淺談樁基礎(chǔ)設(shè)計

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　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市中各類高層建筑拔地而起，作為高層的基礎(chǔ)部分往往在整個建筑物投資中占據(jù)了很大的比例。而高層基礎(chǔ)往往采用樁基礎(chǔ)，因此，如何選擇合理的樁基礎(chǔ)形式，對于保證安全，節(jié)約投資、降低造價起著舉足輕重的作用。這就要求我們設(shè)計人員對每個建筑物的勘察報告進(jìn)行仔細(xì)分析，選擇一個最優(yōu)化的基礎(chǔ)方案。筆者就以下幾方面對樁基礎(chǔ)設(shè)計中值得注意的問題進(jìn)行探討。

　　一.樁基設(shè)計中靜載荷試驗(yàn)的重要性

　　目前的樁基礎(chǔ)設(shè)計過程，往往受到時間的約束首先根據(jù)地質(zhì)報告提供的參數(shù)確定單樁承載力設(shè)計值，根據(jù)這個估算的單樁承載力直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計并施工，等工程樁施工結(jié)束后再挑選試樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。這個過程具有相當(dāng)?shù)牟豢茖W(xué)性，結(jié)果符合估算要求，則皆大歡喜，否則因工程已施工完畢補(bǔ)樁也會很困難，且有時因地質(zhì)報告有出入會給施工中帶來相當(dāng)?shù)牟槐?。這里主要有兩個問題，下面舉例來說明。一是根據(jù)地質(zhì)報告提供的樁周土摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值由規(guī)范JGJ94-94計算的場區(qū)單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，這是一個經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，不宜直接采用。近幾年來筆者通過各類樁基礎(chǔ)中試樁及工程樁的檢測，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁的實(shí)際承載力均大于計算值，有些相差幅度較大，因此按試樁獲得的實(shí)際承載力將會比按勘察報告估算的承載力來布置基礎(chǔ)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。例如，筆者曾設(shè)計過蘇州工業(yè)園區(qū)南都·玲瓏灣花園住宅，主體為地下一層、地面十八層的高層住宅，根據(jù)地質(zhì)勘察報告擬采用 D500的預(yù)應(yīng)力管樁，樁長20m，按JGJ94-94公式5.2.8估算單樁承載力設(shè)計值約為1400kN，而我要求進(jìn)行的3根破壞性試樁顯示實(shí)際單樁承載力可達(dá)1850kN，整整比估算值提高了30%左右，實(shí)際工程樁設(shè)計就采用試驗(yàn)值進(jìn)行，為甲方大大節(jié)省了投資。其二是當(dāng)場地不均勻或地質(zhì)報告數(shù)值有偏差的情況下，不進(jìn)行試樁而直接按地質(zhì)報告進(jìn)行工程樁施工將給施工帶來巨大的困難且造成不必要的浪費(fèi)。例如唯亭某五層商住樓，根據(jù)地質(zhì)報告采用10m 長的預(yù)制方樁，樁徑400x400，單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值約為1350kN，采用靜力壓樁，實(shí)際施工中幾乎每根樁都壓至2000kN而未達(dá)到預(yù)定深度，而此時已達(dá)到預(yù)制樁的樁身強(qiáng)度，故施工過程中每根樁都采用了劈樁，在時間金錢上都造成了巨大的浪費(fèi)。經(jīng)過靜載荷試驗(yàn)未達(dá)設(shè)計標(biāo)高的工程樁均達(dá)到了設(shè)計承載力，也就是說設(shè)計上如先進(jìn)行試樁則至少可減短1.5m左右的樁長，樁承載力不減小且不需要劈樁。由上可見，樁基礎(chǔ)設(shè)計過程中靜載荷試驗(yàn)是一個十分重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)榇雾?xiàng)工作質(zhì)量直接影響到樁基形式、樁規(guī)格和樁入土深度的確定，同時也對施工難易有密切影響。通過科學(xué)試驗(yàn)，取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，能使設(shè)計方案更加合理、可行和經(jīng)濟(jì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過縮短工期所獲得的效益。

