珠海地区花岗岩残积土地基的桩基设计与研究

的角度作一些分析和 研究的。 !"# 残积土层⑥的承载能力必须满 足规范要求 工程地质提供⑥层土的承载力 标准值 $%&!’()*+,按当时规范进行深度 修正后的承载力设计值 $&-(’()*+,主塔 楼 下 基 础 底 面 处 的 荷 载 强 度 *. & /’()*+0 基础底面至残积土层⑥顶面的 平均深度为 -’1 左右，其间桩土的自重 应力为 б2&-34-’&!5’)*+。在桩尖平 面处，附加荷载和桩土自重应力之和为： * &*. 6б2 &/’7 6!5’ &89’)*+ :$ & -7’7);+ 上述分析表明：如果采用群桩基础， 桩距控制在 /< 左右，桩尖始终在⑥层土 的顶面附近，把群桩与桩间土作为整体 深基础来分析，⑥层土的承载能力是可 以满足规范要求的。 !=! 地基的沉降量和不均匀沉降量 应满足规范要求 对高层建筑的地基来说，变形控制 具有更为本质的意义。在变形控制方面， 一方面是平均沉降量的控制，另一方面 是不均匀沉降量的控制。平均沉降可以 用建筑物基础中心点的沉降量来代表， 可以进行定量分析；而不均匀沉降则主 要通过地基土的均匀性和上部结构荷载 中心与基础反力中心的偏心率来进行分 析与控制，而且主要通过结构布置和概 念性分析来解决。另外，大量工程实践表 明不均匀沉降的大小是与建筑物的平均 沉降量成正比的，只要把平均沉降量控 制在一定的范围内，那么建筑物的不均 匀沉降也可满足要求。本工程结构布置 对称均匀，工程地质剖面在宏观上也基 本均匀，没有大的起伏，因此，只要平均 沉降量控制住，地基的不均匀沉降也就 可以满足要求。 !=9 建筑物平均沉降量的计算 为了正确估算建筑物的平均沉降 量，需处理好以下几个问题： !=9=- 地基的计算模型问题 高层建筑地基变形时，上部结构、基 础和地基土是共同工作的，其整体刚度 很大。因此，把高层建筑的基础当作一个 大型刚性基础来计算是比较接近实际 的，再以基础中心点的沉降代表整个基 础的平均沉降。地基土的其它假定则仍 按地基变形计算的一般理论处理。 !=9=! 压缩层的深度问题 中风化和微风化花岗岩的压缩变形 是很小的，可以忽略不计。而强风化花岗 岩的压缩性则假定与花岗岩残积土层⑥ 的取值相同（ 这是偏于安全的变形控 制）。这样把压缩层的下限定在中风化岩 层的顶面，压缩层的平均厚度约为 !(1。 !=9=9 花岗岩残积土压缩模量 >? 的 取值问题 花岗岩残积土是一种特殊类型的地 基土，埋藏深度较大，工程地质部门按常 规方法采取土样，在应力释放和土体受 扰动情况下进行室内土工实验得压缩模 量 >?&-7@*+,这显然是偏小的，不符合 工程实际情况。所以参考有关资料，用地 基土原位测试得到的标贯值 A 来反算残 积土层的变形模量，其计算公式为B >.&!=!AC97DAD/E 式中：A!标贯击数C经杆长修正的值E； >.!残积土的变形模量C@*+E。 由工程地质报告得知：⑥层土顶面 附近的标贯值 A 在 9( 左右，所以 >.& !=!49(&FF@*+,这个值比室内土工实验 提供的 >? 大了 F 倍多。深圳等地总结资 料认为按这样的取值，比较接近工程沉 降观察的实际情况。 !=9=/ 基础中心点最终沉降计算公 式及计算参数的选取问题 由于地基土的复杂性，各种不同情 况下提出的理论公式或经验公式较多， 选择合理的计算公式和计算参数是十分 重要的。根据上述分析，选用工程地质手 册中的下述公式： G&%HI%HI- ?&*J@Σ H &->K 式中：?!基础中心点的沉降值C11E； J!基础的宽度，取 J&/71； @!修正系数，取 @&-=70 *!基底下的平均压应力（ 指 附加应力），取 *&/’7)*+0 >.!基底下的花岗岩残积土的变 形模量，取 >.