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中國(guó)建筑第八工程局有限公司　張  寬

中建八局第三建設(shè)有限公司　劉伯虎

前言：

針對(duì)不同的地質(zhì)條件，根據(jù)不同的建筑荷載情況，敢于創(chuàng)新，充分利用地質(zhì)構(gòu)造中不同深度、不同承載力的持力層，結(jié)合建筑荷載需要，靈活采取不同長(zhǎng)度和不同類(lèi)型的樁作為樁基礎(chǔ)，不但很好發(fā)揮出不同樁的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，從而大大降低了成本。?

摘要

本工程通過(guò)全國(guó)首例同一承臺(tái)內(nèi)鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁的組合型樁基承臺(tái)的成功應(yīng)用，為建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜、荷載不均勻、地基承載力不均勻、抗拔樁和承壓樁差異較大時(shí)，在樁基類(lèi)型選擇上提供更多思路。?

1、工程地質(zhì)概況?

某科研保密項(xiàng)目---某大學(xué)行政信息中心主樓12層,地下室1層（層高4米）。地質(zhì)特點(diǎn)為較典型的濱海平原及灘涂，地質(zhì)構(gòu)造上部為軟弱高壓縮性的粘土、淤泥土，埋深36米左右有兩層中密狀圓礫，上層圓礫厚度約為2.5米，下層圓礫厚度約為2.0米，上下圓礫層中間夾有厚約1.5米呈塑狀，高壓縮性粘土層，再以下為中密高壓縮性粘土,至70米深為粘土夾中細(xì)砂，為中壓縮性，層厚約10米左右。其中地層埋深36米左右有兩層中密狀圓礫（是本工程優(yōu)化的較短的預(yù)應(yīng)力管樁的持力層），上層圓礫厚度約為2.5米，下層圓礫厚度約為2.0米(上下圓礫層中間夾有厚約1.5米可塑狀，高壓縮性粘土層)，再往下延伸為中密高壓縮性粘土,至70米深為粘土夾中細(xì)砂，為中壓縮性，層厚約10米左右（是本工程優(yōu)化的較長(zhǎng)的鉆孔灌注樁的持力層）。

2、設(shè)計(jì)概況?

2.1 引言

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—94之3.2.3.4條規(guī)定：“同一結(jié)構(gòu)單元宜避免采用不同類(lèi)型的樁”。經(jīng)過(guò)本工程成功的實(shí)踐檢驗(yàn)后，新版《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—2008因此取消了此條款內(nèi)容。

2.2 樁基礎(chǔ)的組合形式

本工程由主樓基礎(chǔ)由鉆孔灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁兩種樁型組成，而且在同一承臺(tái)內(nèi)幾何對(duì)稱(chēng)分布，該組合樁基礎(chǔ)形式在國(guó)內(nèi)國(guó)際屬于首例。具體上主樓運(yùn)用了132根Ф700和12根Ф600，長(zhǎng)度均68米（樁頂埋深2米）的混凝土鉆孔灌注樁（施工以樁端進(jìn)入中密實(shí)粘土夾中細(xì)砂持力層為主30-50cm為準(zhǔn)）；另外包括104根PTC-A500長(zhǎng)度34米的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，所以基礎(chǔ)形式為長(zhǎng)度34米預(yù)應(yīng)力管樁和68米鉆孔灌注樁兩種樁型的組合型樁基礎(chǔ)。其中混凝土鉆孔灌注樁持力層為埋深約70米的粘土層夾中細(xì)砂；預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的持力層為埋深36米左右有兩層中密狀圓礫的上層圓礫層。而且兩類(lèi)樁在同一承臺(tái)內(nèi)按一定的幾何對(duì)稱(chēng)分布，組合有4樁、5樁、6樁、7樁的復(fù)合樁承臺(tái)。多種布樁形式的承臺(tái)內(nèi)樁位布置見(jiàn)下圖2-1。

（a） 七樁承臺(tái)  （b）四(五)樁承臺(tái)  （c）六樁承臺(tái)

圖2-1  同承臺(tái)不同樁布置及剖面示意圖?

