烟台万科西雅图项目桩基工程综述

2018-10-23崔大勇

地质装备 2018年5期

崔大勇

(山东省第五地质矿产勘查院，山东泰安 271021)

1 概述

1.1 项目概况

烟台万科房地产开发有限公司拟在芝罘区建设万科东林项目。受该公司委托，山东正元建设工程有限责任公司承担了该项目的详细勘察工作。拟建建筑物主要包括：3栋10层住宅，5栋11层住宅，1栋16层住宅，3栋17层住宅，3栋23层住宅，8栋2层商业裙房，地下室2层。

1.2 场地位置

勘察场地位于烟台市芝罘区通世南路与通林路交叉口(五卒山隧道西出口)西北角，象山路以南，通林路以北，地理环境优越，交通便利。

1.3 区域地层与地质构造

烟台地区构造属于华北地台中沂沭断裂带东侧胶东断块中次一级构造单元，包括胶北隆起、文荣隆起、胶莱台陷、牟平—即墨凹断束及黄县新断陷。

胶东断块总的轮廓是北部隆起，南部坳陷，桃村—即墨断裂带成为胶北隆起与文荣隆起分界面，控制了粉子山群和蓬莱群的分布范围，胶莱坳陷是中生代形成的强烈坳陷区，黄县断陷是新生代以来的显著沉降区，断块本身具有刚性强、多裂隙且北东向断裂发育，由于长期处于稳定抬升，大部分地区缺失盖层沉积。

胶北隆起由胶东群构成了一个近东西向的复背斜，由厚达20000多米的胶东群和厚达7500 m以上的粉子山群组成基底。在北部粉子山群和零星的中生代地层不整合在这个复背斜之上，南部与莱阳中生代坳陷相接。燕山运动后玲珑花岗岩侵入，岩体主要呈南北向分布，使胶北断裂十分发育，尤以东西向和北北东向最明显，规模大，延伸长，构成了中新生代断陷盆地的边界。

根据已有区域地质资料，断块内的主要断裂自西向东主要有以下几条：玲珑断裂(NNE)、凤仪店断裂(NW或SE)、蓬莱威海断裂(NW)、桃村—东陡山断裂(NE)、海阳断裂(NW/SE)、乳山断裂(SEE)。上述断裂规模中等，走向延长20～50 km。这些构造近代都有一定活动表现。

从拟建场区来看，东南距桃村断裂约10 km，对场区基本无影响，拟建场地稳定性较好。

1.4 场地工程地质条件

拟建场区位于烟台市芝罘区，该场地原为开荒地，后经人工回填，场地普遍堆积填土厚度0.70～11.80 m，平均5.78 m。现地形起伏不大，原始地貌类型为丘陵。场地内钻孔孔口标高最大值36.18 m，最小值25.48 m，地表相对高差10.70 m。根据野外钻探描述及原位测试成果，结合区域地质资料，场地地表下地层成因时代主要为：人工填土，第四系全新统坡积层，下伏基岩为下元古界，粉子山群巨屯组云母片岩，地基土自上而下分为以下8层：

①素填土(Q4ml)

黄褐色，松散，局部稍密，稍湿，主要由风化岩碎屑、碎石和少量粉质黏土、砖块组成，局部含大量碎石和块石，一般粒径20～60 mm，最大粒径>200 mm，回填时间15年左右，钻探时漏失严重。该层仅35#～45#及48#钻孔附近缺失，厚度0.70～9.40 m，平均5.78 m；层底标高20.79～31.53 m，平均26.05 m；层底埋深0.70～10.60 m，平均5.88 m。

①1杂填土(Q4ml)

杂色，松散，局部稍密，稍湿，主要由建筑垃圾、风化岩碎屑和少量粉质黏土、碎石组成，局部含较多碎石和块石，最大粒径>100 mm。该层回填时间15年左右，钻探时漏失严重。该层分布在31#、34#～45#、48#钻孔附近，厚度3.80～11.80 m，平均7.46 m；层底标高22.88～29.84 m，平均27.70 m；层底埋深3.80～11.80 m，平均7.46 m。

②粉质黏土(Q4al+pl)

