某地下車庫抗拔樁優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析

孟 華

(上海鐵路房地產(chǎn)開發(fā)經(jīng)營有限公司，上海 200070)

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某地下車庫抗拔樁優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析

孟 華

(上海鐵路房地產(chǎn)開發(fā)經(jīng)營有限公司，上海 200070)

根據(jù)某地下車庫樁基施工中遇到的困難，重新調(diào)整和計(jì)算了抗拔樁的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)和豎向承載力，并通過現(xiàn)場試樁靜載荷試驗(yàn)，重新確定了實(shí)際的樁基承載力，據(jù)此優(yōu)化和調(diào)整了樁基設(shè)計(jì)方案，最終節(jié)約了工程造價，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

抗拔樁，樁基，靜載荷試驗(yàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 工程概況

某定銷商品房項(xiàng)目位于江蘇省昆山市312國道附近，原為農(nóng)場，周邊無重要保護(hù)建筑和道路，項(xiàng)目設(shè)有1層地下車庫，埋深約5.0 m。由于區(qū)域地下水水位較高，根據(jù)規(guī)范地下車庫具有抗浮設(shè)計(jì)要求，在抗浮設(shè)計(jì)中采用樁進(jìn)行抗浮最為普遍，抗拔樁的選型主要根據(jù)工程地質(zhì)條件情況，施工條件和周圍環(huán)境等來確定[1]，一般而言，抗拔樁可選用灌注樁或預(yù)制樁。結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，擬采用ZH-45-16C預(yù)制實(shí)心方樁作為抗拔樁，采用錘擊施工， 樁頂絕對標(biāo)高為-2.40 m，樁端持力層選擇第⑦層粉質(zhì)粘土，工程樁有效樁長為16.0 m，單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值為600 kN，總樁數(shù)為1 487根。

2 擬建場地工程地質(zhì)條件

根據(jù)該項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，擬建場地地貌形態(tài)單一，地貌單元屬長江三角洲沖積平原，場地地形平坦，一般地面標(biāo)高在1.36 m～2.68 m之間。根據(jù)地基土的成因、年代及物理力學(xué)性質(zhì)，場地勘察范圍內(nèi)的土體主要為第四系沉積物，主要為粘性土、淤泥質(zhì)土、粉土，本場地土層分布情況如表1所示，場地典型地層及靜力觸探(Ps)曲線如圖1所示[2]。

表1 場地地層參數(shù)表

3 原抗拔樁設(shè)計(jì)及施工

根據(jù)樁基參數(shù)及地層條件，設(shè)計(jì)單位參照J(rèn)GJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范第5.4.5和第5.4.6條規(guī)定，單樁豎向抗拔樁承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算公式如下[3]：

Nk≤Tgk/2+Ggp=(∑λiqsikuili)/2+Ggp。

以圖1的地層條件為例，計(jì)算本工程的單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值為610 kN，原樁基設(shè)計(jì)方案可滿足地下車庫抗浮需要，符合規(guī)范要求。通過審圖后現(xiàn)場開始實(shí)施工程樁施工，樁基施工采用的是錘擊施工。在初始沉樁過程中，發(fā)現(xiàn)沉樁十分困難，無法沉樁到位，部分樁頭破損，先行施工的10組工程樁均有5.0 m～6.0 m樁長無法貫入到設(shè)計(jì)標(biāo)高，考慮到工程風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場停止施工。

4 抗拔樁優(yōu)化設(shè)計(jì)

為確保本工程順利開展，建設(shè)單位邀請相關(guān)參建單位及咨詢單位對該地下車庫的抗拔樁施工提供建議，并對抗拔樁設(shè)計(jì)進(jìn)行咨詢工作，以確定合理的樁型及樁長，控制好工程風(fēng)險(xiǎn)。

