广州珠江新城某地块桩基持力层“夹层风化”的处理方法

广州珠江新城某地块桩基持力层“夹层风化”的处理方法
何伟球
【摘要】针对广州珠江新城地区经常遇到的桩基持力层“夹层风化”的处理方法
进行探讨,结合工程实例给出了基岩“夹层风化”的验算计算方法.实践证明,在桩基持力层厚度不满足规范要求(桩底以下完整基岩厚度不小于3D)的情况下,只要复核“夹层风化”中软弱夹层的承载力满足原桩端设计承载力需求,即可满足工程安全,
大大降低施工难度、节约工期,带来较大的经济效益,对类似工程有参考意义.
【期刊名称】《广东土木与建筑》
【年(卷),期】2015(022)004
【总页数】3页(P18-20)
【关键词】桩基;软弱土层;夹层风化
【作者】何伟球
【作者单位】广东省建科建筑设计院广州510500
【正文语种】中文
0 引言
广州珠江新城地区往往为高密度的超高层写字楼，单位面积自重较大，基础形式一般采用以中、微风岩层作为桩基持力层的桩基础方案。

由于该地区特定的地质历史和地理环境，场地岩面起伏较大，岩性变化复杂，部分超前钻显示，到达持力层中、微风化岩层后，其下20m内均有可能交替出现中风化岩层夹强风化岩或微风化岩
夹强、中风化岩等“夹层风化”现象。

若要满足桩底以下完整基岩不小于3D的规范要求，则往往要求桩长较大，施工难度增大。

由于此类场地往往采用人工挖孔桩施工，导致考虑到人身安全，施工根本不可能完成。

此外，即使施工超前钻能满足完整基岩要求，由于桩径范围内不同位置钻孔也存在不同夹层风化的情况，成桩后钻芯取样复检也可能出现桩底下软弱夹层，从而不满足完整基岩不小于3D的规范要求，给施工、业主、监理、质监各方带来麻烦，必须从设计方面寻求安全合理的方法。

1 工程实例
某工程位于珠江新城核心商务区，为一高层办公楼与商业综合体，由A栋单元式办公楼和B栋办公楼两栋塔楼组成，总建筑面积76211m2，其中地上部分55945m2（A栋27191m2，B栋28754m2），地下部分20266m2；A栋单元式办公楼地上30层，高113.5m；B栋办公楼地上25层，高103.95m；地下部分共4层，其中负4层为核六常六级人防地下室，地下室埋深18.1m。

由于建筑体型及结构体系的多样性，在满足地下室的整体性条件下，首层以上设置1道防震缝，将上部结构分成A栋、B栋两个相对独立而规则的结构体系。

A栋办公楼采用现浇混凝土部分框支剪力墙结构（首层转换），属于B级高度复杂高层建筑；B栋办公楼采用现浇混凝土框架-剪力墙结构。

本项目基础采用带扩大头的人工挖孔桩，其中B栋共布桩37根，桩径1200～2600mm，扩大头2000～4100mm，混凝土强度等级C40，持力层为中、微风泥质粉砂岩，桩端持力层承载力特征值取4000kPa，单桩承载力特征值取11500～61000kN。

桩基础土层计算参数见表1，基础平面布置如图1。

图1 B栋基础平面布置图
根据地质资料及超前钻反映，人工挖孔桩桩端达到持力层后，在完整基岩3D的范围内，仍有夹强风化岩的软弱层存在。

若要完成穿越夹层，满足规范要求，则桩长
平均要求增加10m或以上。

根据施工进度情况，此类“夹层风化”岩层中的桩成孔，需要2～3d方可成孔1m，工期延长20～30d。

考虑到施工工期、施工难度
及成桩施工人员人身安全等问题，业主、监理、质监各方建议设计人员提出可行解决方案。

2 处理方法
根据桩基础要满足的3个控制条件：①桩身材料强度控制；②桩沉降变形控制；
③桩侧土及桩端持力层对桩的承载力控制。

设计人员认为，此类“夹层风化”岩层中的成桩，不影响桩身材料强度；而风化夹层较薄，对桩沉降变形不起决定性因素；“夹层风化”主要影响桩侧土及桩端持力层对桩的承载力控制方面。

