浅谈桩基础的设计管控以南平市某项目灌注桩基础为例

熊洪飞

0 引言

桩基础设计管控工作的开展，需引起各部门的高度重视，根据工程项目施工标准及要求，全面分析有应用价值的信息数据，为桩基础设计与施工质量管控提供有力依据。有效合理的设计管控，能有效的助力施工进度、质量、安全等，进而提升工程项目综合效益。复杂地质条件下的基础工程，对工期、造价、施工难度、安全风险影响较大，需特别重视桩基础的设计管控，在各部门相互协作的过程中确保工程整体施工质量符合验收标准，推动现代化建筑行业创新发展，创造巨大的经济效益，从而实现预期管理目标。

项目位于南平市延平区，总建筑面积约400 000m，拟建16 幢31～33F、5 幢21～27F、1 幢11～12F 的住宅楼、一栋幼儿园、几幢1F 配套及部分区域一层地下室。

1 场地周边环境及地形地貌

项目场地位于福建省南平市延平区（如图1 所示），场地东侧和北侧为山坡地，场地高程为 91.45～106.50m，局部位置存在小陡坡。南侧及西侧场地原始地貌单元为丘陵地貌单元，后期填土整平，填土厚度自西向东逐渐尖灭，地势较平坦。场地内覆盖层主要为第四系不同成因类型的岩土层（成因类型分别属于人工堆填、坡积等），其基底基岩主要为不同风化程度的含砾石英砂岩、粉砂岩，局部位置为石灰岩。

图1 拟建场地区域航拍图

2 地质情况

（1）场地内自上而下共分布有①杂填土、②粉质粘土、③a 全风化粉砂岩、③b 全风化含砾石英砂岩、④a-1 砂土状强风化粉砂岩、④a-2 碎块状状强风化粉砂岩、④b-1 砂土状强风化含砾石英砂岩、④b-2 碎块状强风化含砾石英砂岩、⑤a 中风化粉砂岩、⑤b 层中风化含砾石英砂岩、⑤c 层中风化石灰岩等岩土工程地质单元（如图 2、图3 所示 ）。其中，场地地基土的设计计算参数建议值如表1 所示。

表1 场地地基土的设计计算参数建议值

图2 典型地质剖面（一）

图3 典型地质剖面（二）

（2）场地抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度值0.05g，设计地震分组第一组。场地土类型为软弱土～中软土，场地类别为Ⅱ～Ⅲ类。场地分布的岩土体类型较简单，无砂土液化和软土震陷问题，表层填土厚度，属建筑抗震不利地段，应予避让，若无法避让，应采取有效的措施。高层建筑属标准设防类建筑，可按当地抗震设防烈度要求确定其抗震措施和地震作用。

（3）根据区域地质资料及本次现场调查，场地及其周围未见断裂构造及新构造活动迹象，无滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。无其它埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石及地下管线等地下埋藏物。表层填土厚度较大，场地整体稳定性差，适宜性差。

（4）场地地下水类型主要为风化基岩裂隙水，赋存于强-中风化岩风化裂隙中；填方区表层①杂填土层间含有少量松散岩类孔隙水。地下水受大气降水和下伏风化基岩裂隙水的侧向补给，顺地形坡向迳流，含水层透水弱，水量较贫乏，水位年变化幅度受降雨量影响大，估计为2.0～6.0m。场地环境类型为Ⅱ类。

（5）场地地下水对混凝土结构具微腐蚀性、对钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性；场地土对混凝土结构及钢筋砼结构中的钢筋具微腐蚀性，地下水对钢结构具弱腐蚀性。建议拟建筑物基础建筑材料采取相应的防护措施。

3 桩基初步选型方案

（1）预制桩（PHC）：场地表层杂填土属挖高填低平整场地形土厚度较大，且掺杂大量的碎块石，厚度在2～11m，预制桩无法穿透，且部分场地为丘陵斜坡，大型压桩机械无法展开，故不建议采用。

