某大型高层住宅基础选型及评价

某大型高层住宅基础选型及评价

1地层序界面特征位于深圳南头半岛西侧的填充区。拟建筑两座25层的高层住宅楼，采用框架墙结构，分层地下，采用预埋式钢筋混凝土地基。桩端承载力层是一种严重的花岗岩风化带。该场地在基础设计前进行了按常规孔距布孔的场地勘察,场地原始地貌为海漫滩,后经人工填土填高造陆并整平,场地内分布的地层自上而下为:①人工填土:褐黄、褐红、灰色,以粘性土为主,含部分建筑垃圾,松散状态,厚度1.5～4.0m;②海相淤泥:灰色,有机质含量5～10%,饱和,软塑～流塑状态,厚度0.5～4.5m,部分孔缺失;③海陆交互相有机质砂:灰色,饱和,松散～稍密状态,厚度0.4～3.0m,部分孔缺失;④残积砂质粉质粘土:褐黄、褐红、灰白色,由粗粒花岗岩风化残积而成,可塑～硬塑状态,标贯试验修正后击数为8～28击,厚度8.0～14.0m;⑤粗粒花岗岩全风化带:褐黄、褐红、肉红色,原岩结构清晰,岩芯呈土状,坚硬状态,标贯试验修正后击数30～49击,厚度2.0～7.0m;⑥粗粒花岗岩强风化带:褐黄、褐红、肉红色,原岩结构清晰,岩芯呈土柱状、砂砾状、碎块状,钾长石晶形完整,标贯试验修正后击数大于50击,厚度1.0～8.0m;⑦粗粒花岗岩中等风化带:褐红、肉红色,岩石较坚硬,厚度0.3～3.0m,部分孔缺失;⑧粗粒花岗岩微风化带:浅肉红色、浅灰色,岩石致密坚硬,揭露厚度3.0～5.2m。勘察报告显示本住宅楼场地内地层层序正常,场地23个钻孔中有4个钻孔遇微～未风化状态的风化孤石,孤石直径0.3～1.4m。该类风化孤石系在漫长的地质历史时期中因岩石组分的差异及裂隙不发育而抗风化能力强,从而残留下来的坚硬球状风化体,分布于残积土层中,分布无甚规律性。2住宅基础工程造价该工程基础选型时经业主与设计部门分析比较后选择采用打入式预应力管桩基础,选择此种桩型的主要理由是:(1)桩基础为成品桩,不需作桩的混凝土养护,施工工期短,可有效缩短业主投资回报周期;(2)基础工程造价较低;(3)管桩为工业化生产,产品质量稳定,基桩质量可控性强;(4)钻探显示本住宅楼场地所见风化孤石均为小直径的孤石,若打桩遇孤石影响沉桩时可按常规作近距离移位规避补桩处理,承台尺寸作适当调整即可满足设计要求。其他桩型如钻(冲)孔灌注桩、人工挖孔灌注桩由于造价较高、工期长、质量可控性相对较差或施工安全等方面因素而未被选用。3口桩设计入度该两栋住宅楼设计采用的预应力管桩为直径600mm的PHC桩,壁厚130mm,闭口桩尖,设计桩端持力层为粗粒花岗岩强风化带,单桩设计承载力3400kN,最后三阵贯入度要求为2～3cm/阵(每阵10击),每桩总锤击数一般不少于300击。桩基承台多为3～6桩承台,打桩机械为锤重62kN的筒式柴油锤打桩机。4补充勘查结果施工的大部分管桩桩端均达到设计持力层——粗粒花岗岩强风化带中,施工过程中孤石的问题是逐步显现出来的,有多根桩在沉桩过程中于浅部的残积土层中遇到风化孤石,为查清场地地质情况,为下一步的处理提供依据,遂决定在该类问题桩处进行补充勘察,补勘结果显示,桩位处地下存在大小不一的风化孤石,小者直径0.3～2m,而大直径的孤石在垂直向的直径为4～6m。按地区经验,孤石水平向的直径为垂直向的1.2～1.5倍,则小孤石在平面上的投影面积不大,而大孤石在平面上的投影面积则相当大。桩基施工单位与设计部门沟通后,对遇到的小直径孤石按常规做法作近距离移位规避补桩处理,并相应调整承台形状及尺寸,处理是有效的,但对大直径孤石的处理则颇为棘手。5桩顶承台厚度、平面尺寸、配筋量过有关部门经分析判断,大直径的孤石在平面上的投影面积相当大,若按常规作移位规避补桩处理时则桩与桩间的跨度将相当大,桩顶承台的厚度、平面尺寸、配筋量都将大大增加,桩的数量亦将显著增加,这从结构设计及经济的角度来讲都是不适合的。鉴于上述情况,经各方讨论,决定采用冲孔桩机于设计桩位处引孔,引孔直径1.2m,用冲孔锤打穿孤石后,孔内回填砂石混合料(用直径0.5～1cm的碎石与中粗砂配制而成)至地面,而后再打预制桩。6柴油锤击机装置按预定方案进行了6根桩的引孔作业,引孔深度在17～22m,引孔并回填级配砂石完毕后,打桩机就位进行管桩的沉桩作业。沉桩过程中发现,在引孔深度段中-上部(地面下10～15m范围内),管桩单凭自身重量或最多加上柴油锤的重量即可直接将管桩沉入地下,于下部则提起柴油锤自由落体(俗称“冷锤”)即可直接将管桩沉入地下,柴油锤不能爆发,管桩接近于零侧阻和零端阻状态,在到达引孔段底部老土层或风化岩层有较明显的端阻时,柴油锤才能爆发,长度在20～25m的桩总锤击数仅160～180击左右。