某重型厂房桩基设计

田甜

【摘 要】某重型厂房，桩形式为人工挖孔灌注桩。因场地地质条件复杂，本工程桩基设计方案在设计和施工过程中经过多次调整。本文介绍了本工程桩基设计方案的调整过程。

【关键词】重型厂房；人工挖孔灌注桩；桩基方案设计；调整

文章编号：ISSN1006—656X（2013）09 -0192-02

一、工程概况

本工程的厂房的主要跨度为30m，主要柱距为12m，主要吊车吨位为32/5t、50/10t 、80/20t、100/20t、125/32t、160/40t等，吊车工作制为A5、A6和A7等。主体结构采用格构式钢结构柱，屋面结构采用梯形钢屋架加钢筋混凝土大型屋面板。

二、场地工程地质概况

本工程所在地的抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.30g，设计地震分组为第二组。根据本工程的岩土工程勘察报告，拟建场地地处杨林断陷盆地西南部边缘，冲、湖积盆地地带，地基土构成成分复杂，不同地段岩性相变较大，薄夹层、透镜体等出现较多，在部分地段由于侵蚀作用及沉积环境的变化，有的地段地层出现由厚变薄或缺失的现象，使场地地基土空间分布上成因、岩性、状态或密实度存在一定不均匀性，各土层厚薄不均匀，致使地基土的工程力学性质在水平向和竖向上不均匀。根据工程荷载和地基土条件并结合工程所在地的施工习惯，本工程厂房排架柱采用柱下桩基承台基础，桩形式为人工挖孔灌注桩。由于地基的不均匀性，本厂房位于露天跨南北两侧厂房柱的承台桩因桩端持力层不同分为端承摩擦桩和摩擦端承桩，端承摩擦桩的桩端持力层为第○6层粘土，稍湿、硬塑状态，干强度及韧性中等，土质均匀性一般，具有中等压缩性，部分地段砂粒含量较高，渐变为粉质粘土，层厚0.5～20.2m，桩端阻力特征值qpk=2000kpa； 摩擦端承桩为嵌岩桩，桩端持力层第○9层和其夹层第○91层中风化灰岩层，中风化状，隐晶质结构，岩石的坚硬程度等级为较硬岩，岩面层起伏大，不规则，岩石表面可能发育有溶沟、溶槽，岩石内部岩溶较发育。桩端阻力特征值分别为qpk=11000kpa和qpk=7000kpa。

三、工程桩基方案的选择

人工挖孔桩以其受力性能好、施工简便快捷、经济效益好等特点。人工挖孔桩基，具有承载力高、无振动、不污染、无噪声、无扰动土、能与现有建筑物贴近施工、适应性强等优点。结合本工程的实际情况，人工挖孔桩与其他深基础尤其是预制桩相比，主要有以下特点1.受力性能好，由于挖孔桩直径大，所以单桩承载力高。其抗震性能好，沉降量小，能防止不均匀沉降。挖孔桩一般直径为0.8～2.4米，可承几千千牛至几万千牛的力，适用于上部传来的荷载大而集中的结构。由于其嵌入岩层一定深度，所以能承受较大的水平荷载，扩底挖孔桩还可抵抗很大的上拔力。本工程属重型厂房，厂房排架柱单柱柱底反力在5000～10000kN范围内，某些工况组合下基桩还承受一定的上拔荷载；本工程所在场地的抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度0.30g ，属高地震设防烈度区，所有基桩均为嵌岩桩。2 施工方便，造价低。根据本工程的岩土工程勘察报告，桩基持力层有一定倾斜时，若采用预制桩会长短不齐，大量截桩、接桩，挖孔桩则无上述问题；施工仅需轻型工具，不需大型施工机械，适于人工费较低的地区；各桩可分别同时施工，施工速度较快；预制桩打桩时会造成相近的桩侧移或向上浮起，挖孔桩则无此问题，且无噪声污染；挖孔桩成孔大，容易检查桩底持力层情况及侧面土质情况，并易于混凝土浇注、振捣；在密实的砂层及卵石层或有孤石的地基中，打预制桩十分困难，而挖孔桩则易于施工。综上所述，本工程桩基方案采用人工挖孔灌注桩。

四、工程桩基设计概况

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）及相关规范的要求，桩基设计等级为丙级，桩基安全等级为二级。人工挖孔灌注桩的桩径采用d=800，桩身混凝土强度等级为C30，设计的单桩竖向极限承载力标准值Quk=5000kN，单桩竖向承载力特征值Ra=2500kN。

五、桩基施工过程中的设计方案调整

由于本场地各土层的厚度、埋藏条件及力学性能等方面的差异所导致的地基土的工程力学性质存在不均匀性。尤其是岩层内存在未被揭露的溶洞、溶槽等影响桩的设计和施工的不良地质现象。在桩基施工过程中，根据设计人员的建议，地质勘查部门根据桩基的平面布置图，对所有设计嵌岩桩进行了一桩一孔的补充勘察，设计人员根据补充勘察的结果对部分嵌岩桩的设计进行了调整；另外在对设计的非嵌岩摩擦桩的施工过程中，由于桩侧土层分布及土层厚度的变化，对部分摩擦桩的设计也进行了调整。桩基方案设计的调整可以归纳为以下几类。

