人工挖孔樁在高層建筑中的應用

人工挖孔樁在高層建筑中的應用

自20世紀80年代中期手動挖孔樁以來，單條承受能力高，施工質(zhì)量容易控制和監(jiān)控，適應地形變化大、設(shè)備方便、施工進度快的情況，可在滲流阻力控制的情況下穿透硬層。此外，由于其人工成本低、施工成本高的特點，大量的高層建筑和單柱人工挖孔樁基礎(chǔ)工具被廣泛使用。建成于1985年的53層“深圳國際貿(mào)易中心大廈”,高160m,采用支于硬質(zhì)微風化巖的人工挖孔樁基礎(chǔ)。據(jù)1994年前竣工的100幢高層建筑統(tǒng)計,采用人工挖孔樁基礎(chǔ)的占20%。我省在廈門、泉州、三明等地采用人工挖孔樁的高層建筑,占相當大的比例。近年來,據(jù)說出于某種人為的原因,人工挖孔樁在我省南部地區(qū)甚少采用。本文在闡述人工挖孔樁技術(shù)上具備獨特優(yōu)點的同時,還將對該種樁基設(shè)計的若干問題進行評述,并提出改進建議。為使論述具體形象,本文引用一項已施工完成的工程設(shè)計作為參照。1工程地質(zhì)條件廈門××大廈系由兩座對稱布置的高層商住樓組成,地上36層,地下2層,總建筑面積約7萬m2。該樓場地地貌屬山前緩坡,地層及其主要性狀見表1,典型地質(zhì)剖面見圖1。除了筒體下采用群樁基礎(chǔ)外,其余均為樁下單樁基礎(chǔ)。單座布樁見圖2,樁與承臺參數(shù)見表2。基樁以微風化花崗巖為持力層,樁底深入該層≥1.0m。本工程已于1998年竣工。建筑物的沉降近于樁身的彈性壓縮。2多層孤石樁型如圖1,本例場地下的主要地層是花崗巖殘積粉質(zhì)粘土層?？倲?shù)20個勘探孔中有14孔在不同深度揭示一處或多處大小不一的孤石,出現(xiàn)比例達70%。表3列出各鉆孔揭示的微風化孤石表面埋藏深度和孔內(nèi)厚度。一孔揭示多層孤石時,僅列出厚度最大者。表列孤石孔內(nèi)厚度最大達3.9m,最小0.6m,平均2.2m。這種微風化孤石足以使任何一種自其邊緣打入或壓入的基樁以及沖鉆孔基樁產(chǎn)生嚴重偏斜,如不發(fā)生偏斜,則難于甚至無法穿透?？梢灶A料的前景不是大量補樁,便是改變樁型。這種地層在閩南地區(qū)頗為多見。22層的漳州片仔癀科技樓場地中埋藏更多層的孤石,也只好采用人工挖孔樁。圖3是該樓穿越多層孤石的人工挖孔圍護樁的照片。由此得出的啟示是:在廣泛分布殘積土中孤石的場地,人工挖孔樁幾乎是唯一合理的樁型。近年曾有地方建設(shè)行政主管部門頒文禁用人工挖孔樁,使得一段時間內(nèi)這種樁型幾乎銷聲匿跡。這給同類場地的樁基正確選型帶來了難以解決的困難。3基于堆疊的設(shè)計評論和改進本題之下論述兩個問題,即發(fā)揮擴底優(yōu)越性與正確確定樁身最低配筋率。3.1樁芯直徑及計量挖孔樁在造價上的優(yōu)勢在于通過擴頭(圖4虛線),既能充分利用樁的端阻力,又可減少樁身砼量。對嵌入硬質(zhì)巖石的端承樁尤其如此。本工程采用等徑樁(圖4實線)是不經(jīng)濟的。利用現(xiàn)代受控爆破技術(shù)完全可以在樁底形成擴大端。在充分考慮到不利條件之后,改進設(shè)計后的樁芯直徑為d2,擴底直徑d1(圖4虛線),取d1=1.15d2。d1同原設(shè)計樁芯直徑?。對樁底位于殘積土中的ZH5樁不做擴頭。按樁表(表2)ZH1～ZH4的樁數(shù)為ni,原改進設(shè)計d1i=?i,改進設(shè)計的d2i=?i/1.15。含擴大段>1.0m的平均樁長L=18.0m?？紤]成孔直徑為設(shè)計芯徑d+2×0.15m,則樁斷面分別為Ai=0.785(0.3+di)2,則樁的砼方量為:計算表明,僅此一項即可節(jié)省砼量達25%。考慮到擴頭15%后,樁芯砼級別將從C30提高至C40。相應的水泥用量增加將導致造價增加。兩者相抵可節(jié)省樁基砼的費用約20%(鋼筋另計),粗估可降低造價約24萬元。