　　二.樁基設(shè)計中樁型、樁長設(shè)計的重要性

　　樁基礎(chǔ)設(shè)計中對樁型及樁長的合理選擇均會對基礎(chǔ)設(shè)計產(chǎn)生重大的影響，合理的樁型、樁長選擇將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。筆者在“昆山華地”住宅設(shè)計中，開始由于考慮時間原因（有現(xiàn)成的D400預(yù)應(yīng)力管樁），甲方要求采用D400的預(yù)應(yīng)力管樁，根據(jù)地質(zhì)報告采用樁長L=16m，單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值為850kN，預(yù)算基礎(chǔ)部分造價約為160元/m2，在整個住宅造價中占了相當(dāng)大的比例。在其后的設(shè)計中，筆者樁長不變，結(jié)合當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計經(jīng)驗(yàn)，將樁型改為250x250的預(yù)制鋼筋混凝土小方樁，單樁承載力極限標(biāo)準(zhǔn)值約為600kN.預(yù)制小方樁在當(dāng)?shù)氐氖┕r才約50元/m，而預(yù)應(yīng)力管樁的單價約為100元/m.采用小方樁后預(yù)算造價約為90元/m2，綜合經(jīng)濟(jì)價值明顯?？梢娺x擇合理的樁型，將對工程的造價產(chǎn)生巨大影響。同樣樁基設(shè)計中對樁長的選擇也至關(guān)重要，在某一高層住宅樁筏基礎(chǔ)設(shè)計中，根據(jù)勘察報告采用D500預(yù)應(yīng)力管樁，可選樁長有：樁長25m ，單樁承載力特征值Ra=900kN；樁長34m，單樁承載力特征值Ra=1300kN.采用25m樁，約需要樁數(shù)290根；而采用34m 樁，則需要工程樁200根。從樁本身而言，兩種方案總的工程樁延米數(shù)量相當(dāng)，但我們分析一下由此而相對應(yīng)的筏板設(shè)計，采用25m 樁為滿樘布樁，所需筏板厚約為1200mm，而采用34m 樁為墻下布樁，筏板厚可減至900mm，經(jīng)濟(jì)效益明顯。因此，我們設(shè)計人員在樁基礎(chǔ)設(shè)計中一定要采用多方案比較，選擇合理的樁型與樁長，這都將對整個基礎(chǔ)設(shè)計的合理性與經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生巨大的影響，當(dāng)然我們也應(yīng)考慮施工可行性等多方面因素。

