摘要：本文针对某场地地质情况特点，对局部出现超短预应力管桩情况，进行处理方案对比分析，最后提出安全、经济解决方案。
关键词：岩面倾斜；超短桩；静载；承载力折减
一、工程情况
工程为大学实验楼组团工程。较长边115.0米，较短边110.0米，因平面凹进太深、层高不同、楼高不同、场地标高不同，故设置抗震缝分割为较规则单体。无地下室，上部分块示意详下图：
二、工程地质概况及基础选型
1．工程地质概况：
1）场地地质条件 : 拟建场地自然地貌单元为低矮丘陵地貌，现状条件为荒地，地形起伏较小，整体呈南高北低趋势，场地岩土层按成因类型从上至下可划分为：第四系人工填土层（Q4ml）、第四系残积层（Q4el）、燕山三期风化岩（γy3）。
2）地层岩性见下表：
3）不良地质及特殊土评价：
场区无崩塌、滑坡、泥石流等其它不良地质作用；场区无埋藏的河道、沟滨、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物。特殊土为填土、风化岩。
（1）填土：本场地均分布有素填土，其分布不均，结构松散，固结程度低，其物理力学性质不均，自稳能力差，透水性较大，遇水易湿陷。
（2）风化岩：本场地的全风化花岗岩③1、强风化花岗岩③2主要特征是浸水易软化，使承载力迅速降低，其分布不均和力学性质的差异影响地基的均匀性。
4）主要工程地质剖面：
2.基础选型
1） 天然地基上浅基础的可行性
F1栋建筑高5层， F2栋建筑高7层，均无地下室；F3栋建筑高度为6层，设一层地下室。据钻探资料显示，F1、F2栋建筑基底直接持力层主要为①素填土，局部为②砂质粘性土或③1全风化花岗岩；F3栋建筑基底直接持力层主要为①素填土，局部为②砂质粘性土，这三种土层承载力特征值fak分别为90kPa、200kPa、350kPa，①素填土不满足强度及变形要求，由于素填土厚度较小（平均1.60m），可进行换填处理；由于上部结构跨度大，最大12米，需求的实验楼楼面荷载4.0kN/m2，最大柱底轴力11345kN，大范围持力层为砂质粘性土，经计算，基础太大，出现过多的重叠，且局部存在全风化花岗岩，地基土软硬明显，差异沉降不好控制。
2） 桩基础的可行性
①预应力混凝土管桩基础
根据基桩荷载要求选择③2强风化花岗岩作桩端持力层，根据场地周边环境情况，桩基施工采用静压方式。
管桩具有施工速度快，成桩质量有保证，检测容易，工期短，造价较低等特点。
场地内局部相邻钻孔揭露全风化岩带或强风化岩带位埋深相差较大，桩长变化较大，桩基施工有一定难度，可能出现相邻承台或同一承台桩基桩长相差较大，出现有效桩长不够，桩长较短等不良现象。
②钻（冲）孔灌注桩基础
钻（冲）孔灌注桩的优点是对地层的适应性强，可达到较深的桩端持力层，获得较大的竖向承载力；布桩灵活，可采用不同桩径和桩长。但其缺点是施工时产生的泥浆对环境污染较大，废弃泥浆处理困难，场地环境管理要求较严格，施工速度慢，周期长，且遇有软弱土层时易产生缩径、塌孔等不良现象，造价较高。
综上分析，因工程造价控制严格，且工期紧张，决定采用静压预应力管桩，选择③2强风化岩作为持力层，桩径为φ500，单桩竖向承载力特征值1600kN。桩基设计时，根据场地内钻孔地质资料及岩层的分布结构特征，逐一分析每栋建筑物场地内岩层的分布结构，综合确定桩长和桩端主要持力层。经过分析，发现在D块出现有效桩长小于6米。
三、规范规定及桩太短存在的问题
1.现行规范对承载力的规定
国家标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008 第5.3.1条
1）设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；
2）设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；
3）设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。
国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.5.6条
1）单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。