黄褐色，主要呈可塑状态，局部硬塑，切面稍具光泽，无摇振反应，韧性、干强度中等，含少量中砂颗粒。该层在1#～10#、29#、32#、33#、36#、40#、41#、101#钻孔附近可见，厚度0.90～6.20 m，平均3.66 m；层底标高15.50～27.26 m，平均20.52 m；层底埋深6.30～14.70 m，平均9.36 m。

③粉质黏土(Q4al+pl)

红褐色，可塑状态，局部硬塑，切面稍具光泽，无摇振反应，韧性、干强度中等，局部含少量角砾，层底多见少量风化岩碎屑。该层分布在11#～35#、37#、39#、42#～45#、49#、50#、57#、60#、63#、64#、68#～87#、89#、92#～97#、101#～107#、111#～113#钻孔附近，厚度0.60～9.70 m，平均4.42 m；层底标高16.14～28.33 m，平均21.24 m；层底埋深5.80～15.80 m，平均10.56 m。

④层全风化云母片岩(Pt1fJ)

灰黄色，结构构造全部破坏，主要矿物成分云母、长石，岩心呈土柱状，局部含少量小碎块，遇水易软化，手捏易碎，干钻易进。场区普遍分布，厚度0.70～5.50 m，平均2.31 m；层底标高13.08～29.03 m，平均20.56 m；层底埋深6.20～18.70 m，平均11.73 m。

⑤强风化云母片岩(上)(Pt1fJ)

灰褐色，结构构造基本破坏，主要矿物成分为云母、长石，局部见石英岩碎块，岩心多呈砂土状，含少量碎块状，遇水易软化，手掰可碎，干钻可进，岩体基本质量等级V级，场区普遍分布。厚度0.40～11.40 m，平均5.91 m；层底标高7.71～23.64 m，平均14.77 m；层底埋深12.00～22.60 m，平均17.55 m。

⑤1强风化云母片岩(下)(Pt1fJ)

灰褐色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成分为云母、长石，岩心多呈块状，少量碎块状和短柱状，锤击易碎，多属极软岩。节理裂隙很发育，RQD=0～15，岩体极破碎，岩体基本质量等级V级，场区普遍分布。厚度0.20～9.20 m，平均4.44 m；层底标高2.79～17.11 m，平均9.83 m；层底埋深18.00～26.30 m，平均22.45 m。

⑥中风化云母片岩(Pt1fJ)

灰褐色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成分为云母、长石，岩心多呈短柱状，少量块状。一般柱长50～150 mm，最长柱长250 mm，锤击声脆，轻微回弹，属软岩，节理裂隙较发育，RQD=30～50，岩体较完整，岩体基本质量等级为IV级，该层未穿透，最大揭露厚度为6.80 m。根据室内试验、原位测试和地区经验确定各岩土层承载力特征值及压缩模量见表1。

表1 各岩土层承载力特征值及压缩模量

注：标“*”者为经验值。

2 勘察单位地基基础处理方案分析与建议

2.1 地基基础处理方案分析

根据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011中5.2.4条规定，对②层粉质黏土、③层粉质黏土的地基承载力特征值进行深宽修正，最终天然地基方案分析见表2。

②层粉质黏土地基承载力特征值深宽修正为：

fa=fak+ηbr(b-3)+ηdrm(P/rm-0.5)=180+0.3×19.32×(6-3)+1.6×19.96×(40÷19.96-0.5)=245.42 kPa

③层粉质黏土地基承载力特征值深宽修正为：

fa=fak+ηbr(b-3)+ηdrm(P/rm-0.5)=220+0.3×19.23×(6-3)+1.6×19.96×(40÷19.96-0.5)=285.34 kPa

表2 天然地基方案分析表

注：拟建建筑物荷载按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012进行估算，设计时应以实际荷载进行复核。

2.2 建议

(1)拟建场区无全新活动性断裂通过，在勘察场区及其周边未发现影响场地稳定性的不良地质作用，也无影响地基稳定性如墓穴、防空洞、孤石及其他不利埋藏物。拟建场地稳定，适宜本项目的建设。本区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g，第二组。场地类别为II类，场地特征周期值为0.40 s，拟建场地属对建筑抗震不利地段。

