对高层建筑采用不同持力层的分析

黄经安

(福建华东岩土工程有限公司 福建福州 350003)

对高层建筑采用不同持力层的分析

黄经安

(福建华东岩土工程有限公司 福建福州 350003)

本文根据国家和地区规范、规程的相关规定，对福建省肿瘤医院诊疗中心大楼(26层，高99.9m)冲孔灌注桩持力层选用合理性进行计算。通过计算结果可知，采用不同风化岩层作为桩端持力层，在不同桩长的条件下，其单桩竖向极限承载力相近的结论，并经过沉降验算，沉降量满足规范要求。

冲孔灌注桩；持力层；桩侧、桩端阻力标准值；单桩竖向极限承载力；沉降预测

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1 工程概况

福建省肿瘤医院诊疗中心大楼总建筑面积77177.1m2，为26层，高99.9m，地面整平标高为7.25m，设计拟采用直径为1.2m的冲孔灌注桩，桩身采用C35混凝土，要求单桩竖向承载力特征值为7200KN。根据岩土工程勘察报告，场地地质条件复杂，碎裂状强风化花岗岩厚度1.1～32m，顶板标高为-52.02～-25.88m；中风化花岗岩顶板标高-75.07～-37.90m。该工程桩端持力层若采用中风化基岩，进入持力层深度1.0m，则冲孔桩桩长为46.15～83.32m，且需穿过厚度达32m的碎裂状强风化岩，施工过程中会出现成孔困难，沉渣难以控制等问题。鉴于此，结合场地工程地质条件，建议工程最优方案采用中风化基岩与碎裂状强风化岩相结合作为桩端持力层，但两者之间桩端极限阻力标准值和桩基总沉降量存在差异较大关系，本文通过以下几个方面进行论述和分析建议方案的合理性。

2 冲孔灌注桩的定义

冲孔灌注桩竖向承载力主要是靠桩侧摩擦阻力和桩端阻力组成，且随着桩的入土深度的增加，桩身的轴力逐渐减少，因此在一定范围内桩身有效长度越长，对提高桩基承载力有明显的作用。桩基设计应符合下列规定：①作用于桩上的荷载应按正常使用极限状态下的标准组合，进行单桩承载力验算；②单桩承载力特征值的确定：地基基础设计等级为甲、乙级的冲孔桩，单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载试验确定。并通过测试结果建立极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值与土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强度以及与静力触探等土的原位测试指标间的经验关系，以经验参数法确定单桩竖向极限承载力。③桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。④桩基沉降不得超过建筑物的沉降允许值。⑤施工时孔底沉渣厚度不应大于50mm。

3 碎裂状强风化岩和中风化岩桩基设计参数取值

本工程取碎裂状强风化岩进行点荷载试验，对中风化岩进行饱和抗压试验。其试验数据统计见(表1)：

表1 岩石室内试验数理统计表

从(表1)统计结果并根据国标《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)中岩石坚硬程度分类，碎裂状强风化岩属于软岩，中风化岩属于较硬岩；本工程中风化花岗岩的RQD介于25.6～55.9%之间，根据国标《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)，场地岩石工程性质分类属差类。

根据国标《建筑桩基技术规范》(JG J94-2008)对于嵌岩桩，在岩体完整、较完整情况下，桩端阻力采用“抗压强度标准值”和“综合系数ζr”确定。本场地岩石工程性质分类属差类，节理裂隙发育，岩体完整程度为破碎～较破碎，因此不宜采用“抗压强度标准值”和“综合系数ζr”确定桩端阻力，应采用“查表法”确定。

根据现行国家和地区规范，对桩侧、桩端极限阻力标准值取值存在一些差异，在福建省标准《建筑地基基础技术规范》(DBJ13-07-2006)按地区经验取值；在国标《建筑桩基技术规范》(JG J94-2008)，桩侧阻力无规定，桩端阻力按照饱和单轴抗压强度试验由公式计算得出；在行标《高层建筑岩土工程勘察规范》(JG J72-2004)中按照饱和单轴抗压强度试验数值查表经地区经验验证后确定。

现根据不同现行规范标准进行取值，桩的极限侧阻力标准值qsk(kpa)见(表2)，桩的极限端阻力标准值qpk(kPa)见(表3)。

表2 桩的极限侧阻力标准值qsk(kPa)

表3 桩的极限端阻力标准值qpk(kPa)

根据上述表格中不同规范对碎裂状强风化岩及中风化岩桩侧阻力及桩端阻力对比，并结合当地工程经验综合分析后，冲孔灌注桩的桩基设计计算参数主要以地区规范作为参考，取值如下(表4)：