由上述情况产生以下新问题及不良后果:(1)长20余米的管桩处于近桩底风化岩层段少量嵌固、其上大段桩身缺乏有效侧向约束的状态,无法获得基桩水平向的稳定及其工作状态,对基桩的竖向受荷亦将产生明显的不利;(2)桩的侧阻对承载力贡献太小,设计单桩承载力难以保证;(3)基桩垂直度难以保证。上述问题若不解决,所打的6根桩将无法使用,后续工作也无法进行。7新问题的分析与处理(1)充填级配砂现状经相关专业人员会诊分析,认为上述基桩事故是由以下因素造成的:1)引孔直径过大。引孔桩锤直径1.2m,实际成孔直径可达1.3m,管桩直径为600mm,管桩截面仅占引孔断面的21%,其余79%的环形空间内分布的为回填级配砂石,仅靠人工回填的级配砂石维持桩的侧向稳定并有效提供侧阻是很成问题的。2)未能有效回填级配砂石。回填前还曾有担心级配砂石回填于冲孔空间后桩还打不打得下去,但这种担心只能在一种理想状态有可能出现,即级配砂石完全地、密实地充填于冲孔形成的所有空间内,且周围土体也有相当大的密实度或抗剪强度,沉桩时无法挤出回填砂石。而实际调查显示,级配砂石的回填量仅占冲孔形成空间的50%左右或更少,冲孔时形成的高容重、高粘度且富含砂及粘土的沉渣占据了孔内一半左右的空间,这些沉渣呈极松散状态,但因容重大,沉在下面,无法被从孔口倒入的级配砂石替换掉。3)回填的级配砂石未采取密实化措施,而是悬浮于浓稠的泥浆中。4)未对级配砂石回填量即时监控,从而未能及早发现问题并采取措施。(2)高压旋喷注浆固结桩周环形空间内土体针对上述6根桩所出现的问题,有关方面决定采取灌浆处理,计划于桩周环形空间内等间距下入三根注浆花管,注入水泥浆液替出原有泥浆,并回填碎石填充桩周环形空间,形成水泥固结体。但实际操作显示,水泥浆液无法有效地替出环形空间内粘稠的泥浆与沉渣混合体,注浆花管也难以下到孔底,方案难以达到预期目的。鉴于上述情况,经各方讨论,最后只好采用造价较高的高压旋喷注浆处理,于桩周环形空间内按等腰三角形布置三个旋喷注浆孔,采用单层管旋喷与定喷相结合的方法,高压注浆固结桩周环形空间内的土体。高压旋喷注浆结束不到24小时即进行了重型动力触探(N63.5)试验,触探结果显示桩周水泥土体固结强度增长很快,注浆未到24小时触探击数即达2～3击/10cm,而未注浆的桩桩周环形空间内土体触探击数为0击(一锤下去数十厘米～1m),由此显示高压旋喷注浆对桩周环形空间内土体的处理效果是显著的,事故的处理是成功的。8桩基用冲孔锤引孔沉桩由本工程事故的处理过程我们可以得到一些经验教训与启示:(1)基础工程是一项复杂的工作,它牵涉到基础本身、场地地质条件、基础施工过程的管理监控等方方面面的因素,尤其是在复杂地质条件下的基础施工更有必要做好信息化施工管理,对现场工作及异常现象做好详细记录,发现问题应及时召集相关各专业技术人员联合分析、会诊,找出解决问题的妥善办法;对未经类似条件下工程实践证明的工法应通过试验性作业确定其可行性,试验过程应有详细的记录资料(这些记录资料均是判断该工法可行与否的重要依据),必要时尚应作相关的检测,而不应为赶工期而匆匆忙忙全面铺开,等后期发现问题再作处理则难度、工期、造价都将大大增加。(2)打入式预应力管桩基础单桩的总锤击数是一个很重要的指标,它间接反映出地层对管桩承载力的贡献程度,对设计单桩承载力高的基桩尤其如此。若同一场地某桩的总锤击数远小于其他桩的平均数时,不管施工条件有何不同,从单桩承载力的角度均应引起足够的重视与警惕。(3)风化孤石(球状风化体)是花岗岩地区残积土层中一种较典型的不良地质现象,此类孤石的分布往往没有规律性,在基础类型已确定为打入式预应力管桩的情况下,应做好施工过程的记录,发现存在风化孤石时应进行补充勘察,摸清场地地质条件,为下一步工作提供充足的资料。(4)大直径风化孤石的存在对于打入式预应力管桩的沉桩确实是一件颇为麻烦的事,在多数情况下采用冲孔锤引孔穿越是最实用的方法,引孔完成后进行回填亦是必须的,笔者认为,桩基用冲孔锤引孔沉桩需注意以下几个方面的问题:1)引孔直径不宜过大,直径过大需要人工处理的量就越大,额外造价也越高,不可控因素亦越多。一般引孔直径比管桩直径大10～20cm左右即可。2)引孔后如何回填,填何种材料,填后达到什么要求,这些都是处理前应预先考虑的。3)于本工程条件下的回填可考虑采用如下方法:①振冲法:引孔完成后将孔内稠泥浆替出,回填碎石料(可采用直径0.5～1cm的碎石),下入