浅谈岩土工程勘察中桩基础选择类型及其考虑因素

于亮飞

摘要：在实际工程中，大多数拟建构筑物荷载较大，浅基础无法满足上部荷载要求，从而选择桩基础，桩基础主要用于承担地上构筑物的重力，对提升整体构筑物的稳定性与安全性有着极为重要作用。为此，本文将结合笔者实际勘察工作，对岩土工程勘察中桩基础选择类型及其考虑因素谈谈自己的几点体会，希望能对岩土工程同行们有所帮助。

关键词：岩土工程；桩基础类型；桩基础成桩考虑因素

1.工程概况

某冶炼厂拟建设场地位于韶关市，拟建项目场地属工业用地，拟建建（构）筑物主要为渣熔炼、烟化炉吹炼、闪速熔炼炉竖炉烟气吸尘、闪速熔炼炉电炉烟气吸尘、烟化炉烟气吸尘、熔炼炉余热利用。拟建构筑物柱荷载最大值为15000KN，柱荷载最小值为2500KN。场地现状为渣堆场及标准厂房，四周为道路，交通较便利，有利于大型设备进出场。

2.岩土层结构特征及设计参数

2.1岩土层结构特征

根据钻探结果，场地内揭露的地层主要为（1）人工填土层（2）第四系坡残积层（3）强风化砂岩（4）石炭系石灰岩等四个主要工程地质层，现分述如下：

素填土（土层编号①，下同）：黄褐色、灰褐色等杂色，以黏性土、碎石为主，含少量砼块，松散，局部稍密，未固结欠压实，压缩性高，回填时间较长（超过10年），土体均匀性较差。其主要物理力学性质指标统计值为：天然含水量ω= 26.23%、密度ρ=1.95g/cm3、天然孔隙比e=0.76、液性指数IL= 0.35、抗剪强度值（直接快剪）ck=16.92kPa、φk=15.44；压缩性指标平均值为：压缩系数α1-2=0.54MPa-1、压缩模量Es= 3.95MPa，属中等～高压缩性土层。做标准贯入试验25次，实测击数N=3击～5击、平均值N=3.76击；修正后平均值为3.58击，标准值为3.37击。承载力特征值fak =80kPa。

可塑状粉质黏土②1：棕黄色、黄色、黄褐色，可塑，主要成分为粉粒和黏粒，局部含少量风化岩块、岩屑及角砾，干强度高，韧性中等，无摇振反应，稍有光泽，土体结构较均匀。其主要物理力学性质指标统计值为：天然含水量ω= 25.56%、密度ρ=1.93g/cm3、天然孔隙比e=0.78、液性指数IL= 0.45、抗剪强度值（直接快剪）ck=23.92kPa、φk=15.09；压缩性指标平均值为：压缩系数α1-2=0.55MPa-1、压缩模量Es= 5.37MPa，属中等压缩性土层。做标准贯入试验31次，实测击数N=7击～13击、平均值N=9击；修正后平均值为7.55击，标准值为7.17击。承载力特征值fak =160kPa。

软塑状粉质黏土②2：黄褐色，软塑，主要成分为粉粒和黏粒，局部含少量风化角砾，干强度高，韧性中等，无摇振反应，土体结构较均匀。属中等～高压缩性土层。其主要物理力学性质指标统计值为：天然含水量ω=24.07%、密度ρ= 1.96g/cm3、天然孔隙比e=0.73、液性指数IL=0.24、抗剪强度值（直接快剪）ck=15.37kPa、φk=15.63；压缩性指标平均值为：压缩系数α1-2=0.52MPa-1、压缩模量Es=4.90MPa，属中等～高压缩性土层。标准贯入试验10次，实测击数N=2～5击、平均值N=3.8击；修正后平均值为2.81击，标准值为2.36击。承载力特征值fak =80kPa。

强风化砂岩③1：局部地层揭露，灰褐色、粉红色，粉细砂结构，层状构造，主要矿物成分以长石为主、石英次之，节理裂隙发育，裂隙面可见锰铁质矿物，岩芯多呈半岩半土状，泡水易软化，岩质较硬，岩芯破碎。做重型动力触探试验200次，实测击数N=24击～36击、平均值N=31.02击；修正后平均值为15.44击，标准值为15.16击。本层承载力特征值fak=600kPa。

中风化石灰岩④1：浅灰色，微晶结构，中厚层夹薄层构造，矿物成分以方解石为主、次为白云石，岩石较破碎，岩质较坚硬，岩芯多呈碎块状，局部呈短柱状，白色方解石细脉较发育（多呈网脉状），结构面结合较差，部分岩芯表面呈蜂窝状，溶蚀现象严重，溶蚀裂隙较发育，岩芯采取率一般为55% ～65%。岩石天然单轴抗压强度为22.00MPa～ 54.40MPa，平均值为36.09MPa，属较硬岩，岩体较破碎。根据野外鉴别结合天然单轴抗压强度试验，判定该场地钻探深度内揭露的岩体基本质量等级为IV级。承载力特征值fak =2500kPa。

