談混凝土灌注樁的設計及施工注意事項

安 健

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

談混凝土灌注樁的設計及施工注意事項

安 健

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

以某單位職工高層商住樓為例，結(jié)合其具體工程概況，介紹了混凝土灌注樁的設計要點，并針對灌注樁施工中出現(xiàn)的常見問題提出了具體的解決措施，以保證樁基的施工質(zhì)量。

混凝土灌注樁，土層，設計，樁基

1 灌注樁工程設計

1.1 工程概況

該工程為山西太原市東中環(huán)路以東某單位職工高層商住樓，主樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上33層，裙房地上2層，建筑總長度61.125 m，總寬度52.400 m。建筑場地為Ⅱ級自重濕陷性黃土，基底下濕陷性土層厚度為10 m，以下各土層均為粉質(zhì)粘土。綜合考慮本工程采用鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，對于濕陷問題初定為兩個方案，方案一是灌注樁直接穿透濕陷性土層，濕陷性土層不另作處理，另一方案是先采用素土擠密樁處理濕陷土層，濕陷完全處理后打鋼筋混凝土灌注樁。經(jīng)對技術(shù)經(jīng)濟安全性綜合分析，采用處理濕陷性土層后打灌注樁的方案，因在造價相當?shù)那闆r下，此方案可以考慮處理后土層為單樁承載力提供摩阻力，從而減小樁的長度，也從根本上消除了濕陷性土層對建筑物存在的不確定的安全隱患。

1.2 樁基設計

1)樁徑、樁距、樁長的選取。

根據(jù)地質(zhì)報告基底以下土層分布如表1所示(黃土為處理后的濕陷土)。

表1 土層參數(shù)表

根據(jù)《建筑樁基設計規(guī)范》要求，灌注樁間距應大于3倍樁徑，樁基進入持力層深度為3倍～5倍樁徑，樁徑取0.7 m，考慮到主體結(jié)構(gòu)剪力墻長度大部分為4 m～6 m，為使樁盡量布置在剪力墻下，減小承臺梁板內(nèi)力，樁距取2.1 m～3 m，根據(jù)上部建筑的荷載、樁徑、樁距、土層等經(jīng)初步計算樁長取31.2 m。

2)基樁承載力的計算及平面布樁。

由計算公式Quk=u∑βsiqsiklgi+βpqpkAp得:

Quk=3.14×0.70×(10.10×40×1.4+19.1×65×
1.4+2×80×1.5)+2.2×1 800×3.14×0.352=7 114 kN。

單樁極限承載力標準值?。篞uk=7 100 kN。

單樁豎向承載力特征值取：Ra=Quk/2=3 550 kN。

因工程工期、場地問題甲方要求不再單獨做樁底樁側(cè)土破壞的試樁確定單樁承載力，本工程先以經(jīng)驗參數(shù)法估算單樁豎向極限承載力來布樁，待工程樁完成后取預先設定的三根試樁進行靜荷載試驗檢驗，試樁達到工程樁豎向極限承載力再加兩級荷載即可，試樁要求極限承載力Quk=7 100/0.8=8 875 kN。若試樁沒有破壞可以當作工程樁使用，應考慮該試樁承載力的折減。布樁時，為使整體樁位形心盡量與上部結(jié)構(gòu)的重心重合，先按局部荷載與局部樁中心重合的原則進行布樁，完成布樁后取上部結(jié)構(gòu)荷載的標準值除以單樁特征值核對總樁數(shù)。

3)配筋計算。

本工程基底埋置較深，周邊土體及地庫對地下室有很好的約束，樁可不考慮抗拔和水平地震作用，配筋按《建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》《建筑樁基設計規(guī)范》的構(gòu)造規(guī)定：樁身配筋率為0.2%～0.65%(小直徑取大值)，而《混凝土設計規(guī)范》規(guī)定受壓構(gòu)件全部配筋率為0.6%，所以工程樁全部縱筋取16根φ14，配筋率為0.64%，滿足要求，考慮軸向荷載的傳遞特征及荷載性質(zhì)，且無軟弱土層和液化土層，其中縱向受力筋的1/2沿樁身通長配置，另外1/2按樁長2/3配置。箍筋為8@100/200，樁頂5d范圍加密為8@100。每隔2 m設一道Φ12焊接加勁箍筋。