&FF@*+； %H!系数，查表取得。 将上述参数代入公式后得： ?&F5=-511 上述分析表明，平均沉降量并不大， 因为控制性计算时取值偏大，所以实际 沉降量还会比这个值小，而且大部分沉 降都会发生在施工期间，可以用施工后 浇带的办法处理。目前国家规范对高层 建筑的绝对沉降量未作规定。上海市地 基规范，根据软土地区的经验，提出高层 建 筑 基 础 中 心 的 沉 降 量 ? 不 超 过 -’L!’M1 的规定，本工程是可以满足的。 实际上，高层建筑的变形控制，关键是沉 降差问题。本工程设计对荷载的重心与 桩基反力的形心已尽量对中，对地基土 的不均匀性已给了充分考虑，施工打桩 时要求采用统一的贯入度控制，以取得 均匀的地基强度和变形性能，所以将桩 尖持力层提高到残积土层⑥的顶面附近 是完全可以的。 9 花岗岩残积土的工程特性与桩 型方案 花岗岩残积土是一种特殊类型的 土，其承载潜力的开发利用是和桩型方 案、施工方法等密切相关的。本工程的花 岗岩残积土厚达 9(1 左右，层底标高在 地面下 /(1 左右，随着埋深的增加，土 的状态由软塑向硬塑和坚硬状态逐渐变 化，按土的成分、风化程度、强度指标等 来划分，残积土层又划分成 ! 个亚层，即 附表 - 中的⑤及⑥。⑤为砾质粘性土层， 由花岗岩风化而成，土中的长石已大部 分风化成高岭土，残留的石英颗粒含量 为 !(NL9(N，标贯击数 A&’L98, 层厚 -!L!’1，呈可塑至硬塑状态，该层内不含 孤石，但有石英脉岩，呈碎块状态，一般 预制桩都能穿透。⑥层为砾质粉质粘土， 仅少部分长石风化成高岭土，风化程度 也随深度增加而逐渐减弱，残留的长石 和石英颗粒占 9(NL/(N,土呈坚硬状态， 该层内含有孤石，层厚 8L!91，标贯 A& !3L8(, 平均值为 /-=’，小值平均值为 9/=/（ 均已作深度修正），从标贯和土的 状态来看，残积土的下部已接近强风化 岩。岩层的风化，实际上是一种渐变的过 !"# 中外建筑 $%%& ’ ( )* 程，没有明显分界线，工程地质报告中的 分层，只能是一种大致的划分。现场检验 和室内试验表明，花岗岩残积土的性质 较为特殊，它的吸水性很强，遇水后极易 软化崩解、失去强度，工程地质钻探时， 必须跟管超前打入套管，未打套管的下 部裸露部分，在极短的时间内即崩解形 成泥浆，随地下水返回套管内，时间越 长，回到管内的泥浆越多，在承压潜水的 作用下，形成涌土现象。所以，如果采用 人工挖孔桩方案，则在该层土内成孔是 很困难的，不断抽水时会发生涌土，桩端 也因无法清孔而丧失承载能力。如果采 用钻孔灌注桩，也同样由于桩端残积土 软化和清孔困难等问题而难以取得较高 的桩尖承载力。上述分析表明：花岗岩残 积土的特性，决定了只有采用打入式桩， 由桩尖的挤密作用，才能将残积土的承 载潜力开发出来。故本工程只有采用打 入式桩的方案，才是理想的选择。当然， 如果采用大直径沉管灌注桩，桩尖对土 也有挤密作用，也能取得较高的桩尖承 载能力，但这种桩型的成桩质量不稳定， 施工事故率较高，要求具有严密的质量 保证措施和可靠的施工队伍。 ! 预应力钢筋砼管桩方案的工程实 践 !"# 预应力管桩的应用 预应力管桩在广东地区的应用已很 普遍，生产、施工方面都已积累了丰富的 经验，它与普通预制钢筋砼桩相比，具有 用钢量省、产品质量稳定、耐打、供货方 便、现场施工文明等优点。它的品种规格 多，直径有 $%&’’、!&&’’、(%%’’、 ((%’’、)%%’’ 等 多 种 ， 壁 厚 有 #%%’’、#*(’’ 两种，砼离心成型，高压 蒸汽养生，强度达 +)&,+-%.其中一般型 称 /0+ 桩，壁厚 #*(’’，砼强度不低于 +-%。供货长度一般为 ),#*’.有特殊需 要时可面议供货长度。