘土夹粘质粉土，青灰色，可塑，全场分布，层厚1.60～16.40m。

（11）第（7）层：粉质粘土，灰色，可塑，部分分布，层厚0.00～8.00m。

（12）第（8）层：粘土，灰黄色，可塑，部分分布，层厚0.00～10.20m。

（13）第（9）层：粘土，深灰色，可塑状，部分分布，层厚0.00～12.10m。

（14）第（10）夹层：粘质粉土，灰黄色，很湿，中密状至密实状，部分分布，层厚0.00～5.90m。

（15）第（10-1）层：粉质粘土，青灰色，硬可塑状、局部软状。全场大部分布，层厚0.00～8.70m。

（16）第（10-2）层：粉砂夹粉质粘土，青灰色，很湿，中密状至密实状。全场分布，层厚2.00～7.30m。

（17）第（11）层：粉砂，浅灰色，很湿，密实状。已见层厚8.70～22.40m。

（18）第（12）层：粉质粘土，青灰色，硬可塑至硬塑。已见层厚0.50～3.90m。

（19）第（13）夹层：粉质粘土，灰色，可塑状，已见层厚1.10～3.10m。

（20）第（13）层：粉砂，浅灰色，很湿，密实状。已见层厚5.80～8.70m。

（21）第（14）层：粉质粘土，灰色，可塑状、局部软塑状。最大钻入度10.90m。

1.3水和土对砼的腐蚀性

本场地的地下水主要有2层，分别为上部第四系孔隙替水和下部的第四系松散层（粉砂）承压水。

1.3.1第四系孔隙潜水

主要分布在上部土层中，勘察期间各孔实测稳定水位在0.18～1.36 m之间，地下水主要接受大气降水渗入补给。地下水类型属HCO3-（Na++K+）型中性微硬水。本场地地下水和土，对混凝土结构具微腐蚀性，土对钢结构具微腐蚀性。

1.3.2第四系松散层（粉砂层）承压水

主要分布在下部的第（11）、第（13）粉砂层中，水量中等，属承压水，其承压水水位约在黄海高程-2.0m，水质类型为HCO3-Ca2+型水，水质较好。该层水和土对砼结构仅具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，土对钢结构仅具微腐蚀性。

2　桩基方案的选择、评价及参数的确定

2.1桩基方案的选择

据拟建工程特点、周边环境条件及场地地质情况，本场地拟建物基础方案分析如下：

拟建的地下室其设计荷载相对较小，可选用第（6-2）层粉质粘土夹粘质粉土、第（8）层粘土为桩基础持力层；对于拟建的主楼、裙房而言、其基础为一整体，设计荷载较大，可选用第（11）层粉砂为桩基础持力层，桩型可选择本地区常用钻孔灌注桩或预应力管桩，对本场地建筑物而言钻孔灌注桩可为首选桩型。

2.2桩基方案的评价

（1）成桩可行性评价。当选用钻孔灌注桩基础：地下室以第（6-2）层粉质粘土夹粘质粉土、第（8）层粘土为桩端持力层、主楼、裙房以第（11）层粉砂为桩端持力层时，应控制泥浆的比重及稠度等指标，以防止粉土、粉砂层的塌孔与淤泥土的缩径问题。

（2）桩基础施工条件及其对环境的影响评价。拟建场地建筑物与周边道路、建筑物相距3～18m，桩基施工应合理安排施工顺序，防止挤土效应对已建建（构）筑物及道路管线产生危害，避免因挤土而导致水平位移及桩向上浮起，影响单桩承载力，并做好对邻近建（构）筑物的沉降观测及对环境影响的监测工作，同时须做好泥浆的清除和外运，注意对周边环境的保护。

（3）地下水对桩基础设计与施工的影响评价。勘察场地的地下水主要为第四系的孔隙潜水和承压水，场地2层地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋，在干湿交替情况下具微腐蚀性。