微风化石灰岩④2：浅灰色，微晶结构，中厚层构造，主要矿物成分为方解石、次为白云石，岩石坚硬、较完整，岩芯呈短～长柱状，风化裂隙稍发育，裂隙面被方解石充填、多呈网脉状，结构面结合较好。岩芯采取率一般为80%～92%，岩石质量指标RQD一般为75%～82%。岩石天然单轴抗压强度为33.80MPa～69.40MPa，平均为56.48MPa，属较硬岩，岩体较完整。根据野外鉴别结合天然单轴抗压强度试验，判定该场地钻探深度内揭露的岩体基本质量等级为Ⅲ级。承载力特征值fak =4000kPa。

2.2岩土设计参数

根据现场土质鉴定，野外原位测试及室内试验结果，参照国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）、行业标准《建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）及《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等有关规范，场地内各地层的工程特性指标值祥见下表1。

3.桩基础比较分析及选择

3.1桩基础

拟建渣熔炼、烟化炉吹炼、闪速熔炼炉竖炉烟气吸尘、闪速熔炼炉电炉烟气吸尘、烟化炉烟气吸尘、熔炼炉余热厂房垂直荷载较大，柱荷载最大值为15000KN，柱荷载最小值为2500KN。受风荷载等因素影响水平作用力亦较大，宜采用冲（钻）孔桩、旋挖桩或静压桩，布桩时除对单桩竖向承载力较高要求外，还需考虑桩的水平荷载要求，以及各组成的荷重差异大的建（构）筑物，桩基础持力层选择除考虑单桩竖向承载力应满足设计布桩的要求外，还应考虑拟建建筑物总沉降量的控制及各附屬设施之间差异沉降等因素。桩基础持力层选择应同时满足下列条件：a.单桩竖向承载力应满足设计布桩的要求；b.基础沉降及沉降差应满足规范及设计要求；c.静压桩入土深度应充分发挥桩身结构强度； d.从抗震要求考虑，同一结构单元的基础宜采用相同桩长或桩长不宜相差过大。

3.2桩筏基础

根据本次勘察揭露地层情况，对拟建渣熔炼、烟化炉吹炼、闪速熔炼炉竖炉烟气吸尘、闪速熔炼炉电炉烟气吸尘、烟化炉烟气吸尘、熔炼炉余热厂房基础设计时亦可考虑选用桩（夯扩桩、沉管灌注桩及长螺旋钻孔灌注桩）+筏形基础。采用桩筏基础需注意：由于场地岩溶强烈发育和局部有软塑状粉质黏土层揭露，在设计时应引起足够的重视。建议进行详细的专项岩溶勘察，对场地的岩溶采取“查、防、治”一体化的设计作业方案，并进行有效的治理。

3.3桩基础成桩条件分析

拟建场地为剥蚀残丘地貌，经早期厂房建设人工开挖回填平整，现状为渣堆场及标准厂房，原厂房拆除后，场地开阔，地势较平整，勘察场地周边主为厂区道路，交通便利，有利于大型机械设备进出场，但是场地内人工填土广泛分布，厚度较厚、地表地基强度低。场地上部土层为第四系人工填土层、坡残积粉质黏土层，下覆基岩为中风化及微风化灰岩，局部夹强风化砂岩，岩体较破碎—较完整，岩层面埋深中等，根据场地地层结构、各土层的工程地质特性及场地周边环境条件，结合拟建工程上部荷载要求，本工程采用桩基础和桩筏基础均是可行的。

拟建场地具有较好的成桩条件，适宜于桩基础（如预制桩、钻（冲）孔桩、旋挖桩、沉管灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩等）。采用钢筋混凝土预制管桩具有速度快、对环境污染小、质量有保证、生产成本较低等优点，缺点是在饱和黏性土会引发挤土效应，遇填土中大块石（砼块）不易穿透，岩面倾斜易引发断桩等质量问题，若确定采用预制桩，建议施工前先试桩，以确定其适宜性和设计单桩承载力。采用钻（冲）孔桩及旋挖桩的优点是容易钻进，可以穿越较为坚硬的土层，达到较深的桩端持力层（灰岩层），单桩承载力较高，但其缺点是成本高，污染环境，施工速度较慢，且遇有软弱土层时易产生缩径、塌孔，遇岩层不均匀或遇溶洞时容易出现斜孔、卡钻等问题。若确定采用钻（冲）孔桩或旋挖桩，建议施工前先进行施工勘察，确保一桩一孔，钻孔施工时应严格按照规范要求施工，调整好泥漿稠度和失水率，确保成孔及桩身质量。采用夯扩桩、沉管灌注桩和长螺旋钻孔灌注桩的优点具有速度快、对环境污染小、生产成本较低等优点，缺点是在饱和黏性土会引发挤土效应，单桩承载力较低，且易引发断桩、缩颈等质量问题。