(2)拟建住宅9#和住宅15#建议采用天然地基，以③层粉质黏土作为地基持力层，可采用条形基础。

(3)拟建住宅7#、住宅8#、住宅10#、住宅11#和住宅14#建议加大基础埋深或采用换填垫层法进行地基处理，换填至④层全风化云母片岩，采用筏板基础。

(4)拟建住宅1#～4#、住宅6#和商业裙房建议采用换填毛石混凝土进行地基处理，换填至④层全风化云母片岩，采用筏板或条形基础。

(5)拟建住宅5#、住宅12#和住宅13#建议采用复合地基或钻孔灌注桩基础，以⑤1层强风化云母片岩(下)或⑥层中风化云母片岩为桩端持力层。

3 设计单位确定的最终方案

本工程设计单位为山东圣凯建筑设计有限责任公司，设计人员根据山东正元建设工程有限责任公司提供的详勘报告，结合以往的设计经验及本工程的实际情况，最终出具的地基基础处理方案确定如下：1#、2#、3#、4#、12#、13#住宅楼采用人工挖孔桩基础，其余建筑采用天然地基、人工换填或筏板基础，人工换填和筏板基础设计方案在此就不做介绍，以下为人工挖孔灌注桩设计方案。

3.1 一般说明

本工程桩基设计等级为甲级，以⑤1强风化云母片岩(下)或⑥中风化云母片岩为桩端持力层，Z1桩端进入持力层深度不小于1 m，桩长约17.5 m，单桩竖向抗压承载力特征值为3200 kN；Z2、Z3桩长不小于10 m，单桩竖向抗压承载力特征值为2000 kN。施工前应根据地下水位及各土层情况考虑场地的降水措施，应注意施工人员的安全，施工机具应由专人负责检修，挖孔深度较深时，孔内应做好通风，并经常测定孔内有无有害气体，相邻桩净距小于2.5 m时，施工组织应采用跳挖施工，待相邻桩浇筑3～4天后，方可开挖施工。

3.2 成孔

本工程采用的桩径为800 mm和1000 mm。桩基础在施工前必须进行人工降水，保证整个基础施工过程在无水情况下进行，人工降水深度应始终控制在桩底标高以下大于等于500 mm。

3.3 护壁施工

护壁的混凝土强度等级为C30。第一节挖深约1000 mm，安装护壁钢模板，然后浇筑混凝土护壁，往下施工时以每一节作为一个施工循环(即挖好每一节土后接着浇灌一节混凝土护壁)。回填土区段每节高度宜小于400 mm，进入强风化云母片岩后每节高度应根据土的自立情况而定，特殊土质下挖速度应视护壁的安全情况而定。桩基础采用钢筋砼护壁，上部第一节护壁顶面应高出地面100 mm，壁厚比下面井壁厚增加50 mm，上下护壁搭接长度不得小于50 mm，每节护壁均应当日连续施工完毕。护壁砼必须保证密实，根据土层渗水情况使用速凝剂，护壁模板拆除宜在24 h后进行，拆模后如发现蜂窝漏水现象应及时补强，防止造成事故。为保证桩基础的垂直度，每浇灌完3节护壁后必须进行一次桩中心位置及垂直度的校核工序。护壁要求按护壁加筋图施工，以确保护壁的安全。为便于井内组织排水，须在透水层区段的护壁预留泄水孔(孔径与水管外径相同，以利接管引水)，并在浇灌桩身混凝土前予以堵塞。

3.4 钢筋笼制作与安装

纵向钢筋的接长应采用焊接。桩内钢筋笼在制作、运输和安装过程中应防止扭转和弯曲，安装时应保持垂直。桩内纵筋的混凝土保护层厚度不应小于50 mm。

3.5 桩身混凝土浇灌

桩身混凝土强度等级C30。桩孔挖至孔底设计标高或持力层后，应通知甲方会同勘察、设计人员共同鉴定，认为符合要求后迅速扩大桩头，清理孔底，及时验收，随即浇灌封底混凝土，封底混凝土最小高度200 mm。浇灌封底混凝土后应尽快继续浇灌桩身混凝土，如因条件所限需要延迟时，应在以后浇灌前先抽空孔内积水，清理封底混凝土层的表面，然后再浇灌桩身混凝土。浇灌封底混凝土时，当孔内渗水量较少，可先抽清孔内积水，在积水深度未超过100 mm时按常规方法浇灌混凝土，渗水量较大时，应采用水下混凝土施工方法浇灌。封底及桩身混凝土用常规方法浇灌时，须使用导管或串筒，出料口离混凝土面不得大于2000 mm，且应连续浇灌，分层振捣，分层高度约500～1000 mm，混凝土坍落度一般取80～100 mm。