本场地第四系的孔隙潜水，对桩基施工不会产生影响；但下部的第（11）粉砂层中的微承压水，对桩基施工会有一定的影响，尤其是钻孔灌注桩在钻至该段时，应注意泥浆的配比，防止孔壁的塌坍。

2.3桩基参数的确定和单桩承载力的估算

2.3.1桩基参数的确定

按场地岩土埋藏条件，综合分析地基土层的均一性、下卧层情况及施工工艺的适宜性等因素综合确定。根据土工试验成果及野外原位测试结果，依照相关规范规程，并结合笔者根据双桥静力触探锥头阻力（qc）和侧壁摩阻力（fs）计算钻孔灌注桩基桩侧阻力特征值qsia、桩端端阻力特征值qpa的经验公式如式（1）～式（4）所示：

粘性土：

砂性土：

式中：qpa——桩端端阻力特征值，kPa；

β1——桩端端阻力深度校正系数（以20～30m为基准，到70m：粘性土β1取1.10～1.35，硬塑取小值、软塑取大值；砂土每增加10m，β1取1.1～1.4，密实取小值、稍密取大值）；

qc——静探锥头阻力，MPa；

qsia——桩侧第i层土的侧阻力特征值，kPa；

β2——桩侧阻力深度校正系数（以0～10m为基准，到70m：粘性土β2取1.10～1.25，硬塑取小值、软塑取大值；砂土每增加10m，β2取1.1～1.3，密实取小值、稍密取大值）；

表1　物理力学指标及桩基承载力参数表（特征值kPa）

表2　物理力学指标及桩基承载力参数表（特征值kPa）

fs——静探侧壁摩阻力，MPa。

进行计算桩周土侧阻力特征值qsia和桩端土端阻力特征值qpa见表1、表2。

2.3.2单桩竖向承载力特征值估算

单桩竖向承载力特征值Ra根据《建筑地基基础设计规范》按下式估算：

式中：up——桩身周边长度，m；

qsia——桩侧第i层土的侧阻力特征值，kPa；

li——桩穿越第i层土的厚度，m；

qpa——桩端端阻力特征值，kPa；

Ap——桩底端横截面面积，m2。

钻孔灌注桩、预应力管桩单桩竖向承载力特征值估算详见表3。

表3　钻孔灌注桩、预应力管桩单桩竖向承载力特征值估算

2.3.3后注浆工艺

鉴于拟建物单桩荷载大，建议对大口径钻孔灌注桩采用桩底后注浆（或桩底+桩侧后注浆），即沿钢筋笼圆周对称或等份设置多根注浆管阀（不少于2根，具体可根据桩径大小确定），在成桩之后的2～30d内进行注浆作业；后注浆作业开始前，应先进行注浆试验，以对浆液配比、注浆压力、流量、注浆量等参数进行优化并最终确定注浆参数；桩端注浆时应对同一根桩的各注浆导管依次实施等量注浆，注浆后对沉渣、泥皮和桩底、桩侧一定范围土体的加固，得以较大幅度提高单桩承载力。以本工程为例：采用桩径1000mm，并以第（11）层粉砂为桩端持力层进行估算，采用灌注桩桩底后注浆作业，其单桩承载力预计可提高30%～50%。

3　单桩竖向抗压静载试验及比对

3.1桩基静载荷试验

2013年8月对施工完成的桩基础进行了桩基静载荷试验，以检验其单桩竖向抗压极限承载力，按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）、《建筑基桩技术规范》（JGJ94-2008），采用快速维持荷载法，共检测了7根，测试结果详见表4。

表4　基桩静载试验成果表

本次桩基静载荷试验的最大加载量，即为该桩的根椐桩基承载力参数（物理力学指标及桩基承载力参数见表1、表2）计算出的设计单桩承载力，其中1号、2号、3号、4号等4根大口径桩采用了后注浆灌注桩技术，故本次试验检测7根桩的单桩竖向抗压极限承载力均能满足设计要求。