3.2灌注樁的配筋設(shè)計本工程設(shè)計于《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-94)頒行之前,但建成于頒行之后。灌注樁樁身的配筋率一直是人們較少關(guān)注的問題。雖然規(guī)范規(guī)定有變動,因襲思維定勢,人們?nèi)菀装磁f慣例處理問題,因此有必要回顧這一規(guī)定的變化過程:a)JGJ4-80的規(guī)定:直徑300～600mm的灌注樁縱筋的配筋率為0.65%～0.4%;b)GBJ7-89規(guī)定:灌注樁的最小配筋率當承壓時不宜小于0.2%,受彎時不宜小于0.4%;c)JGJ94-94規(guī)定:當樁身直徑為300～2000mm時縱筋配筋率為0.65%～0.2%。從內(nèi)容上看,有關(guān)這一問題的規(guī)定,三本規(guī)范互相補充,并行不悖。從邏輯上看,后頒規(guī)范條文如與前頒規(guī)范不相矛盾的話,前頒規(guī)范的條文仍可參考?；谶@種認識,上文JGJ4-80的規(guī)定適用于抗震設(shè)防烈度不超過7度(含7度)的低承臺樁,即為GBJ7-89的受壓的樁,亦即JGJ94-94的一般的樁。基于這種認識灌注樁縱筋的配筋率可按以下三點連成的曲線內(nèi)插取值,即:用對數(shù)座標繪成d-μ曲線如圖5。基于以上認識,本實例工程按7度抗震設(shè)防,受力計算未對樁身配筋提出特定要求,故其配筋率適用于圖5曲線。改進設(shè)計按圖5內(nèi)插計算ZH1～4的平均μ=0.240%,縱筋總重約38t;原設(shè)計平均配筋率約為0.515%,同比縱筋總重約82t。改進設(shè)計約可節(jié)省15萬元。綜合3.1與3.2的評述與估算,設(shè)計稍作更動,完全符合規(guī)范要求,即可節(jié)省造價近40萬元。這里還不包括對嵌巖深度和配筋長度的評述和改變。4樁中至承臺邊距離由于早期建筑基樁一般d≤600mm,很少見到d>800mm的,所以曾有樁中心至承臺邊的距離不小于1d的規(guī)定。其意義是使得偏位值在容許范圍內(nèi)的樁的主筋得以正常錨入承臺。JGJ94-94的4.2.1.4款對柱下單樁基礎(chǔ),只要求“宜按連接柱、連系梁的構(gòu)造要求將連系梁范圍內(nèi)樁的圓形截面改為方形截面”。當然其前提是柱的偏位應在容許范圍內(nèi),且樁帽(即單樁承臺)尺寸應滿足柱底鋼筋的錨固要求。近幾十年來的工程實踐已出現(xiàn)許多樁徑達2m左右的基礎(chǔ),因此不宜繼續(xù)墨守早期規(guī)范有關(guān)樁中至承臺邊距離為1倍樁徑的規(guī)定,見圖6(a)。本設(shè)計經(jīng)斟酌后已對此作了修改,見圖(6b),改進后的設(shè)計較合理。即對大直徑樁取樁邊至承臺邊距離為200～300mm。問題在于目前還有不少設(shè)計仍沿用舊規(guī)定,所以應該提出評述。另外,本工程修改后的設(shè)計中的配筋仍有值得商確之處。該設(shè)計對樁帽配置了“鼠籠式”的三向鋼筋,以期加強。其實如果把承臺與底、柱、連系梁,對本例還有底板的鋼筋全部示出,就容易理解,樁帽處節(jié)點的約束是足夠強大的,見圖(6c),布置于承臺外表面的鋼筋在受力上是無用的,且對施工是不便的。因此只配設(shè)承底底面的構(gòu)造筋以改善接觸面受力條件是合理的,見圖(6c)。僅計算ZH1、4、5,用圖6(c)設(shè)計取代圖6(a),本工程將節(jié)省砼286m2,鋼筋16.4t,粗估可節(jié)省造價14萬元,而且方便施工。所以圖6(c)的設(shè)計是值得提倡的。5補連塔樁的擴底及鋼筋率5.1人工挖孔樁天然具有許多技術(shù)長處,又符合國情,在埋藏孤石的花崗巖殘積土中具有難以取代的技術(shù)優(yōu)勢,故不但不宜禁止,而且應提倡與推廣應用。5.2對人工挖孔嵌巖樁,當持力層為硬質(zhì)巖石時,建議適當進行擴底以減少樁芯砼工程量。與此同時應適應當提高樁芯砼強度,以期做到既經(jīng)濟又安全。5.3挖孔樁系大直徑灌注樁,其配筋率當樁徑為?600～2000mm時