3.6 桩基础的施工容许偏差

桩身直径容许偏差为±50 mm，桩中心位移偏差为±50 mm，垂直度容许偏差为0.5%。

3.7 桩基础的检测

人工挖孔桩终孔时，因进行桩端持力层检验，单柱的大直径嵌岩桩，应视岩性检验孔底下3倍桩身直径或5 m深度范围内有无土洞、溶洞、破碎带或软弱夹层等不良地质条件。施工完成后的工程桩应进行桩身完整性检验和竖向承载力检验。桩身完整性检验应采用钻孔抽芯法或声波透射法检测，检测数量不少于总桩数的10%，且不得少于10根，且每根柱下的桩均应检测。Z1、Z2、Z3的承载力可根据终孔时深层平板静载荷试验结合桩身质量检验报告校验。

3.8 其他

施工前必须试孔，数量不少于3个，以核对地质资料，检验成孔设备、施工工艺及技术要求是否适宜；如出现孔径、垂直度、孔壁稳定、进入持力层深度等检验指标不能满足设计要求时，应拟定补救技术措施或修改施工工艺。桩基础构造措施应按《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)执行。桩基大面积施工前，必须进行桩端持力层承载力检验，采用岩基载荷试验法检验，检验数量不应少于3根。

4 施工过程遇到的问题及处理

本工程的桩基施工及基坑支护与降水任务由我公司承担，按照合同约定，我公司于2018年4月1日组织人员设备进场，进行场地平整、测量放线、节水节电及钢筋、水泥、砂石料进场等准备工作，一切准备就绪后，4月3日正式开始进行人工挖孔桩施工，施工工艺流程详见图1。

图1 人工挖孔桩施工工艺流程图

4.1 试桩问题

试桩的目的一是检验施工工艺是否可行，二是验证设计参数的可靠程度，承载力是否能够达到设计要求。试桩分三种，设计试桩、施工前试桩和施工后试桩。本工程设计单位明确要求要进行施工前试桩，人工挖孔桩终孔要进行桩端持力层检验，施工完成后进行桩身完整性检验和竖向承载力检验，桩身完整性检验应采用钻孔抽芯法或声波透射法检测，检测数量不少于总桩数的10%，且不少于10根。

由于业主工期要求很紧，为确保工期，施工单位提出取消施工前专门试桩的建议，具体建议如下：因人工挖孔桩工艺成熟，施工质量稳定可靠，施工场地地质条件简单，且本场地南侧东林名郡B地块设计方案与本工程相同，有现成的地质资料、设计方案和施工经验作为参考，可直接进行工程桩施工，成桩完毕后对桩端持力层进行深层平板载荷试验，桩端持力层进行深层平板载荷试验结果作为桩基设计和施工的依据，以确定承载力是否满足设计要求，当试验结果不能满足设计要求时，因本项目桩基为端承桩，可通过增大扩底面积、增加有效桩长或补桩等形式对已施工的桩基进行补救，而对未施工部分的桩基进行设计变更。因此，万科西雅图项目人工挖孔桩可不进行施工前专门试桩，直接进行工程桩施工。设计人员收到施工单位的建议后，认为根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014明确要求以下三种情况必须做施工前试桩：①设计等级为甲级的桩基；②地质条件复杂，桩施工质量可靠性低；③本地区采用的新桩型或新工艺。因本工程设计等级为甲级，故必须进行施工前试桩，不能取消。

考虑工期比较紧，试桩方案做如下调整：①不要求每栋楼都进行施工前试桩，但首先开工的楼必须试桩，如果桩长不等，要分别进行，每种类型的桩最少做三组孔底平板载荷试验；②桩身完整性检验采用低应变和声波透射法检测，检测数量执行《建筑基桩检测技术规范》JGJ 106-2014；③为缩短养护时间提前进行桩基检测，可添加早强剂或将桩身砼标号由C30提高至C35；④施工过程遇特殊情况及时向设计单位反馈。