4)樁身強度計算。

樁身的混凝土強度計算應取上部結(jié)構(gòu)荷載的設計值，為計算方便簡單，單樁豎向承載力設計值Q與單樁豎向承載力特征值Ra的比值按1.35考慮，工程樁混凝土強度計算為：fc=Q/(φψcAps)=1.35×3 550/(0.8×3.14×0.352)=15.57 N/mm2。

由《混凝土設計規(guī)范》表4.1.4得C35的設計值為16.7 N/mm2,所以樁身混凝土強度等級取為C35，試樁樁身的混凝土強度計算：

fc=Q/(φψcAps)=8 875/(0.8×3.14×0.352)=28.84 N/mm2。

由《混凝土設計規(guī)范》表4.1.3得C45的標準值為29.6 N/mm2,試樁樁身混凝土強度等級為C45。

5)后壓漿技術(shù)的應用。

為提高樁承載力，減小樁頂沉降量，結(jié)合本工程樁端、樁側(cè)土層的土質(zhì)情況，本工程適合采用后注漿技術(shù)，設計計算注漿量:

Gc=αpd+αsnd=2.2×0.7+0.5×2×0.7=1.54+0.7=2.24 t。

取樁底約為2.0 t,樁側(cè)約為1.0 t。注漿導管采用φ20鋼管，樁底兩根，樁側(cè)兩道，規(guī)范要求距樁底5 m～15 m，樁頂約8 m以下，每隔6 m～12 m設一道注漿閥，本工程樁樁側(cè)在距樁頂8 m,18 m設兩道注漿閥，注漿材料為P.S32.5水泥，樁端注漿壓力應根據(jù)土層性質(zhì)、注漿點深度來確定，對本工程為非飽和粉質(zhì)粘土，注漿壓力取3 MPa～10 MPa。通過樁的檢測報告分析，后壓漿明顯改善樁端樁側(cè)土的持力層條件，單樁承載力有明顯提高，試樁的沉降量也很小。

6)主裙房基礎(chǔ)的沉降計算及變剛度調(diào)平設計。

本工程帶有兩跨兩層裙房，因高層主體采用樁基，為減小差異沉降，裙房采用剛度相對弱化的天然地基和混凝土獨立基礎(chǔ)，并要求在主體完成后沉降基本穩(wěn)定后再做裙房施工，如主體部分封頂完成后繼續(xù)沉降，裙房施工應留置后澆帶。

2 樁基施工應注意事項

灌注樁成孔方法有人工挖孔、機械沉管成孔、機械鉆孔等。機械鉆孔泥漿護壁成孔應用較多，而水下混凝土施工是樁質(zhì)量控制的關(guān)鍵，個人對泥漿護壁灌注樁水下澆筑混凝土注意事項總結(jié)為以下幾點：

1)水下澆筑混凝土方法。

鉆孔灌注樁一般采用泥漿護壁成孔，鋼筋籠吊裝完成后立即進行二次清孔，然后將端頭帶有隔水球膽導管插入距孔底300 mm～500 mm，將一定儲備量的混凝土一次灌入導管，混凝土將壓出隔水球膽且將導管埋入灌注面以下一定深度，初次埋入不小于0.8 m，混凝土連續(xù)灌注時在導管內(nèi)外形成高差而使混凝土灌注面不斷上升，這時導管埋入深度亦為2 m～6 m，孔內(nèi)泥漿隨著混凝土灌注面上升而排出，直至樁體全部澆筑完成。水下澆筑混凝土是隱蔽施工，必須由專人控制澆筑速度、導管埋入深度、提管速度、管內(nèi)外混凝土高差等，確保混凝土澆筑質(zhì)量。