（2）人工挖孔桩：场地表层杂填土内的碎块石，直径200～500mm，人工搬运困难，另外根据南建设[2006]06 号文，当场地分布的填土超过桩身长的1/2 时应慎用人工挖孔桩。故不建议采用。

（3）冲（钻）孔灌注桩：地质条件适用性强，施工经验成熟，施工过程按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）桩基规范施工要求进行，严格控制泥浆浓度，防止孔壁坍塌、掉块、卡钻等，控制桩底沉渣厚度应不大于50mm，结合后注浆施工工艺可以确保桩端稳定性和成桩质量，适宜采用。

（4）旋挖混凝土灌注桩：施工经验成熟，结合后注浆施工工艺可以确保桩端稳定性和成桩质量。本项目杂填土层内含有大量的碎块石，粒径大多为200～500mm 之间，施工过程中塌孔风险大，若塌孔位置较深，粒径大的块石无法取出，导致此孔无法继续施工，故不建议采用。

根据以上分析比较，本项目的桩型采用冲（钻）孔灌注桩。

4 选取11#楼计算（地上33 层，无地下室）（参考地质勘察孔ZK19～ZK24）

此栋楼相对标高的±0.000 对应局绝对标高为100.00m，场地绝对标高92.44～99.50m，基础埋深按高度1/18 暂取6m，基础底标高为绝对标高94.00m。拟以⑤a 中风化粉砂岩、⑤b 层中风化含砾石英砂岩、⑤c 层中风化石灰岩为持力层，桩径1 200mm，进入持力层≥0.6m，桩基础的混凝土强度等级C35，嵌岩桩的单桩承载力特征值按桩身砼强度控制，按单桩承载力特征值9 000kN控制。通过计算，本楼栋总布桩数为35根，估算单桩桩长49～70m。

5 初步试桩施工

在本场地选取三根试桩以验桩基承载力，试桩编号分别ZJ3～ZJ5。ZJ4 和ZJ5 桩长为55m 和59m，进入中风化岩层；ZJ3 施工到62m 时还未到中风化岩层，设备钻探深度已经达到极限，继续钻探难度大，且桩的垂直度难以控制，塌孔风险大，最终此桩终止施工。此次试桩的三根桩施工周期均较长，耗时均超过24h，在30～366h 间，其中ZJ3 未能达到设计要求，且3 个桩位均出现多次塌孔。如继续以中风化岩为持力层，工期将大大延迟，严重影响项目后续的关键节点，导致项目的后续节点不能按计划完成，最终影响项目的利润。

6 优化措施

根据初步试桩情况，建设单位邀请了福建省3 位专家，对本项目的灌注桩基础进行分析优化。与会专家根据本项目的结构计算情况，仔细研读了地质勘察报告，一致认为碎块状强风化粉砂/含砾石英砂岩、砂土状强风粉砂/含砾石英砂岩都属于稳定的岩石，未被扰动，压缩性极低，可作为灌注桩的持力层，单桩承载力特征值仍可按桩身砼强度控制。可大幅度的减少桩基础的长度，进而使施工工期有了保证。

根据地质勘察报告，考虑到岩层面标高变化大，且砂土状和碎块状强风化层较厚，实际施工中提取出来的持力层土质样品，岩层上部区域强度相较于下部会低，与会专家一致认定：若以碎块状强风化岩为持力层，桩须进入持力层10m 以上；若以砂土状强风化岩为持力层，桩须进入持力层30m 以上。要严孔桩底清孔工艺，桩底需进行高压注浆，以确保承装质量。构造裂隙带区域的桩，需要做超前钻，以确定裂隙带的深度和风化岩的埋深。