4.2 地层情况与勘察报告不符

因现场施工条件所限，只能首先进行12#、13#楼人工挖孔桩施工，施工过程发现局部地层的实际情况与勘察报告所述不符：

(1)地下水情况与报告不符。许多钻孔在开挖至4 m时出现地下水，且水量较大，须用水泵连续抽排。

(2)局部桩孔中风化岩层的埋藏深度与勘察报告不符。有的桩孔在开挖至5 m时遇坚硬岩石，施工难度增大。

鉴于存在的问题，项目部及时将遇到的问题向监理及业主进行了通报，业主责令勘察单位进行补充勘察，勘察单位在相应部位补打了两个钻孔，钻孔体现的地层情况与施工单位反映的情况相符。业主随即将上述情况向设计单位进行反馈，设计人员经计算并综合考虑后，确定12#楼东部1/3区域内人工挖孔桩的有效桩长变更为6 m，其他区域有效桩长执行原设计。

4.3 桩长匹配问题

根据以往施工经验及相关的规范规定和设计要求，人工挖孔桩的设计和施工时应考虑桩长匹配问题，一般要求相邻桩长度之差不宜超过桩长的1/10。本工程桩基设计类型为端承桩，因地层起伏较大，持力层的埋深不同，导致同一栋楼出现桩长不等的情况，有6 m、8 m、10 m、15 m等多种桩长，不符合桩长匹配原则。针对这一问题，设计人员答复如下：本工程设计桩型为端承桩，相邻桩不会出现一为端承桩、一为端承摩檫桩的情况，因地层原因，同一栋楼虽然存有桩长不同的情况，但桩顶设有筏板，有效解决了桩长匹配问题，桩基施工单位可以放心施工。

4.4 施工速度问题

由于人工挖孔桩必须采取井下作业，存在许多不安全的因素及隐患，挖孔过程劳动强度大，受天气影响明显，遇地下水较高时抽水对周边建筑物的影响比较大，单桩施工速度缓慢，万科西雅图项目开工之初的施工进度完全不能满足业主对桩基施工工期的节点要求。针对这一问题，我们决定采取如下措施：

(1)首先，要求业主一定做好“三通一平”的保障工作，特别是场区道路，因修筑的是临时便道，要及时维护，确保材料进场及机械设备通行要畅通无阻。

(2)根据施工前试桩的孔底载荷试验测试数据，⑤1层完全满足工程需要，建议将桩端持力层由⑤2层上提至⑤1层，这样既能满足承载力设计要求，又降低了施工难度，节省工期。

(3)局部区域地下水位较高，作业难度大，单孔抽排效果不理想，影响施工进度，建议采用基坑帷幕止水或井点降水措施。

(4) 施工过程遇坚硬岩石人工开挖确实困难时，可考虑采用爆破手段，建议采用微动爆破法，请业主协助办理相关手续。

(5) 根据不同楼座的工期节点要求，合理安排施工顺序。

(6)按照业主提供的工作面全面展开施工，确保每栋楼挖孔人员数量充沛，并根据施工进度及工期节点要求随时增调作业人员。

上述措施经与业主、监理协商沟通后付诸实施，经共同努力，有效保证了施工工期。

4.5 个别挖孔桩成桩后的悬臂问题

由于1#、2#楼西侧的车库开挖，致使1#、2#楼西侧刚灌注完毕的人工挖孔桩的桩周土坍落，挖除后上部完全裸露，个别短桩在地层中的埋深不足2 m，形成悬臂桩，给后续工程施工留下了质量、安全隐患。桩基施工单位提醒业主及上部工程施工单位对上述情况应引起足够重视，建议在后续工程进行施工时予以安全性评估，及时采取相应防范措施，以防出现质量、安全问题。收到桩基施工单位的建议后，业主责令总包单位立即对该区域进行运土回填夯实，并采取相应的支护措施，及时消除隐患。经过参建各方的共同努力，施工中存在的问题得到了妥善解决，施工单位在确保质量的前提下，按合同要求圆满完成了施工任务，得到了业主及监理的高度好评。