2)導管堵塞或?qū)Ч馨慰铡?/p>

導管堵塞是水下灌注混凝土常見的問題，主要原因是混凝土坍落度小、流動性差，混凝土發(fā)生離析，混凝土澆筑到管端因?qū)Ч軆?nèi)外壓力差變小發(fā)生堵塞，施工人員沒有充分的工序準備就急于澆灌，澆筑時也不檢測混凝土的坍落度、流動性。導管一旦堵塞插管會嚴重影響混凝土的澆筑質(zhì)量。為防止堵塞，除了加快澆筑速度外，施工前應嚴格培訓工人操作工藝和施工工序，澆灌前根據(jù)孔深計算確定導管的搭配，灌注過程中及時測出混凝土面的上升高度，嚴格控制導管的埋置深度、拔管的速度并及時拆卸導管，也可不間斷緩緩地上下抖動導管。導管堵塞無法灌注或者工人操作不當導管拔空需要重新插管，必須抽掉導管里的水或?qū)Ч艿锥思痈羲w閥然后插入才可以繼續(xù)灌注混凝土。

3)正確控制后壓漿壓力和注漿量。

近年來注漿技術(shù)得到了成熟和廣泛的應用，其工程機理是水泥漿通過預設于樁身內(nèi)的注漿管和與之相連的注漿閥壓入滲透到樁端及樁周的土層中，高壓漿液使松質(zhì)的土層固結(jié)、填充、壓密，形成承載力較高的新加固土層，其與灌注樁的有機結(jié)合明顯地提高了灌注樁的承載力，也對樁底沉渣、樁側(cè)縮頸、泥皮等缺陷進行修補。后注漿時間一般于成樁達到一定強度后開始，注漿順序應按場地土質(zhì)特性確定，一般對于飽和土的復式注漿宜為先樁側(cè)后樁端，對于非飽和土先樁端后樁側(cè)；多斷面樁側(cè)應先上后下。注漿壓力及注漿量應按設計要求范圍調(diào)整，一般情況下樁端后注漿的完成以注漿量來控制，壓力過大會擾動樁周土層或?qū)扼w破壞，或使樁體上浮；樁端注漿終止壓力達不到設計要求壓力，而已達到設計要求的注漿量時可以停止注漿。

4)鋼筋籠上浮。

混凝土灌注時鋼筋籠有時會出現(xiàn)上浮，原因之一是混凝土粗骨料所占比例大，混凝土在導管內(nèi)下落過程中發(fā)生離析，當灌注到鋼筋籠底端時由于鋼筋籠的主筋和箍筋密致使難以插入導管翻出發(fā)生離析的混凝土，鋼筋籠會受混凝土的反沖力托動上??；也可能因混凝土初凝時間短，澆筑上升一定高度時澆筑面開始凝固，和鋼筋籠凝固在一起的表層混凝土會攜帶鋼筋籠上浮。以上情況下可以通過加快灌注速度、減小混凝土骨料粒徑、調(diào)整初凝時間、更好地固定鋼筋籠、保證導管與鋼筋籠間隙要求且互無掛帶等等方法來解決。

3 結(jié)語

混凝土灌注樁是高層建筑最常用的一種基礎(chǔ)型式。尤其鉆孔施工方法能適應各種復雜地層，而且施工速度快，對周邊建筑物影響也小，但成孔必須為泥漿護壁，成孔尺寸無法直接實測實量；混凝土為水下澆筑，靠自身重力密實，混凝土質(zhì)量不易控制；樁出現(xiàn)缺陷補救困難，費用高。樁基一旦出現(xiàn)質(zhì)量事故將影響整個工程質(zhì)量，會給甲方造成巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。所以設計人員必須綜合考慮場地成孔的可行性、當?shù)厥┕ぜ夹g(shù)條件并且參考已建成的工程再作出合理的設計，同時建設施工單位應該加強管理，嚴格控制每一道工序，出現(xiàn)問題及時補救確保樁基施工的質(zhì)量。

[1] 張忠苗.灌注樁后注漿技術(shù)及工程應用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基設計規(guī)范[S].

[3] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范[S].

[4] GB 50010-2010，混凝土設計規(guī)范[S].

Discussion on bored concrete pile design and construction matters

AN Jian

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan 030013, China)

Taking one staff high-rise residential building as an example, combining with specific engineering conditions, the paper introduces bored concrete pile design points, and puts forward specific solving measures to common construction problems, with a view to guarantee the pile foundation construction quality.

bored concrete pile, soil layer, design, pile foundation

1009-6825(2014)36-0065-02

2014-10-20

安 健(1977- )，男，工程師

TU473.14

A