因此，对持力层起 伏的适应性较好，桩长的变化可以通过 配桩来解决。桩段之间用电焊连接，桩尖 一般用平底十字钢板。在长期荷载下桩 体材料的应力控制，按国外有关资料和 上海市地基基础规范的规定，一般按1 （ %2*,%2*(）3 进行控制，这是考虑桩体 在反复锤击时的强度疲劳、桩段接头处 的强度损失和工程部位的重要性等因素 而 作 的 控 制 。 按 此 规 定 ，以 Ф(%%4#%%,#*( 的管桩而言，由桩材决 定的单桩承载力允许值在 *%%%,*(%%56 左右。为加快工程进度，确保桩基质量， 本工程采用 Ф(&&47*(+-& 预应力钢筋 砼管桩。 !"* 单桩承载能力的确定和试桩情 况 根据经济合理的用桩原则，由桩体 材料确定的单桩承载力应与由地基土确 定的单桩承载力相匹配。再根据施工单 位的打桩能力、地区经验和适当留有余 地等考虑，确定 Ф(&&47*(/0+ 桩，单桩 承载力不低于 *7&&56.布桩密度控制在 !8 左右（ 8 为桩的直径），由群桩提供的 地基承载力可达到 !(&,(&&5/9. 已可满 足上部建筑对地基承载力的要求。根据 工程地质报告和现行规范进行试算，如 果桩长控制在 *&’ 以内，那么按规范公 式计算的单桩承载力只有 7(&: 左右。如 果桩的侧面按工程地质报告取用，那么 桩尖承载力就要比工程地质报告提供的 值大 7 倍以上，才能使单桩承载力达到 *7&&56 以上。根据规范精神，本工程的 单桩承载力必须通过试桩验证。为此，我 们先打了 ) 根试桩，并用大应变动测确 定了终止打桩标准。动测表明：用 ;1 !)56 以上的柴油打桩机，完全可以达到 单桩承载能力不低于 *7&&56 的要求。 对动测检验后的试桩在休止一个月后再 做静载试桩，试桩的结果见图 *。静载试 验时，由于荷载准备量不足，加载未达到 极限状态，单桩允许承载能力均可达到 *7&&56 以上。由静力试桩反算的桩尖承 载力 <= 可达到 (>%%5/9 左右，比工程 地质报告中提供的 <=1*!%%5/9 大 *2( 倍。这表明坚硬状态的花岗岩残积土的 承载潜力是很大的，通过选择合理的桩 型，并经过谨慎的试桩后，科学地开发利 用该土层的承载潜力是可能的，经济效 益可观，为开发商节约大量投资，也为施 工单位简化施工、加快工期创造了良好 条件。 !2$ 施工的控制问题打桩 打桩施工的控制，摩擦桩以桩长为 主，贯入度为辅；端承桩以贯入度为主， 桩长为辅。而对于摩擦端承桩究竟以什 么为主，讨论得较少，意见也往往难于统 一。有时为了使桩尖进入持力层一定的 深度，使桩长达到一定要求而把贯入度 控制得过分的小，由于过分锤击而使桩 材疲劳损坏的也时有发生。本工程是典 型的端承摩擦型桩，桩尖下的土层由坚 硬状态向强风化岩过渡，持力层下没有 软夹层。原设计要求桩尖进入强风化岩 内 7’ 左右。工程实践表明，桩的入土深 度未达到预期值。对于坚硬状态的花岗 岩残积土，当标贯值超过 *(,$% 击后（ 标 贯值已经过深度修正），管桩已很难打 入，最后 7’ 的打桩锤击数高达 !%% 击 以上，最后一阵的贯入度在 7%’’ 左右， 大应变动测和静载试桩结果都证明单桩 承载力已远远超过工程地质报告提供的 参数和规范公式算出的值。在这种情况 下，以试桩的结果为准，不再受工程地质 报告和规范公式的限制。因为规范公式 和采用的参数是从全国范围的情况制定 的，覆盖面宽，留的安全余地也多，而工 程地质报告提供的数据，是从规范套用 来的，对工程的具体情况考虑不够，尤其 像花岗岩残积土这种特殊情况，更是研 究得不够，因此我们坚持了以实践和试 验结果为准的原则，从而在工程中取得 -% 建 筑 结 构 + ? @ A : B C D : E ? @ F : B C D : C B G 了良好的效果。