通過分析場地工程地質(zhì)條件和結(jié)合類似工作經(jīng)驗(yàn)，各方一致認(rèn)為擬建場地淺部土層主要以軟～可塑的粘性土、流塑的淤泥質(zhì)土為主，第⑤層土以上的土層沉樁困難不大，但由于第⑤層主要為中密狀的粉土，第⑥層主要為中密狀的粉砂，原設(shè)計(jì)抗拔樁樁長16.0 m，需穿越第⑤層土和第⑥層土，進(jìn)入第⑦層土約5.0 m以上，這樣沉樁就會遇到較大阻力，沉樁會十分困難，出現(xiàn)樁基無法貫入到設(shè)計(jì)標(biāo)高的現(xiàn)象是正常的，一般此類情況可考慮引孔施工，但引孔施工造價較高且有可能造成樁側(cè)摩阻力損失，有一定的工程風(fēng)險(xiǎn)，建議根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整樁基設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告中給出的各土層中預(yù)制樁樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值、樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值以及抗拔承載力系數(shù)，這些參數(shù)都是符合規(guī)范要求的。

由于地基土為非均質(zhì)體，均勻性差，土性變化較大， 土體力學(xué)性能指標(biāo)較為離散，規(guī)范推薦參數(shù)時綜合考慮了不同場地的統(tǒng)計(jì)變異系數(shù)，并使單樁承載力計(jì)算具有統(tǒng)計(jì)意義上的保證率[4]。為保證有較高的可靠度， 現(xiàn)行勘察規(guī)范規(guī)定的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)取值和據(jù)此估算確定的樁基承載能力，一般均小于樁基實(shí)際具有的承載能力。這一點(diǎn)得到了大量驗(yàn)證性試樁成果和一定數(shù)量破壞性試樁成果(以獲取樁的實(shí)際承載力為目的的樁基承載能力檢測試驗(yàn))的驗(yàn)證。另外，地基土樁基承載能力與具體樁基方案有一定相關(guān)性，如樁端土端阻力的發(fā)揮與樁端進(jìn)入持力層深度有關(guān)，而樁端阻力的發(fā)揮又對樁側(cè)土側(cè)阻力的發(fā)揮有一定影響?？紤]到此類影響，根據(jù)現(xiàn)場初始的沉樁數(shù)據(jù)，按勘察報(bào)告提供的參數(shù)估算的單樁豎向承載力有一定潛力可挖，從實(shí)踐中看，根據(jù)土體原位測試指標(biāo)如靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果等并結(jié)合類似工程試樁成果，可適當(dāng)優(yōu)化并提高各土層的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)[5]。

JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范的第5.3條第2款規(guī)定，可根據(jù)靜力觸探資料確定預(yù)制樁的單樁豎向極限承載力，預(yù)制樁樁側(cè)極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可按下列公式確定：

粘性土：

當(dāng)Ps≤1 000 kPa時，fs=Ps/20；

當(dāng)Ps>1 000 kPa時，fs=0.025Ps+25。

粉性土及砂土：

fs=Ps/50。

根據(jù)上述規(guī)范公式，咨詢單位建議本項(xiàng)目抗拔樁樁基深度范圍內(nèi)的土層的單樁豎向承載力計(jì)算參數(shù)可按表2取值，同時樁長由16.0 m減短為10.0 m，布樁形式和樁基數(shù)量不變，以減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和審圖工作量。

表2 建議樁基參數(shù)計(jì)算表

參照規(guī)范公式，仍以圖1的地層條件為例，優(yōu)化后的單樁抗拔樁承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算為617 kN，樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)方案可滿足地下車庫抗浮需要，也符合規(guī)范要求。為了準(zhǔn)確確定該工程抗拔樁的豎向抗拔承載力，各方一致建議本工程應(yīng)通過現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)來確定優(yōu)化后的單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值，以確保工程安全。