4.桩基础选择应考虑因素

4.1地表水、地下水对桩基设计、施工的影响

由于本次勘察场地现状为早期人工平整场地，现状为渣堆场及标准厂房，靠近场地地表水主要为堆场周边的季节性场地排水沟，施工前做好引流，导流到场外即可，地表水对拟建工程建设影响较小。地下水流向与地形倾斜方向基本一致，地下水总体径流方向由西北向南东方向运移。地下水主要为第四系松散土层赋存的孔隙水和岩层赋存的岩溶裂隙水。本次桩基施工建议以中风化或微风化灰岩作为桩基础持力层，第四系土层富水性差，水动力条件一般，第四系孔隙水对桩的侧摩阻力和桩端摩阻力的影响较小。另外场地基底岩石为溶洞发育的灰岩，溶洞裂隙水比较复杂多变，对场地及拟建工程影响较大，这对拟建建（构）筑物的桩基础设计及施工将带来一定的不利影响。

4.2特殊性岩土对桩基的危害及措施建议

场地的特殊性岩土主要为素填土、坡残积土。拟建场地广泛分布有素填土，未完成自重固结，可对桩基产生负摩阻力；软弱土层会降低、甚至消除桩侧摩阻力，从而降低桩基的竖向承载力，引起建筑物的不均匀沉降等；应加强基础、承台的整体性和刚度，减轻荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性。按省标《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）第10.2.10条考虑摩阻力对桩基承载力和沉降的影响，并验算其桩基承载力。

4.3岩溶场地对桩基的影响因素

场地属隐伏石灰岩地段，场地上部分布一层素填土，厚度1.00m～15.50m，局部为软塑坡残积粉质黏土，厚度2.10m～9.40m。下部基岩面埋深11.30m～32.60m，岩石主要呈中厚层—厚层状，裂隙较发育，胶结差。钻孔溶洞见洞隙率为34.04%，钻孔线岩溶率为10.05%。本次勘察揭露到溶洞洞顶最小埋深13.08m，平均洞径1.68m，最大洞径高达6.00m，洞径较大且顶板厚度较小。揭示溶洞为大部分为全充填型，充填物为软—可塑状黏性土、砂质土，个别勘探孔揭露溶洞为空洞，部分溶洞为串珠状溶洞，在此条件下岩溶的发展较快。根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T 15-136-2018），本场地为岩溶强烈发育场地，溶洞稳定性差，场地稳定性为极不稳定，场地属于岩溶地面塌陷易塌陷区。本场地工程地质条件对桩基础基础工程可能造成的工程风险分析如下：

（1）场地隐伏石灰岩基岩面起伏，在横向上、纵向上均具有较大的变化，这对拟建建（构）筑物的桩基础设计及施工将带来一定的不利影响。

（2）桩基施工特别是冲孔灌注桩施工，由于施工震动及对岩溶地下水的扰动，容易发生孔口地面塌陷事故。故桩基施工应尽量避免震动，遇到软土或溶洞采用钢护筒护壁。当设计采用冲孔灌注桩施工时，应进行超前勘察，一桩一孔，探明溶洞发育情况，在冲孔经过岩层分界面时（特别是遇到溶洞时）相邻岩层强度差别较大，应在冲孔操作中及时根据地质情况调整桩锤的冲程，避免引起卡锤现象，当溶洞顶板较薄时，及时调整桩锤的冲程，避免可能发生击穿事故。

（3）当设计采用预制静压管桩施工时，由于基岩面的高低起伏剧烈，岩面倾斜或陡立，容易造成桩端滑移倾斜甚至断桩。当桩端支撑于较薄的溶洞顶板时，桩基承受上部荷载时可能发生击穿事故。故设计单桩承载力不宜过高，施工前应进行试桩，选择适当的终压值。

以上是场地岩溶强发育地区地基施工风险可能的主要表现形式，实际工程中岩溶施工事故的表现形式更为多样，其原因可能是某单一原因也可能是多个原因的叠加，当风险积累到使岩溶地基稳定性达到某种极限状态时，就会出现一定程度的失稳破坏状态，造成一定的工程事故。

5.结语

综上所述，桩基础可选类型有预制桩、钻（冲）孔桩、旋挖桩、沉管灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩，桩基础选择主要受场地周边环境、地层条件和施工可行性三大因素决定。基础选择的原则，应综合考虑工程地质与水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特征、施工技术条件与环境；并应重视地方经验，因地制宜，注重概念设计，合理选择基础形式、节约资源。

参考文献：

[1]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版）.

[2]《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）.

[3]李惠民.工程地质岩土工程勘查场地基础选型分析与探讨[J].世界有色金属. 2018（21）.

[4]王银霞，刘洪铖.岩土工程勘察与基础选型分析[J].珠江水运， 2010（12）：26-27.