3、工程特點(diǎn)和難點(diǎn)?

（1） “不同類(lèi)型組合樁”的沉降差異、受力差異與按各自的設(shè)計(jì)承載力分配荷載有關(guān)，也就是說(shuō)“不同類(lèi)型組合樁”在承載力不同情況下共同作用于同一荷載時(shí)，如何按承載能力大小的比例分配荷載，這就要求通過(guò)調(diào)整各類(lèi)樁的沉降量、變形量等解決荷載二次或再次、多次再分配和重新平衡問(wèn)題。

（2）施工上解決兩種組合樁施工的工藝，決不是兩種工藝的簡(jiǎn)單相加，不但要考慮兩類(lèi)樁各自的特點(diǎn)和獨(dú)特的施工工藝，而且要考慮兩類(lèi)不同樁相互影響、相互干擾甚至損傷情況，等因素并需要一一化解排除。這就要求方案預(yù)判十分嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、全面。

（3）根據(jù)建筑形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，更加合理布置同一承臺(tái)不同樁型的相對(duì)位置的安全性、可靠性、實(shí)用性、合理性、科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性。?

4、施工工藝及參數(shù)控制?

由于本工程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，在缺乏組合樁基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn)和資料的情況下，使施工難度大大增加。但施工過(guò)程中本著知難而進(jìn)、嚴(yán)格創(chuàng)新的精神，克服重重困難，解決一系列技術(shù)難題，制定如下施工工藝。

4.1兩類(lèi)樁施工順序

由于同一承臺(tái)內(nèi)有兩類(lèi)樁，而且兩類(lèi)樁施工先后都彼此有相互影響：若先施工預(yù)應(yīng)力管樁，則擾動(dòng)土層后不利鉆孔灌注樁成孔，管樁對(duì)土層產(chǎn)生的應(yīng)力在鉆孔樁成孔時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力釋放，會(huì)降低兩種樁的摩檫承載力（兩種樁均以摩擦力為主），而且后施工鉆孔樁成孔時(shí)易縮徑塌孔，使位于淺持力層的預(yù)應(yīng)力管樁的持力層因塌孔而降低摩擦力甚至局部產(chǎn)生負(fù)摩擦力；若先施工鉆孔灌注樁，也有塌孔使預(yù)應(yīng)力管樁持力層流失等缺陷，但鉆孔灌注樁施工通過(guò)成孔時(shí)泥漿護(hù)壁完全可以避免塌孔。經(jīng)反復(fù)分析論證，最終確定了“先長(zhǎng)后短，先深后淺，先非擠土樁、后擠土樁”的施工順序，即先施工鉆孔灌注樁后施工預(yù)應(yīng)力管樁。

4.2兩類(lèi)樁施工先后的影響及措施

先施工鉆孔樁，若塌孔使管樁的持力層有所流失，經(jīng)過(guò)因果分析，找到導(dǎo)致塌孔的原因，經(jīng)過(guò)分析討論，制定措施如下表4-1：降低兩類(lèi)樁施工相互影響的措施。

表4-1降低兩類(lèi)樁施工相互影響的措施

4.3兩類(lèi)樁的銜接時(shí)間

作為組合樁，鉆孔灌注樁的樁身混凝土的強(qiáng)度越高，預(yù)應(yīng)力管樁施工時(shí)擠土產(chǎn)生的應(yīng)力和振動(dòng)對(duì)鉆孔灌注樁的損傷就會(huì)越小。為準(zhǔn)確測(cè)控鉆孔樁混凝土強(qiáng)度，施工時(shí)留置多組同條件養(yǎng)護(hù)試塊作為鉆孔樁身砼強(qiáng)度的階段性檢測(cè)，從而確定預(yù)應(yīng)力管樁施工的恰當(dāng)時(shí)間。本工程作為全國(guó)首例同承臺(tái)組合樁，為了保證質(zhì)量，保護(hù)好先施工的鉆孔灌注樁，特意待鉆孔樁砼強(qiáng)度達(dá)到100%后（鉆孔樁灌注28天后），才開(kāi)始施工預(yù)應(yīng)力管樁，施工時(shí)為保進(jìn)度分區(qū)段測(cè)試鉆孔灌注樁身混凝土強(qiáng)度、分階段插入預(yù)應(yīng)力管樁的施工，依次流水銜接。