另外，在打桩的控制标准 问题上，追求过小的贯入度也是没有必 要的，并不是贯入度越小越好。因为过分 的锤击，不仅桩锤容易损坏，而且桩头砼 也容易疲劳损坏，从提高桩的承载能力 这一总目标来考察，过分的锤击往往是 利少弊多，得不偿失。因为在桩体受力 时，桩头处的应力最大，桩头砼强度的过 分损失对提高单桩承载能力是不利的； 再从减小工程的沉降变形来考察，因本 工程桩尖下没有软弱下卧层，将桩尖多 送下几十公分，对减小建筑物的总沉降 量也没有多大作用。上述分析和实践表 明：对端承摩擦型桩的打桩控制，应以贯 入度、最后 !" 的锤击数和总锤击数等因 素综合确定终止打桩的标准，并应在整 个工程中坚持同一种控制标准，以获得 均匀的地基强度和变形性能，而具体控 制标准应通过试桩确定，而且在大面积 群桩施工时，尚应考虑挤土效应，对有关 参数再作适当调整。以本工程的桩而言， 贯入度宜控制在 #$" 左右，最后 %" 的 锤击数不宜超过 &’’ 击，全桩的总锤击 数不宜超过 !(’’ 击（ 以 )*&+,- 的柴油 打桩机为准）。另外，打桩的顺序也应注 意，一些施工单位为提高桩机的利用率， 往往分段分批施工，先把一大批的第一 节桩先打下去，然后停下接桩，到第二天 甚至更长时间后再打第二节桩。由于桩 的侧摩阻力是随时间增长而不断提高 的，因此第二段桩很难打下去，锤击数很 高，贯入度很小，但桩的入土深度却达不 到设计要求，桩体也容易被打伤，这种施 工方法是不合理的。分段打桩施工时，两 段桩之间的时间间隔应尽量短，以不超 过 % 小时为宜。 . 结束语 通过本工程的实践及设计方案的探讨 研究，我们得知：工程设计除必须严格遵守 国家的规范、规程外，根据准确可靠的工程 地质报告，具体问题具体分析，经过周密的 分析、计算和研究，勇于摈弃传统的做法，大 胆探索在特定的场地条件下，选用合理的桩 型、取用适当的桩基持力层，应该是很成功 的。本工程就依此法，节省了大量的人力、物 力、财力，在高层建筑中取得了较好的经济 效益和社会效益。 （作者单位：深圳市城建工程设计公司） 欢迎订阅《 建筑材料学报》 《 建筑材料学报》由国家教育部主管，同济大学主办，是国内建筑材料行业唯一的综合性学术刊物。刊物的主要任务是：反映建筑材 料及其相关领域内最新科研及工程应用成果（ 包括新理论、新产品、新工艺和新设备等），主要刊登建筑材料基础研究及应用研究的学术 ，同时也刊登工程应用、研究简报、专题综述类文章。刊物面向全国征稿，读者对象为国内外从事建筑材料及其相关专业的工作者及 大专院校师生。 本刊内容包括： （ %）建筑材料（ 水泥、石灰、石膏、混凝土、陶瓷、玻璃、耐火材料、高分子材料、金属、复合材料等）的基础理论研究。 （ #）建筑材料研究所用的近代测试手段和研究方法； （ /）新型建筑材料的制备工艺技术和应用。 （ &）建筑材料生产的利废及节能； （ .）计算机在建筑科学研究及生产中的应用； （ ,）国内外建筑材料发展的动向 （ 0）其他。 本刊国内外公开发行，国内刊号 12/!3%0,&456，国际标准刊号 7882%’’039,#9。本刊为季刊，逢 /:,:9:%#月出版。刊物采用国际标 准大 %,开本，每期 %’&页，定价 %’元，全年共计 &’元，港、澳、台地区另加邮资 /’元，共计 0’元，欢迎订阅。 订阅单位或个人请与本刊联系索取订单，认真填写后寄回，并通过邮局或银行汇款到本刊编辑部。 联系地址：上海四平路 %#/9号 同济大学材料科学与工程学院《 建筑材料学报》编辑部 邮编：#’’’9# 联系人：余文云 电话：（ ’#%）3,.9;%.90 <3"=>?@A$BCD"=>?:-EFG>>:HIJ+$F 开户银行：农行杨浦支行控江所 帐号：’//,;!3’’;’!’’.9;( !"# 中外建筑 $%%& ’ ( )*