（一）桩端持力层埋深太浅，桩基承台改为独立基础。

位于厂房北侧两跨的部分柱下的承台桩，根据一桩一孔的补充勘察结果，同一承台下的所用桩下的岩层埋深都在不大于7m。桩的长度或有效长度小于6m的桩称其为墩，墩设计时是按深基础计算。为减少桩的人工开挖量，降低施工难度，将以上桩基承台改为以岩层为持力层的柱下独立基础。

（二）为避免不良地质影响而改变基桩形式。

根据补充勘察结果，存在部分桩的桩端距离溶洞、溶槽等不良地质现象不足3倍桩径的情况。该种桩的处理结果有两种：1. 当桩下溶洞、溶槽等不良地质现象的厚度范围不大（不超过2m），改用桩径d=400mm的钻孔灌注桩施工，钻孔灌注桩按嵌岩桩设计，桩端进入溶洞、溶槽下的稳定岩层0.5m。若单桩竖向承载力不能满足设计要求，则改变承台形式，增加承台下的桩数。2. 当桩下溶洞、溶槽等不良地质现象的厚度范围较大（超过2m），改用桩径d=400mm的钻孔灌注桩施工，钻孔灌注桩按摩擦端承桩设计，桩端落于距溶洞、溶槽顶超过3倍桩径的土层中，若单桩竖向承载力不能满足设计要求，则改变承台形式，增加承台下的桩数。

（三）改变承台下的桩的位置和承台形式。

根据补充勘察结果，存在同一桩基承台下的个别桩持力岩层埋深较浅，而其余桩持力岩层埋深正常的情况。对此种情况，采取改变承台下桩的布置，将持力岩层埋深较浅的桩取消，在相邻位置补桩的措施；甚至增加桩数，改变承台形式。

（四）非嵌岩摩擦桩改为嵌岩桩。

根据补充勘察结果，部分原设计为非嵌岩摩擦桩的基桩下地层与岩土工程详细勘察结果有较大变化。如某些在桩长设计范围存在较为稳定的岩层，该种基桩均该为嵌岩桩；某些在桩长设计范围内或桩端下小于3倍桩径范围内存在范围较大的溶洞、溶槽等不良地质现象，该种情况下，将基桩改用桩径d=400mm的钻孔灌注桩施工，钻孔灌注桩按摩擦端承设计，桩端落于距溶洞、溶槽顶超过3倍桩径的土层中，若单桩竖向承载力不能满足设计要求，则改变承台形式，增加承台下的桩数。

（五）为安全生产而改变基桩形式。

虽然人工挖孔桩具有很多优点，但在施工过程中必须注意流砂所带来的安全问题。所谓流砂、流泥是粉土、粉细砂、淤泥质土，甚至粗砂为主的地质体在动水压力作用下经扰动而产生的现象，动水压力和扰动是土、砂体发生移动的作用力，所以要防止出现大量流砂、流泥现象，一是要减小动水压力，降水井降水是用机械方法成井，分布在场地四周，预先抽排形成降水漏斗，截断场地外围的地下水补给，同时降低场地内地下水位；群井施工分流是指在成孔阶段分片集中施工，保持各相邻孔掘进深度大致相当，群井抽水，减少单桩井的涌水量，从而减小动水压力，实践证明这是简单易行而又效果显著的施工方法.二是要减少对土体的扰动，正常地层下施工，每次可掘进一米，然后装模护壁，用钢筋砼护壁即可，而在流砂层中，则每次只能掘进半模或1/3模深度，防止大面积砂体位移。而且因流体能产生较大的侧压力，应加大护壁厚度，护壁视具体情况留泄水孔，砼搅拌时可加入适量的速凝剂以加快砼的早期强度，由于基底对护壁无支撑，为防垮模、掉模和变形，还需加大护壁配筋。

本工程场地地下水位分布不均匀，部分基桩位置处地下水位较高或桩端距溶洞、溶槽等不良地质现象距离较小，易引发流砂、流泥而造成安全生产事故。虽然在现场在桩孔开挖施工时采取在预防流砂、流泥现象的措施，但由于本工程所设计基桩数量较多，同时开工作业量较大。为避免安全生产事故的发生，对于易引发流砂、流泥的基桩均改为桩径d=400mm的钻孔灌注桩施工。

六、结语

本文所述内容意在说明人工挖孔桩虽有受力性能好、施工简便快捷、经济效益好等特点。但在具体的工程实践中，也要结合场地地质和工程实际情况合理地选择和调整桩基设计方案，满足设计和施工的要求。