　　三.關(guān)于樁偏差的控制和處理

　　樁基施工中對樁的偏差必須嚴(yán)格控制，特別是對于承臺樁及條形樁，樁位的偏差都將產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力，而使基礎(chǔ)設(shè)計處于不安全狀態(tài)。對于樁位偏差我們主要控制兩個方面，其一是豎向偏差，根據(jù)JGJ94-94第7.4.12條我們控制樁頂標(biāo)高的允許偏差為-50~+100mm，但實(shí)際施工中偏差這么大將引起繁重的施工任務(wù)及損失。當(dāng)樁頂標(biāo)高高于設(shè)計標(biāo)高，則需要劈樁，特別對于預(yù)應(yīng)力管樁等空心樁來說，樁頂有樁帽劈樁既困難又不經(jīng)濟(jì)；而當(dāng)樁頂標(biāo)高低于設(shè)計標(biāo)高時，又需要補(bǔ)樁頭，這既影響工期又浪費(fèi)金錢。這就要求施工單位在施工過程中必須嚴(yán)格控制樁頂標(biāo)高，盡可能地使工程樁標(biāo)高同設(shè)計一致，特別是施工過程中必須考慮到樁在卸載后的回降量，否則不加考慮則每根樁都將高于設(shè)計標(biāo)高。而我們設(shè)計人員在設(shè)計過程中對施工誤差亦應(yīng)有所考慮，筆者建議針對目前的施工質(zhì)量，設(shè)計中可以考慮2mm左右的偏差容許，這樣就可以免除大量小偏差樁的劈樁，這在實(shí)踐工程中具有相當(dāng)?shù)目刹僮餍裕苊饬舜罅坎槐匾墓ぷ?。其二則是樁位的水平偏差。根據(jù)JGJ94-94第7.4.11條控制各樁位偏差，施工過程中發(fā)現(xiàn)樁位偏差較大則應(yīng)及時補(bǔ)樁處理。這里針對4~16根承臺的樁基，JGJ94-94規(guī)范第7.4.11條中規(guī)定允許偏差為1/3樁徑或1/3邊長，而根據(jù)GB50202-2002第5.1.3條則規(guī)定允許偏差為1/2樁徑或邊長。這顯然是矛盾的，在實(shí)際過程中很容易與施工驗(yàn)收方產(chǎn)生不同的理解，因此筆者強(qiáng)調(diào)在設(shè)計過程中可以明確樁位偏差允許值所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。另外，對于小直徑樁（D≤250）筆者強(qiáng)調(diào)必須對其偏位進(jìn)行嚴(yán)格控制而不應(yīng)按上述規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，筆者建議對承臺樁可控制70mm；而對于條形承臺則區(qū)分垂直于條形承臺方向50mm，平行于承臺方向?yàn)?0mm，當(dāng)然這些要求必須在施工前予于明確。當(dāng)然樁位偏差滿足規(guī)范或設(shè)計要求僅僅代表樁基本身驗(yàn)收合格，而對于由此引起的承臺整體偏心或基礎(chǔ)高度損失，我們必須另行處理。對于樁偏心我們可以采取增加承臺剛度或加大拉梁剛度、配筋來解決，這在實(shí)際工程中需針對具體情況相應(yīng)處理。

　　四.施工中特殊情況處理

　　樁基施工由于地層的不可知性，經(jīng)常會遇到很多異常情況，這就要求我們根據(jù)具體的情況，仔細(xì)分析，采用妥善的方法去解決各類問題。

　　1）樁基達(dá)到其極限承載力而無法壓至設(shè)計標(biāo)高。這里可能存在兩種情況，其一是地質(zhì)報告有誤，樁實(shí)際承載力大于計算值，必須先做試樁以確定其合理的樁長及承載力。其二則可能由于土層本身原因，譬如說飽和砂土產(chǎn)生的孔隙水壓力使樁基根本無法壓入，這就需要我們從施工措施上去解決。首先是必須制定合理的施工順序，譬如說跳打，使先期施工的樁產(chǎn)生的水壓力消散后再施工下一根樁；其次對靜力壓樁來說必須選擇有足夠壓樁力的施工機(jī)械，要避免抬機(jī)等現(xiàn)象出現(xiàn)；另外可以采取引孔，設(shè)置排水孔等措施盡量減少空隙水壓力。當(dāng)然壓樁時必須注意壓樁力應(yīng)控制在樁身極限強(qiáng)度范圍以內(nèi)，且應(yīng)注意壓樁擠土作用對周邊建筑物的影響。

　　2）樁基施工時壓樁力遠(yuǎn)低于設(shè)計承載力。蘇州閶胥公寓小高層住宅采用18m長D400預(yù)應(yīng)力管樁，根據(jù)地質(zhì)勘察報告單樁承載力設(shè)計值為650kN，進(jìn)行工程樁試打時連續(xù)4根樁的最大壓樁力均僅為300kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計承載力。我們仔細(xì)分析了勘察報告認(rèn)為報告所提供的各土層特性基本準(zhǔn)確，而從周邊其他工程的地質(zhì)報告也證明勘察報告無誤，因此我們分析可能由于壓樁機(jī)械的壓樁速度偏快，而土層的粘聚力又偏小，故壓樁時樁將土直接剪壞，引起壓樁力偏低，隨著時間土能恢復(fù)固結(jié)。在15天后進(jìn)行的試樁，證明我們的判斷準(zhǔn)確，試驗(yàn)承載力滿足設(shè)計要求。這一點(diǎn)也從側(cè)面強(qiáng)調(diào)了先進(jìn)行靜載荷試樁的重要性。