7 试桩施工及静载试验

根据专家意见，现场重新选取2 根桩进行试验，分别为ZJ15（参考地质勘察孔ZK20）和ZJ23（参考地质勘察孔ZK24）。最终ZJ15 以碎块状强风化含砾石英砂岩为持力层，进入持力层深度10.40m，地表标高95.6m，桩底深度32.1m，有效桩长30.5m；ZJ23 以砂土状强风化含砾石英砂岩为持力层，进入持力层深度31.1m，地表标高99.1m，桩底深度36.7m，有效桩长33.6m。以上2 根桩进入持力层深度均满足专家意见的要求，同时桩底均进行高压注浆。桩基础混凝土达到强度要求后，对这2 根桩进行静载实验，为了检验桩的实际极限承载力，最大试验荷载取 22 000kN。对ZJ15、ZJ23 桩采用慢速法加载进行静载试验，最大加载量22 000kN，Q-S 曲线如图4 所示，静载试验结果如表2 所示。根据检测结果，两根试桩均达到了设计要求，且桩身均未产生破损。从Q-S 曲线可以看出，桩头总体沉降量小于4cm。在最大加载量22 000kN 加载时，曲线未出现陡降，这表明在最大加载量加载时，尚未达到极限状态，故两根试桩的单桩竖向抗压极限承载力均可取22 000kN，即设计所取的9 000 kN 特征值满足要求。

图4 Q-S 曲线

表2 静荷载试验结果

8 经验总结

根据本项目的桩基础选型经验，总结了以下几点，为类似项目的设计管控提供参考：

（1）地质勘察阶段确定桩基础选型

本项目场地有部分坡地，地质情况复杂。场地局部区域的杂填土层较厚，且碎块石含量高，粒径大。在地质初勘阶段，就与设计院分析比对了桩基础的选型，并确定了冲（钻）孔灌注桩为本项目最优桩型，并为后续施工招标及施工准备工作提供了坚实的依据，保证了项目的顺利推进。

（2）工程桩试桩阶段验证设计成果并进行修正

本项目的桩基础按最初设计采用中风化岩层作为持力层，在初次的试桩发现，中风化岩层埋深均在50～70m，且局部超过80m 以上，超过了机械的施工深度。如按原设计确定的持力层继续进行施工，工期和造价将大幅度的增加，且桩身质量无法保证，部分桩无法钻到中风化岩层，无法成孔。建设单位根据试桩情况，组织福建省的3 位专家对设计进行了修正，确定了碎块状强风化粉砂/含砾石英砂岩、砂土状强风粉砂/含砾石英砂岩可作为持力层，单桩承载力特征值仍可按桩身砼强度控制的方案，结合高压注浆施工工艺。经再次试桩并进行静载试验，最终试验结果均满足要求。

（3）大规模施工的管控

大规模施工过程中，对每根桩初次进入持力层的样品认定、进入持力层的深度、孔底的清渣验收极其重要。为了保证桩身质量，建设单位要求地质勘察单位派专人驻场协助持力层的样品认定及孔底的清渣验收工作。持力层的样品均留底并登记在册，孔底的清渣情况通过摄像机拍摄的影响由建设单位、监理及地质勘察人员一同认定，影像资料留底并登记在册。

9 结论

通过上述内容中对南平市某项目灌注桩基础情况分析，能了解该项工程的作业条件，经专业化工作队伍的组建，细化各部门工作内容与职责，既保证各环节中有具体负责人，又能在灌注桩设计管控环节中提出新要求、新标准，满足后续大规模施工要求，加大对桩基础质量的控制力度，采用精细化管理模式，动态化跟踪与管控，确保各项工作顺利验收，缩短周期，降低投资成本，创造良好的经济效益。同时，还开展了试桩工作，根据地质勘察结果确定桩基础类型，在试桩阶段修正设计结果，修正桩基础持力层，大规模施工与管控，保留持力层的样品，做好备案管理工作，为后期工程项目验收提供重要的参考依据，推进项目按时完成，节省2 000 万元的成本，充分说明灌注桩设计管控工作开展的必要性，强化我国建筑行业综合能力，推动经济发展。