因此，设计人员可分析桩端持力层下风化夹层的承载力是否满足安全要求，若能满足则可保证桩基础结构安全。

表1 本工程桩基础土层计算参数?
根据本工程情况，地下室埋深已达18m，桩长约12m，风化夹层基本处于地面以下近33m处，其承载力应有一定保证，可考虑适当的埋深修正并采用应力扩散原理复核夹层的承载力情况，若能满足则可保证结构安全。

具体思路如下：设原设计要求持力层承载力特征值为qpa，桩端扩大头面积为Ap，则桩端承载力需求为：Ra＝qpaAp。

风化夹层的承载力特征值f（a其中fa为经
深度修正后的风化夹层地基承载力特征值），采用应力扩散原理后风化夹层面积Ap′，则风化夹层的承载力Ra′＝faAp′，若Ra′≥Ra，则满足结构安全要求。

根据
上述思路，以28#桩为例进行设计复核验算。

⑴ 计算桩端承载力需求Ra
28#桩D＝2.6m，桩端承载力特征值qpa＝4000kPa，桩端承载力需求Ra＝qpaAp＝4000×3.14×2.624＝21226kN。

⑵ 计算风化夹层承载力特征值fa
强风化岩承载力特征值根据埋深度进行修正（不考虑宽度修正），埋深按底板底计起，即按12m桩长计算，fa＝fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5）。

其中，地质资料未经修正的地基承载力特征值fak＝600kPa；基础宽度的地基承载力修正系数ηb＝0；基础埋深的地基承载力修正系数ηd＝4.4；基础埋置深度d＝12m。

则：fa＝600+0×18×（0-3）+4.4×18×（12-0.5）＝1510.8kPa。

取修正后的地基承载力特征值fa＝1500kPa。

⑶ 计算风化夹层承载力Ra′
桩底下最不利情况h＝2.4m存在风化夹层，根据应力扩散原理，扩散角根据超前钻资料的建议值取35°。

扩散后桩径D′＝2.6+2×2.4tan35°＝5.96m，风化夹层承载力Ra′＝faAp′＝1500×3.14×5.9624＝41826kN，Ra′≥Ra，28#桩满足桩端承载力要求。

本工程其它类似情况的人工挖孔桩，复核结果见表2。

经复核，本工程桩基础均满足承载力要求。

表2 桩基持力层“夹层风化”复核结果?
3 实践效果
经施工、业主、监理及质监部门会审，一致同意上述复核结果及处理方法，但应加强施工过程沉降分析，后续各次沉降分析表明，直至塔楼封顶后，累计沉降均不超过20mm。

现项目已于2014年竣工，使用状况良好，基础处理节省的工期、材料、二次检测费用等，保守估计在200万以上，本项目方法同时为质监部门处理同类地基问题提供了有效借鉴。

4 结语
广州珠江新城地区由于特定的地质历史和地理环境，场地岩面起伏较大，岩性变化复杂，当采用持力层为中、微风化岩层的桩基础时，往往出现持力层以下20m内均有可能交替出现中风化岩层夹强风化岩，或微风化岩夹强、中风化岩等“夹层风
化”现象。

若要满足桩底以下完整基岩不小于3D的规范要求，往往使桩长要求较长，造成施工困难大为增加，甚至根本不可能完成。

笔者根据桩基础控制的3个条件要求，认为“夹层风化”软弱夹层不影响桩基础
的桩身承载力和桩沉降变形，只要“夹层风化”软弱夹层具备一定的承载力及埋深，可考虑适当的埋深修正并采用应力扩散原理复核风化夹层的承载力，只要风化夹层承载力能满足原桩端设计承载力需求，实践证明桩基础是安全、可行的，可供类似工程参考。

参考文献
［1］GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范［S］
［2］JGJ 79-2012 建筑地基处理技术规范［S］
［3］JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范［S］。