表4 桩基设计计算参数

4 单桩竖向极限承载力分析

根据《建筑桩基技术规范》(JG J94-2008)经验参数法确定大直径桩单桩极限承载力标准值，宜采用下式进行估算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsiklsi+ψpqpkAP

式中ψsiψp—大直径桩桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，ψsi=(0.8/d)m，ψp=(0.8/D)n

以桩径为1.2m为例，选用碎裂状强风化岩时桩端进入持力层15.0m，中风化岩时桩端进入持力层1.2m进行估算(注：本次估算值仅为桩端持力层段产生的极限竖向承载力标准值)，估算结果见(表5)：

表5 单桩极限竖向承载力标准值

从(表5)可知，桩端进入碎裂状强风化岩15.0m与进入中风化岩1.0m的单桩极限竖向承载力标准值基本相近。

5 桩基沉降分析

根据陆培炎教授硬质岩石上的桩和软质岩石上的桩其破坏及变形的决定因素是不同的结论[1]，对于硬质岩石，桩的强度取决于桩身混凝土的压缩，桩的沉降主要取决于桩身的压缩；对于软质岩石，桩的强度取决于岩基强度，桩的沉降取决于岩基变形和桩身压缩。本工程中风化岩饱和单轴抗压强度frc≥30Mpa即为硬质岩石，碎裂状强风化岩由点荷载强度试验数值换算得出的抗压强度R=11.0Mpa属于软质岩石，在桩端阻力相同的情况下，会产生不均匀沉降问题，因此在设计中应采用对入岩深度的控制以消除桩基的不均匀沉降。同时应注意检测混凝土的质量，并严格控制沉渣厚度。对于持力层采用碎裂状强风化岩的桩，其桩底沉渣厚度难以控制，采用桩底高压注浆的方法。

为分析桩端持力层在硬质岩石中沉降主要取决于桩身的压缩与软质岩石中沉降取决于岩基变形和桩身压缩的可靠性，为设计计算桩基入岩深度的控制提供依据，选取6#和128#桩(桩基平面位置见(图1)、地层示意见(图2))进行沉降理论预测和实际检测结果对比分析，结果见(表6)。

根据国标《建筑桩基技术规范》(JG J94-2008)中规定，桩基最终沉降量可按下列公式计算：

表6 桩基沉降理论预测与实际检测结果数据表

图1 福建肿瘤医院诊疗中心大楼桩基平面图

图2 桩基地层示意图

根据(表6)对比结果，6#桩和128#桩在试验荷载为7200KN时，预测沉降和实测沉降结果相差不大，在极限试验荷载14400KN下，实测沉降结果大于预测沉降，表明桩底有一定量的沉渣，但两种桩型的预测值或实测值在相同荷载条件下，总沉降量相近，且满足规范要求。

综上所述，本工程采用碎裂状强风化岩与中风化岩共同作为桩端持力层的方案是可行的，且碎裂状强风化岩的入岩深度不宜小于15m，应注意施工过程中的沉渣控制。

6 结语

经过用国标、行标及福建省省标对场地内碎裂状强风化岩及中风化岩极限桩侧、端阻力标准值取值，并根据桩基的沉降检测结果，笔者认为该工程采用碎裂状强风化岩与中风化岩相结合共同作为桩端持力层的建议是合适的，并对于碎裂状强风化岩层所造成的沉渣过厚问题，采取高压注浆的方法。同时应注意检测混凝土的质量。

[1]陆培炎科技著作及论文选集(硬质与软质岩石上桩的性状)[M].北京：科技出版社，2006.

[2]中华人民共和国国家标准GB50021-2001(2009年版)，岩土工程勘察规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[3]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[4]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[5]JGJ72-2004，高层建筑岩土工程勘察规范[S].

[6]DBJ13-07-2006，建筑地基基础技术规范[S].

Analysis of a high-rise building using different bearing layers

HUANGJing’an

(Fujian East China Geotechnical Engineering Co., Ltd, Fuzhou 350003)

In this paper，according to the national and regional rules and regulations，the Fujian provincial cancer Hospital medical building (26 floors，high 99.9m) calculated selection of bored pile bearing stratum of rationality. Through the results using different weathered rock stratum as the pile-tip bearing layers，in the conditions of different pile length，the pile vertical ultimate bearing capacity of the similar conclusions，and through the settlement calculation，settlement meet the requirements of specification.

Bored piles；Bearing layer； Piles and pile tip resistance value；The single pile vertical ultimate bearing capacity；Settlement prediction

黄经安(1983.4- )，男，工程师。

2015-01-21

TU4

A

1004-6135(2015)04-0063-03