某项目桩基方案选择

黄鑫

摘  要：地基处理是一个建设工程项目的重要组成部分，也会直接影响建设工程项目造价和收益。通过分析具体项目的工程地质条件，提出切实可行的桩基方案对比，并形成桩基方案结论。

关键词：PHC管桩；旋挖灌注桩；方案选择

1. 工程概况

北方某项目场地地貌属荒漠草原，地势较平坦，地面高程在1173.89m～1175.75m之间，最大高差为1.86m，场地整体呈西南高东北低，场地最大坡度约为1%，地形地貌简单，地层以白垩系下统黄绿色泥岩为主，表层为河流侵蚀堆积成因细砂，地层岩性分布比较均匀。

2. 工程地质条件

2.1地层岩性特征

本次勘察查明，在30米钻探深度范围内，根据成因及岩性的不同，场地地层可分为以下几个单元层，现分别描述如下：

第①单元层杂填土（Q4ml）：杂色，稍湿，松散；以细砂为主，局部为全风化泥岩碎屑，地表30~50cm可见植物根系。层厚变化在1.40～5.70米之间，层底标高变化在1168.86～1173.42米之间，在场地内广泛分布，所有钻孔可见。

第②单元层细砂（Q4al）：棕红色，稍湿，密实；散粒状，成分以长石、石英为主，粒径均匀，砂质较纯，分选性较好。层厚变化在5.60～24.30米之间，层底标高变化在1145.93～1166.75米之间，在场地内广泛分布，所有钻孔可见。

第③单元层全风化泥岩（K）：黄绿色；层状结构，泥质胶结，胶结弱，矿物风化蚀变不明显，风化裂隙较发育，岩芯多呈碎块状，锤击声哑、易碎，岩质较软，易风化及崩解，属易软化的极软岩，RQD差，质量等级Ⅴ级。层厚变化在1.20～1.80米之间，层底标高变化在1148.56～1165.35米之间，在场地内局部分布。

第④单元层强风化泥岩（K）：黄绿色；泥质胶结，胶结较差，破碎-碎裂状结构，矿物风化蚀变显著，风化裂隙发育，裂隙多为张裂隙，裂隙面多为粘性土地充填，岩芯多呈碎块状，少为短柱状，采取率80%～85%，RQD较差，质量等级Ⅴ级，易风化及与水易软化崩解。层厚变化在1.30～1.70米之间，层底标高变化在1147.94～1163.65米之间，在场地内局部分布。

第⑤单元层中风化泥岩（K）：黄绿色；泥质结构，层状构造，水平层理，岩芯多呈长柱状，局部夹薄层砂岩，岩石易软化，岩体完成程度为较完整，质量等级Ⅳ级，质量指标RQD较差，易风化、遇水后易软化崩解，在场地内局部分布。本次勘察30米钻探深度内未揭穿此层。

2.2地基评价

根据本次勘察所取试验样品分析及原位测试结果按地基基础设计规范要求，提供场地各岩土层承载力特征值如下表：

物理力学指标综合成果表

地层编号	岩土名称	内摩擦角度φ（°）	粘聚力 c(kPa)	E0 MPa	天然单轴抗压强度f∝(MPa)	饱和单轴抗压强度frc(MPa)	天然 重度 KN/m3	地基承载力承载力fak（kPa）
①	杂填土	15*	/	/	/	/	14.5*	/
②	细砂	22*	3*	20*	/	/	18.0*	200
③	全风化泥岩	25*	28*	12*	/	/	20.1*	220
④	强风化泥岩	30*	35*	25*	/	/	21.9*	260
⑤	中风化泥岩	35*	40*	32*	1.19	0.51	22.7	320

2.3 地震效应

依据《建筑抗震设计规范（2016年版）》（GB50011-2010）（以下简称《抗规》），本项目所在地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第三组。

依据《抗规》4.3.1规定和临近场地剪切波速资料，场地土剪切波速250米/秒＜Vse≤500米/秒,场地土属于中硬土，覆盖层厚度大于5米，场地类别为Ⅱ类，综合判定拟建场地属抗震有利地段。

依据《抗规》和场地实测地基剪切波速资料判定的场地类别及工程场地设计地震分组，本工程场地设计特征周期为0.45s，罕遇地震条件的特征周期为0.50s；根据抗震设防烈度及设计基本地震加速度，本工程多遇地震条件下水平地震影响系数最大值为αmax=0.04，罕遇地震条件下水平地震影响系数最大值为αmax=0.28。

2.4水土腐蚀性

勘察期间，勘察深度范围内未见地下水。不考虑水对结构的腐蚀性。

依据现行《岩土工程勘察规范》的相关规定，综合评价土对混凝土结构具有微腐蚀性；对混凝土中钢筋、钢结构有微腐蚀性。

2.5液化判别

依据《抗规》4.3.2规定，本项目场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，故不需要进行液化判别。

2.6冻胀性评价

伊金霍洛旗区域标准冻结深度为1.50m，场地土属季节性冻土，在冻深范围内地层为第①层杂填土、②层细砂。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2010）附录G，第①层杂填土，工程性质较差，不可作为天然地基，需进行处理，故不考虑其冻胀性；②层细砂（粒径小于0.075mm颗粒含量不大于10%），冻胀类别属不胀冻，冻胀等级为Ⅰ级。