广东省标准《静压预制混凝土桩基础技术规程》DBJ/T 15-94-2013第4.3.3条
1）.当静压桩桩基设计等级为甲级或设计等级为乙级且地质条件较复杂时；或设计经验不足时；或静压桩的有效桩长较短时，单桩竖向抗压承载力特征值应在设计阶段通过静载试验确定。
上述规范只要求桩基承载力以试验为准。
2.桩太短存在的问题
除了硬质岩体，同一土层的浅基础承载力特征值和桩端承载力的特征值相差4~8倍。一般情况下，特征值是根据地基土的极限承载力除以安全系数得到的设计允许值。极限承载力是地基土丧失整体稳定时的临界荷载。通常可采用太沙基公式或梅耶霍夫公式进行分析计算。该公式计算假定的滑动面形态有浅层滑动面和深层滑动面。桩端极限承载力基于深层滑动面假定的极限荷载理论来确定。如下图所示，图1为太沙基模型，图2为梅耶霍夫模型，从两个图的破坏形态可以看出其破坏面都在地面以下。
当桩长小于一定深度时，破坏面会延伸出地面，随着深度的减少，其破坏形态逐渐变为浅层破坏，极限承载力逐渐降低，最后就成了浅层滑动面假定的极限承载力计算模型。深基础与浅基础最大的区别在于上层覆土的作用，土层超过一定深度的深基础的承载力大于浅基础的承载力，在我国现行的地基基础规范中，计算浅基础承载力时，地基承载力设计值应考虑深度修正系数的影响。足以说明上层覆盖土的作用。
当有效桩长仅为3~4时，其浅层破坏的特征就更为明显，桩端作用在硬质岩体上，桩长对承载力影响可能不大。但桩端作用在软质岩体上，实验结果的承载力虽高，但岩体受到桩端扰动后，地下水必然导致岩体软化，岩土的承载力、粘聚力和内摩擦角降低，桩长又小于临界深度，桩端承载力将会大大降低；假若桩长一些，桩侧摩阻力和桩端承载力共同组成桩基的承载力，桩侧摩阻力占有一定的比例，在端阻力降低的极端情况下其摩阻力的安全储备还可以弥补桩基的实际承载力。当桩长很短时，桩侧摩阻力在承载力中占的比例较小，桩端承载力的降低将会直接降低桩的承载力。
四、处理方案对比分析
1.钻（冲）孔灌注桩
短桩部分采用钻（冲）孔灌注桩，因短桩部分桩数不多，因此增加工期业主无法接受，且在学校内，污染环境，废弃泥浆处理困难。
2.预钻孔预应力管桩
桩位先预钻孔，再压入管桩，结合相关工程经验，入花岗岩后，钻进困难，局部要满足大于6米桩长以上，入岩深度很深，工期较长。
3.短桩承载力折减，相应扩大承台。
根据地质情况，考虑基础埋深后，部分承台底面已进入砂质粘性土，部分进入全风化岩内，根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，第3.3.4.2条，“同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基；当采用不同基础类型或基础埋深显著不同时，应根据地震时两部分地基基础的沉降差异，在基础、上部结构的相关部位采取相应措施。”如采用天然基础，存在部分天然地基部分桩基，天然地基持力层不一样，工程差异沉降问题较为严重，对基础、上部的相关部分采取相应措施必然增加造价。
桩短存在的问题是侧摩阻力少，承载力安全储备小，针对这个问题，对桩承载力进行折减，单桩竖向承载力特征值1600kN调整为1100kN，终压力值由3520kN调整为4800kN。较大的提高桩承载力安全储备。根据上述分析，要求：1）当有效桩长小于3米时，要求承台底面进入全、强风化岩层≥200mm，经现场载荷试验后的地基承载力特征值fak≥350KPa。2）当有效桩长大于3米小于6米时，要求承台底面进入砂质粘性土层≥200mm，经现场载荷试验后的地基承载力特征值fak≥200KPa。桩承载力折减后，桩数相应增加，承台增大，也提高了整个基础的安全储备。
五、结语
本工程已施工完毕，所有检测均满足规范要求，采用“短桩承载力折减，相应扩大承台”的处理手段是安全、经济的。可以在类似工程情况下使用。
参考文献
[1]建筑桩基技术规范 JGJ 3—2010.
[2]建筑地基基础设计规范 GB50007-2011.
[3]建筑抗震设计规范 GB50011-2010.
论文作者:朱桂滨
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/12
标签：承载力论文; 桩基论文; 特征值论文; 基础论文; 场地论文; 建筑论文; 地基论文; 《基层建设》2018年第20期论文;