3.2单桩竖向承载力特征值估算和基桩静载试验比对、原因分析

（1）单桩竖向承载力特征值估算和基桩静载试验比对详见表5。

表5　比对表

（2）原因分析。灌注桩后注浆技术是指在钻孔灌注桩成桩之后，通过预埋在桩身的压浆管在一定压力下向桩侧泥皮、桩底沉渣及桩周层中注入一定量的水泥浆液，通过浆液在砂土层中的渗透固结，浆液挤压劈裂桩周软弱泥皮并重新胶结在桩侧形成强度较高的竹节状的水泥加固体（即胶结泥皮）和浆液对土体孔隙的充填使土体重新固结的充填挤密，及水泥浆液克服部分土体阻力而产生劈裂效应形成网状结石的劈裂加筋等四大作用机理，改善提高了土体性质和桩与土体间接触，使桩基承载性能得到较大幅度的提高。

本场地地层为杭州、嘉兴地区较典型的地层，根椐本场地情况，在本地区同类型的拟建场地中，建议：

Qguk=βQuk

式中：Qguk——注浆后单桩极限承载力标准值，kN；

Quk——注浆前单桩极限承载力标准值，kN；

β——增强系数，可取0.3～0.5。

4　结论

本次勘察采用钻孔取土试样、标准贯入试验、双桥静力触探试验、波速试验等多种手段，犹其是对双桥静力触探试验仪进行了改进，使双桥静力触探试验孔深达70m（一般仅能达到50m），由于双桥静探这种原位测试对粉、砂土和粘性土的高分辨性和精准性，并结合自行总结的经验公式进行参照计算，使得桩基参数在多种勘察手段下进行比对，这样才使得粉土、砂土、粘性土的各项桩基参数的较大提高有了更加准确可靠的依据，为拟建方案的实施提供了保证。

本次7根基桩，在单桩竖向抗压极限承载力静载荷试验时的最大沉降量分别为33.79mm、17.13mm、 48.99mm、39.89mm、16.69mm、25.52mm、31.33mm，从沉降可以看出，在严格满足规范条件下，也尽可能提高了单桩竖向抗压极限承载力，充分利用了岩土层的桩周土摩擦力和桩端土端阻力强度；另外也验证了在较大深度下，通过双桥静力触探锥头阻力（qc）和侧壁摩阻力（fs）计算钻孔灌注桩桩侧阻力特征值qsia、桩端端阻力特征值qpa的经验公式（1）～（4）的准确性；其中大口径1号、2号、3号、4号桩采用了后注浆灌注桩技术，其单桩承载力也有了很大的提高（在同类型的场地中可提高30%以上），充分保证了单桩竖向承载力的安全可靠。

本次勘察通过对现有老勘察手段的改进提高，依据总结的经验公式进行比对计算，使得单桩承载力有了较大的提高，据估算比常规的提高约20%，加之采用后注浆工艺使单桩承载力提高30%以上，原设计要采用约90m桩长的大口径钻孔灌注桩，现在控制在约60m即可满足拟建物荷载要求，并经载荷试验得到了验证。不仅保证了项目的实施，还为建设方节约了大量的建设资金，很好的完成了委托方提出的任务。

［1］建设部综合勘察研究设计院.岩土工程勘察规范［S］.2版.中国建筑工业出版社，2009.

［2］浙江大学建筑设计研究院，等.工程建设岩土工程勘察规范［S］.浙江工商大学出版社，2010.

［3］中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范［S］.中国建筑工业出版社，2012.

［4］中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范［S］.中国建筑工业出版社，2008.

［5］浙江海利得总部大楼及酒店项目工程基桩检测报告［R］.杭州西南建设工程检测有限公司，2013.

TU478

A

1004-5716（2016）04-0001-05

2016-01-28

2016-01-29

周依曼（1997-），女（汉族），浙江杭州人，浙江工业大学教育科学与技术学院2015级在读本科生，教育技术专业。