4.4 降低擠土效應(yīng)影響

（1）如何減少管樁的流水方向

擠土方向?qū)︺@孔樁擠土效應(yīng)最小，采取合理流水和跳打,即同一承臺(tái)內(nèi)或小區(qū)段內(nèi)以至整個(gè)施工流水規(guī)劃，都是“由內(nèi)向外”、“由點(diǎn)到片”、“由片到面”進(jìn)行流水；樁距較小（4倍樁徑以下）樁數(shù)較密時(shí)，采取跳打施工。場(chǎng)地要求硬化，保證移機(jī)方便且減少樁機(jī)對(duì)土體局部不均勻加載。保證流水方向，不能因?yàn)閳?chǎng)地軟弱移機(jī)不便隨意移機(jī)而忽略流水要求。

（2）管樁的錘型選擇與組合樁的質(zhì)量保護(hù)

預(yù)應(yīng)力管樁施工時(shí)選用的錘型與組合樁的施工工藝相符，錘重不能太大，避免振動(dòng)能量過(guò)大、擠土速率過(guò)快，影響鉆孔灌注樁身混凝土質(zhì)量，而且易打碎管樁頭，而且對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁接樁質(zhì)量也有影響；但錘太小也不利于預(yù)應(yīng)力管樁沉樁，而且也易造成預(yù)應(yīng)力管樁疲勞破壞。經(jīng)分析地質(zhì)特點(diǎn)和鉆孔灌注樁身砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度，本工程選用2.5噸樁錘比較合適，施工也比較順利。

（3）管樁“雙控”指標(biāo)主次的確定與調(diào)整沉降差的關(guān)系

“雙控”是指“摩察樁停打標(biāo)準(zhǔn)以標(biāo)高為主貫入度為輔”和“端承樁停打標(biāo)準(zhǔn)以貫入度為主標(biāo)高為輔”的控制標(biāo)準(zhǔn)。摩察樁沉降較端承樁略大。本工程卵礫石層地質(zhì)分布等高線(xiàn)變化較大，卵礫石層密實(shí)度厚度不均勻，施工時(shí)根據(jù)不同地層確定“雙控”操作標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于圓礫石層厚度和密實(shí)度較大時(shí)，管樁達(dá)到持力層時(shí)貫入度明顯突增，震動(dòng)劇烈，應(yīng)立刻停錘，以免打碎管樁，且對(duì)鉆孔樁砼有振動(dòng)影響；對(duì)于圓礫石層厚度和密實(shí)度較小時(shí)，貫入度變化不明顯，振動(dòng)輕微，應(yīng)繼續(xù)送樁至設(shè)計(jì)貫入度，降低的樁頂標(biāo)高待開(kāi)挖后接樁彌補(bǔ)；介于上述兩者之間時(shí)應(yīng)在樁身劃刻度線(xiàn)，借助水平儀測(cè)控最終貫入度，確定停錘的標(biāo)準(zhǔn)。

4.5深基坑開(kāi)挖時(shí)兩類(lèi)不同樁型的保護(hù)

本工程開(kāi)挖深度3米多，而且開(kāi)挖深度內(nèi)為自穩(wěn)性能很差的淤泥質(zhì)軟弱土層，在開(kāi)挖斷面極易滑坡塌方，對(duì)抗傾覆能力較差的管樁很容易造成剪切破壞而斷樁，但鉆孔樁相對(duì)來(lái)說(shuō)抗剪切性能較好。所以開(kāi)挖要分層進(jìn)行，臨時(shí)停歇斷面更不可留在管樁位置處。護(hù)坡支點(diǎn)若選擇樁不可用管樁，適當(dāng)?shù)目捎勉@孔樁作為支護(hù)支點(diǎn)。?