　　3）樁基靜載荷試驗(yàn)不合格。某工程由于時間限制，甲方要求試樁與工程樁同時進(jìn)行，待試樁滿足JGJ94-94附錄c.0.6條時進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，結(jié)果三組試樁有一組滿足設(shè)計要求而另外兩組試樁均在小于設(shè)計承載力時產(chǎn)生破壞。這就讓我們從設(shè)計、施工和試驗(yàn)等各方面去分析這兩組試樁，但經(jīng)過與周邊工程比較及現(xiàn)場施工試驗(yàn)記錄分析，均未發(fā)現(xiàn)特殊情況，即不存在施工，試驗(yàn)中的失誤。筆者對第一組合格試樁的情況進(jìn)行了比較，終于發(fā)現(xiàn)后二組試樁本身的停歇時間已夠，但周邊的其余工程樁施工在試驗(yàn)前2天才完成，完全有理由認(rèn)為是因?yàn)楣こ虡妒┕r將試樁周邊的土破壞而沒有固結(jié)，影響了試樁的承載力。于是等工程樁停歇時間也滿足JGJ94-94附錄c.0.6條時再次對2根試樁進(jìn)行了靜載荷試驗(yàn)，結(jié)果與我們判斷完全一致，試樁均滿足設(shè)計要求。這一實(shí)例告訴我們影響試樁結(jié)果的因素有很多，我們在工程實(shí)踐中對各種情況一定要仔細(xì)分析，找出問題所在，而不要盲目處理，造成不必要的損失和浪費(fèi)。

　　4）管樁裂縫處理。預(yù)應(yīng)力管樁以其強(qiáng)度高，制作周期短，比預(yù)制樁節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)在工程設(shè)計中受到普遍應(yīng)用，但其也存在受剪能力差的不足之處。在工程實(shí)踐中，由于垂直度偏差或擠土等原因經(jīng)常會使管壁產(chǎn)生裂縫而影響質(zhì)量。在昆山某一工程中由于場地天然地面標(biāo)高較低，在樁施工前場地回填了約2m左右的土，而施工中又未對上述情況采取合適的措施，使壓樁機(jī)械在施壓進(jìn)行過程中對樁產(chǎn)生了不均勻的側(cè)壓，施工結(jié)束后發(fā)現(xiàn)局部樁位產(chǎn)生了側(cè)偏，經(jīng)小應(yīng)變檢測發(fā)現(xiàn)這些管樁都不同程度地產(chǎn)生了裂縫，如何處理顯得相當(dāng)關(guān)鍵。我們對偏差資料經(jīng)過分析歸類后，對于垂直度偏差小于0.5%的管樁，管壁基本無裂縫，我們認(rèn)為承載力應(yīng)不受損失，故在增加了一組試樁證明承載力滿足設(shè)計條件后不再進(jìn)行處理。而對垂直度偏差大于0.5%的管樁，可以認(rèn)為管壁均已產(chǎn)生裂縫，承載力已受影響，我們對此類樁采用了先糾偏再進(jìn)行灌芯處理，使裂縫部位的傳力通過灌芯部分混凝土傳遞，經(jīng)最終靜載荷試驗(yàn)證明是切實(shí)可行的。因此我們在管樁的實(shí)際施工中一定要注意垂直度的控制，因?yàn)楣軜兜目辜裟芰^差，很容易破壞而引起不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

　　樁基工程是一繁重而復(fù)雜的過程，我們設(shè)計人員一定要考慮到每一個環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌兼顧，從各方面使之合理化。好的設(shè)計不僅僅是要保證建筑物安全，更要使設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理。