岩溶地质分布区的某项目桩基础设计
2016-10-17
一、概况
1、项目简介
本项目场地位于深圳市坪山新区，为一100米的高层住宅项目，结构体系为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，带二层整体地下室。
图一 项目总平面图（鸟瞰图）
2、地质介绍
根据地质详勘报告，场地内土层自上而下有：素填土、耕植土、第四系冲洪积层（岩性包括：淤泥质黏土、粉质黏土、细砂、含砂粉质黏土、粗砂、含砾粉质黏土、含砾黏土），下伏基岩为石炭系测水组微风化大理岩。微风化基岩呈乳白色、灰白色，变晶结构，块状构造，闭合裂隙较发育，岩芯呈柱状，柱状10-60cm，岩质硬脆，锤击易断，声脆，揭露厚度介于1.00米～9.90米（含溶洞），层顶高程介于-15.37m～14.71m。本场地内共有11个钻孔在大理岩内揭露有溶洞，溶洞能见率为27.5%（揭露溶洞钻孔孔数与揭露大理岩钻孔孔数比值的百分数），线岩溶率2.32%（揭露溶洞的总厚度与揭露大理岩的总厚度比值的百分数），溶洞发育无规律，规模大小不一，溶洞洞高介于0.10m～1.00m，溶洞内无充填物。溶洞具体情况详见下“溶洞情况发育一览表”。
表一 溶洞情况发育一览表
微风化基岩岩质脆硬，承载力高，完整基岩可作为各类桩基的桩端持力层。但大理岩属可溶性岩，普遍发育有溶洞，且溶洞发育无规律，作端承桩时，不仅要考虑嵌岩深度，还要防止桩端落在薄弱的溶洞顶板上。钻孔61附近，为微风化岩层埋藏最浅的地方，层顶标高为15米（根据等高线），有效桩长约22米，可知岩层上覆盖土层较厚。但基岩岩面标高变化较大，而且坡度大。如下图：
图二 地质勘探点分布图
图三 地质典型剖面图
二、基础选型
根据地质详勘报告，本工程可选用的桩基础包括如下三种：
1、预应力混凝土管桩
该类型桩具有沉桩速度快，施工质量较好，直观、工期相对较短等优点。但本场地基岩面起伏较大，如果桩长较长，施工时可能会触岩导致断桩、滑桩等现象，且场地内分布较厚砂层，沉桩过程对砂层会产生挤密作用，对沉桩有一定影响。
2、人工挖孔灌注桩
其优点是施工成孔速度快，可平行施工，质量易保证，较经济；其缺点是松散土层较厚处及地下水对挖桩施工带来较大困难，难以确保施工安全。
3、大口径冲（钻）孔灌注桩
其优点是施工时不用疏排地下水，可以嵌岩，且较易穿透软硬夹层达到预定持力层；不足之处是施工中产生的大量泥浆对场地环境污染较大、费用较高，成孔深度较大时孔底清渣较困难。若采用该类桩型，应注意采取措施清除孔内沉渣，做好泥浆的排放处理，保护场地施工环境。另外，因基岩岩溶（溶洞）发育，桩基施工中，可能出现混凝土超灌现象。在岩面起伏较大地段，施工中也可能会出现偏锤现象。
基于成本及进度的考虑，本工程选用预应力混凝土管桩，沉桩方式为锤击，
控制桩长使不触岩，即以微风化岩层上一层粉质粘土层层为桩端持力层，承载力通过试桩确定。
三、试桩
根据场地特点，选取2号楼附近试打桩2根，其中1根位于预计桩长最短处的钻孔61旁边。
单桩承载力特征值目标值是2000kN。
表二 受检桩成桩参数表
对本工程共2根试验管桩进行了单桩竖向抗压静载试验，检测结论为：
（1）所测S1#共1根d500mm的试验管桩，其单桩竖向抗压承载力检测值达到4000kN，满足设计目标值。
（2）所测S2#共1根d500mm的试验管桩，其单桩竖向抗压承载力检测值为3600kN，未满足设计目标值。
表三 试验结果汇总表
图四 2号试验桩（S2#）Q-S曲线图
根据试桩结果，可认为本工程采用预应力管桩是可行的，单桩承载力极限值根据2号试验桩（S2#）Q-S曲线图，可取沉降突然增大之前的值，即3200kN，单桩承载力特征值为1600kN。
四、专家评审
由于地质复杂，且工期紧张，为确保桩基选型的可行性，业主组织了专家对预应力管桩方案进行了评审，递交评审的初步桩基础方案为：
采用桩筏基础，选用直径为500mm的高强预应力混凝土管桩，桩心间距为4倍桩直径，单桩承载力以桩长控制为主，设计有效桩长20米。
评审专家一共3位，分别为一位深圳市资深地质专家、深圳市施工图审查专家和一位龙岗、坪山地区工程设计经验丰富的设计院总工。3位专家听取了设计单位对地质条件以及设计思路的介绍，并经过详细讨论，一致认为本桩基础设计方案合理可行，并提出了几条建议，如下：
1、根据地勘资料，细化管桩布置，并可适当增加桩长；
2、可在局部开挖较深，基岩埋深较浅的区域，适当补充进入岩层一定深度的钻孔，进一步探明岩面变化情况；
3、根据覆盖土层的厚度变化，分别确定最大控制桩长，如遇基岩，在探明桩端位置无溶洞时，可将桩端放置于岩面上；
4、管桩施工时，如遇土洞，应将土洞用塑性混凝土或水泥砂浆灌注后再补桩。
五、桩基础设计及施工
考虑到桩端放置于下伏基岩面的施工难度，本工程最终设计桩长仍控制为22米，如果施工达到22米时贯入度仍较大，继续打入至26米，根据桩基承载力计算结果，承载力特征值应可达到目标值1600kN。
由于结构墙下轴力较高，本工程高层建筑下设计为桩筏基础，选用直径为500MM的高强预应力管桩，桩心间距为2米，采用等距的方式布置，如下图：
图五 1号楼桩基础平面图
施工时主要的控制点有2点，分别是：
1、根据微风化岩层等高线图预估桩长，桩长小于22米的区域，适当补充工程勘察钻孔，探明岩面变化及溶洞分布情况。在该区域打桩时，加强打桩过程的监控，不放过一丝异常情况。如果预计会触岩，改用小锤轻击的施工方式，保证桩端不被破坏，且能稳置于岩面上。
2、合理安排打桩顺序，避免挤土效应，且在打桩过程中对一定数量的桩设置上涌和水平偏移观察点，定时观测桩上涌量及桩顶水平偏位值，对上涌和偏位值较大的桩，采取复打措施。
经过施工单位的努力，本工程约1500根桩，全部顺利施工完成，并通过静载试验和桩身完整性检测，检测结果全部合格。
六、结论
在岩溶地质分布区，由于下伏基岩的单调性和复杂性，桩基础设计需要多方仔细考虑，对设计人员提出了更高的要求。对本项目来说，虽然最终桩基础设计仍为较简单的非触岩的摩擦型预应力混凝土管桩，成功避开不良地质情况的影响，但在设计过程中，不可避免的要考虑到万一桩长不足，需要采用下伏基岩作为桩端持力层的种种可能性及其设计、施工难点。通过本项目桩基础的设计，设计人员的技术面和知识面，都得到了较大的提高，对往后的设计工作，具有非常积极的促进和参考意义。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
[2]《建筑桩基技术规程》JGJ 94-94
[3]广东省《预应力混凝土管桩基础技术规程》
[4]广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）
[5]《深圳地区基桩质量检测技术规程》（SJG 09- 99）