5 試樁檢測及樁基優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)本工程巖土工程勘察報(bào)告，整個場地內(nèi)地層分布相對比較穩(wěn)定，現(xiàn)場試樁共設(shè)6組，在場地均勻布置，試樁樁型與原設(shè)計(jì)一致，為方便后期試樁靜載荷試驗(yàn)，試樁樁長加長至14.0 m，即樁頂絕對標(biāo)高為+1.60 m，確保工程樁有效樁長為10.0 m，考慮到上部4.0 m土層的側(cè)摩阻力，試樁最大抗拔加載量取1 500 kN。

試樁施工滿足休止期28 d后，檢測單位采用慢速維持荷載法在現(xiàn)場進(jìn)行了樁基靜載荷試驗(yàn)，6組試樁的U—δ曲線如圖2所示[6]。

試樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，6組試樁在加荷至1 500 kN時，相應(yīng)累計(jì)上拔量均小于10.0 mm，樁頂位移均達(dá)到相對穩(wěn)定，因此根據(jù)規(guī)范判斷，6組試樁的單樁豎向抗拔極限承載力均不小于1 500 kN?？紤]到試樁上部還有4.0 m的土層，扣除上部4.0 m的土層側(cè)摩阻力后，試樁的單樁豎向抗拔極限承載力不小于1 300 kN，即優(yōu)化后的抗拔樁單樁豎向抗拔承載力設(shè)計(jì)值取600 kN是可以滿足抗浮需要的。

根據(jù)試樁檢測結(jié)果，設(shè)計(jì)單位重新調(diào)整了樁基設(shè)計(jì)圖紙并通過審圖，現(xiàn)場隨即按優(yōu)化后的樁長進(jìn)行大面積工程樁施工，沉樁順利未再出現(xiàn)沉樁不到位現(xiàn)象。

本工程抗拔樁經(jīng)過優(yōu)化，在樁基布置形式和總樁數(shù)1 487根不變的情況下，樁長由16.0 m減短為10.0 m，共可節(jié)約工程造價285萬元左右(ZH-45-C型實(shí)心方樁綜合單價按320元/m計(jì)量)，節(jié)約比例37.5%，經(jīng)過優(yōu)化，該項(xiàng)目取得了十分可觀和直接的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語

1)抗拔樁的選型應(yīng)綜合考慮場地的工程地質(zhì)條件，施工條件和周圍環(huán)境等各類影響因素，以確定合理的樁型及樁長。

2)根據(jù)勘察資料確定的樁基承載能力，一般均小于樁基實(shí)際具有的承載能力，實(shí)際工程中可根據(jù)土體原位測試指標(biāo)并結(jié)合類似工程試樁成果，適當(dāng)優(yōu)化和提高各土層的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，有利于節(jié)約工程造價。

3)對于地層條件復(fù)雜或項(xiàng)目要求特殊的樁基工程，應(yīng)通過現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)來確定樁基的實(shí)際承載力，以確保工程安全。

[1] 陳 艷.淺談抗浮樁、灌注樁與預(yù)應(yīng)力管樁的優(yōu)缺點(diǎn)[J].價值工程，2015(25)：143-145.

[2] 江蘇省第二地質(zhì)工程勘察院.昆山正儀林場定銷商品房項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告(詳勘)[R].2011.

[3] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[5] 陳紅玲，謝富仁，曹慶霞.樁基優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2014，41(7):70-72.

[6] 昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心.昆山正儀林場定銷商品房項(xiàng)目抗拔樁檢測報(bào)告[R].2013.

Optimum design and analysis of uplift pile in an underground garage

Meng Hua

(ShanghaiRailwayRealEstateCo.,Ltd,Shanghai200070,China)

Based on the difficulty of the pile foundation construction in an underground garage project, readjusts and calculates the pile foundation design parameter and the capacity of the uplift pile, based on the static load test of the test pile, the true capacity of uplift pile is redefined and the pile design is optimized and adjusted. At last, the cost is reduced and this project has made the good economic benefits too.

uplift pile, pile foundation, static load test, optimum design

1009-6825(2016)31-0087-03

2016-08-22

孟 華(1978- )，男，工程師

TU473

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