5、使用意義和經(jīng)濟(jì)效果?

布樁特點(diǎn)：主樓樁基采用的直徑ф700/600長(zhǎng)68米的鉆孔樁和直徑ф500長(zhǎng)36米的預(yù)應(yīng)力管樁,其中鉆孔樁沿縱軸線(xiàn)方向布置，管樁沿橫軸線(xiàn)布置。

該設(shè)計(jì)是充分利用“深淺”兩個(gè)“持力層”，采用了“長(zhǎng)短兩種組合樁”，在滿(mǎn)足工程需要的前提下，從而大大降低成本。這種設(shè)計(jì)思想在含有夾砂、卵礫石地層構(gòu)造的地質(zhì)條件下，為降低成本提供了很好的啟發(fā)和先例。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)，管樁設(shè)計(jì)極限承載力2000kN，試驗(yàn)加載達(dá)2217.6kN；鉆孔樁設(shè)計(jì)極限承載力4500kN，試驗(yàn)加載大于4500kN。2根鉆孔樁和2根管樁的復(fù)合4樁承臺(tái)設(shè)計(jì)極限承載力13500kN，試驗(yàn)加載大于14010kN。均符合或超過(guò)原設(shè)計(jì)極限承載力要求，并滿(mǎn)足規(guī)范沉降量規(guī)定。兩種樁的受力各有特點(diǎn)：管樁設(shè)計(jì)極限承載力2000kN，試驗(yàn)加載達(dá)2217.6kN；鉆孔樁設(shè)計(jì)極限承載力4500kN，試驗(yàn)加載大于4500kN。承載能力鉆孔樁占70％，管樁占30％。

并且在工程完工后多年的后續(xù)研究跟蹤檢驗(yàn)中，其應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)、兩種樁的質(zhì)量、沉降等均達(dá)到預(yù)期的效果。

如下圖5-1：

圖5-1  組合樁靜載試驗(yàn)結(jié)果

在工程完工后多年的后續(xù)各項(xiàng)應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)中，兩種樁的質(zhì)量、沉降等均達(dá)到預(yù)期的效果?？偨Y(jié)出組合樁的設(shè)計(jì)參數(shù)、新工藝的施工工藝。?

6、結(jié)論?

6.1滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求和承載力要求

經(jīng)靜載試驗(yàn)，管樁設(shè)計(jì)極限承載力2000kN，試驗(yàn)加載達(dá)2217.6kN；鉆孔樁設(shè)計(jì)極限承載力4500kN，試驗(yàn)加載大于4500kN。2根鉆孔樁和2根管樁的復(fù)合4樁承臺(tái)設(shè)計(jì)極限承載力13500kN，試驗(yàn)加載大于14010kN。均符合或超過(guò)原設(shè)計(jì)極限承載力要求，并滿(mǎn)足規(guī)范沉降量規(guī)定。

6.2大幅降低成本

該工程原設(shè)計(jì)全部為鉆孔樁（含三幢裙樓），造價(jià)為1100萬(wàn)元多；經(jīng)主樓使用這種復(fù)合樁基，裙樓為管樁，造價(jià)降為450萬(wàn)元（含三幢裙樓），比初始設(shè)計(jì)降低650萬(wàn)元，降低60%，而且，這種復(fù)合樁基成為在保證工程質(zhì)量的前提下，是降低成本很有效的基礎(chǔ)形式。這種不同類(lèi)型、不同長(zhǎng)度的樁的復(fù)合樁基，在國(guó)內(nèi)該工程尚屬首例，為大大降低成本啟發(fā)新的思路。?

本文摘自《第十二屆深基礎(chǔ)工程發(fā)展論壇論文集》