持力层埋深过大桩长过长如何解决且看人工挖孔灌注桩基础优化

持力层埋深过大、桩长过长，如何解决？且看人工挖孔灌注桩基础优化

设计实例

发表时间：2014-04-24

某小区2幢28层剪力墙结构高层住宅原设计采用人工挖孔灌注桩基础、按端承桩设计，试挖后发现持力层埋深过大、桩长过长，难以满足施工要求，原设计单位尝试改用冲（钻）孔灌注桩也没有成功。

经研究分析，确认详勘报告未准确反映实际地质情况、导致按其设计的基础方案难以实施，并判断出补勘报告提供的设计参数偏于保守、尚有潜力可挖，相应补充了基桩静载试验，获得了比较准确可靠的人工挖孔灌注桩设计参数；考虑了桩侧阻力对竖向抗压承载力的贡献，变更了桩端持力层，优化了桩长和桩身配筋，在满足承载力的前提下减少了人工挖孔灌注桩的施工难度、降低了造价，使本工程恢复了正常施工；总结了本工程的经验教训，供类似工程参考。

1、工程概况

湖南省郴州市某住宅小区由北方某设计院（下文称“原设计单位”）设计，其中23~24#楼为28层剪力墙结构，结构总高度为80.5m，建筑面积分别为11764.5和12360.5m2，设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级，抗震设防类别为标准设防类，基本地震烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，上部剪力墙结构的抗震等级为三级，

100年一遇基本风压为0.35kN/m2，建筑场地类别为II类。地下水对砼结构无腐蚀，对钢结构有弱腐蚀性。

设有一层地下室形成大底盘将23~28#住宅楼连为一体，见图1。桩基施工前先开挖了基坑，现场自然地面与地下室底板标高基本持平，地下室底板面相对标高为-4.600m。

2、地质情况和原基础方案

整个住宅小区的详细岩土工程勘察报告由广东某勘察单位提供。详勘报告显示场地的上覆土层厚度不大，基岩为中风化灰岩，普遍埋深在10~15米左右。原设计23~24#楼采用人工挖孔灌注桩基础，以中风化灰岩为桩端持力层。

在施工23~24#楼前，由郴州市某勘察单位进行了超前钻补充勘察，补勘报告指出：

（1）按区域地质资料，拟建的23~24#楼场地位于一区域性压扭断裂F1上，此断裂活动年代较为久远，不属于全新世活动断裂，断裂本身对场地稳定性不构成影响；

（2）受断裂挤压及岩性影响，23~24#楼场地岩性杂乱破碎，稳定的中风化炭质泥岩埋深在均30米以下，上覆有厚20~30米的强风化炭质页（灰）岩，岩体结构构造大部分已遭破坏，遇水后易软化。受断层的影响，强风化炭质页（灰）

岩中随机分布有夹层状、透镜体状的中风化灰岩夹层。在24#楼范围内还上覆一定厚度的土层。补勘报告建议的设计参数见表1和2，典型地质剖面见图2；

23~28#楼地下室平面图

（3）远离断裂带岩体结构逐渐变好、强度较高且层位基本稳定，大致以23~28#住宅楼地下室1-A轴与1-B轴之间的后浇带为界到25#楼地段，岩性以中风化砂岩、炭质砂岩为主，埋深在15米以内。

补勘报告与详勘报告对23~24#楼地质情况的描述出入很大，是否能按原基础设计方案实施存疑。为此现场曾选2根Ф1000桩进行试挖，挖至超过20米仍未到达原设计要求的中风化岩层，施工遇到很大困难，原基础方案若不作重大调整，将导致桩长过长、难以满足施工要求。

原设计单位曾尝试将基础修改为冲（钻）孔灌注桩，仍以中风化岩为持力层。施工单位选3根Ф800桩试冲，结果并不成功：3根桩在施工过程中都出现不同程度的塌孔现象，耗时7~15天才完成1根桩，灌注桩身混凝土充盈系数达

2.1~2.7。工程被迫停顿下来，建设单位向我们咨询处理方案。

3、基础优化设计方案3.1 方案比选分析

经过踏勘现场、与相关单位技术人员交流以及查阅原设计图纸、详勘报告和补勘报告等技术资料，确认详勘报告没有准确反映23~24#楼实际地质情况、导致按其设计的基础方案难以实施，因此按补勘报告对基础优化设计方案进行了分析。23#楼地质条件相对较好、第4层强风化炭质页（灰）岩层面位于自然地面，经过地基承载力的深宽修正后采用筏形基础是可能的；24#楼地质条件相对较差，表层土经过地基承载力深宽修正后仍不满足要求。由于两幢大楼紧邻，中间仅留300mm宽变形缝，若两幢大楼采用不同的基础形式，则两楼相连处不论采用那种基础形式，必定使其中一幢大楼存在较大沉降差，因此否决了筏形基础。

据了解郴州当地有摩擦端承型人工挖孔灌注桩的成功案例，规范[1]有保证发挥其侧阻力的技术措施，因此初步考虑改以第4层强风化炭质页（灰）岩为桩端持力层、采用摩擦端承型人工挖孔灌注桩，干作业挖孔同时避免了持力层遇水软化的风险。按原设计桩径、以表2参数初步估算，最少桩长为26m，在地质条件较差的24#楼桩长就更大了。

郴州当地施工班组一般只承接桩长15米以内的挖桩任务，桩长超过20米基本找不到施工班组承接，改成摩擦端承型人工挖孔灌注桩似乎也不可行。

结合有关文献经验数据，对补勘报告进行研读、判断后，我们认为表1和表2的数据偏于保守、尚有潜力可挖，例如干作业成孔的人工挖孔桩设计参数反而比湿作业的钻（冲）孔桩低，与规范经验规律不符[1~2]；第4层强风化炭质页（灰）岩内摩擦角过小，一般应在28o以上[3~5]；该层地基承载力特征值也偏小，按重型圆锥动力触探N63.5=11.7推算可取480kPa[6~7]。因此我们向建设单位

建议，选取有代表性的地段进行基桩静载试验，为安全而经济地设计人工挖孔灌注桩提供比较准确的参数。

3.2 补充基桩静载试验

现场在地质条件相对较差的24#栋纯地下室选取了3根Ф1000人工挖孔灌注桩，开挖桩长20m，以第4层强风化炭质页（灰）岩为桩端持力层。由长沙某检测单位采用自平衡法[8]进行基桩静载试验，根据检测结果推荐的设计参数见表3。设计参数有较大提高，为优化设计创造了有利条件。

4、基础优化设计要点

根据补勘报告、基桩静载试验报告以及原设计单位提供的基础荷载数据，以基础顶面为界对23~24#楼基础进行了优化设计，以23~28#楼地下室平面1-A轴与1-B轴之间的后浇带为设计范围边界，见图3。采用摩擦端承型人工挖孔灌注桩，桩径Ф800（扩大头Ф1600）和Ф1000（扩大头Ф2000），以第4层强风化