2.7场地的稳定性和适宜性评价

根据勘察深度范围内所取得的资料，结合区域地质调查分析，场地范围内不具备破坏性的不良地质作用和地质灾害（如滑坡、泥石流、液化现象等），也没有与建筑有关的环境地质问题，场地稳定，适宜本工程建设。

2.8基础形式建议

本项目的主要建(构)筑物—主厂房（除氧煤仓间）、三号锅炉房、三号除尘器支架、三号渣仓、输煤栈桥等基础底面荷载大，对地基承载力、沉降量及差异沉降要求高。根据场地的岩土条件、电厂地基处理经验及参考紧邻的煤液化厂的各类建(构)筑物的地基处理方案，为保证电站的安全运行，对主要建(构)筑物采用桩基方案。

根据一期工程经验，采用钻孔灌注桩。

综上所述，并考虑布桩的合理性，主要建(构)筑物的桩基方案如下：采用钢筋混凝土灌注桩，桩径600mm或800mm，以泥岩为桩端持力层，进入持力层适当深度(2～3D)。

对厂区内的荷载相对较小的建筑物，考虑采用天然地基。基础视荷载大小采用无筋扩展基础、扩展基础及条形基础、筏板基础等，埋深按2.5m～3.0m。局部考虑换填，采用级配砂石。

3. 地基处理方式

3.1 基础方案选择

本项目为扩建项目，主厂房及锅炉基础持力层范围的主要分布：①杂填土、②细砂、③全风化泥岩、④强风化泥岩、⑤中风化泥岩。基底主要下卧层物理力学性能偏差，地基承载力特征值：200kPa，对主厂房（除氧煤仓间）、三号锅炉房等基础底面荷载大的建构筑物来说，承载力较差。因此，如果用天然地基作为主厂房（除氧煤仓间）、三号锅炉房等（厂区重要建筑物、荷载大、沉降控制较严）的持力层或下卧层，安全性、可靠性不如桩基方案。同时作为扩建工程，地基基础方案最好与一期保持一致。结合主厂房结构的受力特点和场地地质条件，采用桩基础作为主厂房（除氧煤仓间）、三号锅炉房等建构筑物的基础型式是合理的。

3.2 桩基方案确定

根据上文的论述，主厂房、锅炉等基础采用桩基方案。根据场地地质情况并结合当地施工条件，桩基方案考虑选用旋挖成孔灌注桩和PHC桩。当采用PHC桩比选时，考虑沉桩存在挤土效应，采用引孔措施，防止沉桩对原有建构屋的影响。

基桩设计经过估算，桩侧摩阻力明显超过了桩端阻力，所以桩顶的竖向承载力主要有桩侧摩阻力承受，属侧摩阻力占主要的摩擦桩。

3.2.1 两种桩型的比较

两种桩型适用范围特点

桩型	PHC管桩	旋挖灌注桩
适用自然条件	1．适用于一般性软土地基，但当桩基需穿过深厚砂土层或遇地下障碍物时，沉桩有一定困难，应配备相应的辅助措施，如引孔；但引孔会增加成本，还会降低桩侧阻力。	1．适用于各类土层和岩层上，可穿过各种软、硬夹层，对复杂地质的施工适应性较强。
基础结构特点	1．桩身强度高，桩身质量容易保证和控制。 2．单桩承载力较高。抗剪抗弯矩能力较小。 3．接头多易出问题。抗拔能力差。 4.通常桩数偏多，对于荷载较大的工业建筑，基础及承台布置困难	1．成桩直径和桩长灵活，2．单桩承载力大。 3．抗拔可行。 4．桩身直径较大，工程量相对较大。
施工技术与施工质量	1．工程地区应具备PHC 桩在预制、接桩、运输及施打等方面的技术和设备； 2．桩身质量可靠，施工质量较易控制。施工速度快，工期短，不受地下水位影响，不存在排浆问题。 3．锤击沉桩时，噪音大。 4．对持力层起伏较大的适应性较差，接桩和补桩工作影响工期。 5.不易穿透较硬密实土层 6.排土量大，挤土比较严重，群桩施工时，易造成隆起及邻桩桩身偏移。	1．工期短，操作人员少，危险性小。 2．在粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺。在松散易坍塌地层，采用泥浆护壁钻进工艺或下钢套管（需拔管）。 3．扩大头施工及沉渣清理质量较难控制。
环境影响	1．沉桩时有震动和噪声，挤土量大，地表有沉陷，对周围环境有一定影响。 2．使用柴油锤时，废气中的柴油沫可能污染水体。	1．造孔污染很多。在施工过程中无很大的噪声和振动。

3.4.2 桩基方案论证结论

由该场地的土层分布可知，桩身大部分需要穿越密实状态的细砂层。若采用PHC管桩，成桩会比较困难，需要进行引孔，且存在挤土效应，对原有建构筑物影响较大，基桩长度较大，存在多次接桩。根据以往的工程经验，该类土层在打桩施工时易发生措桩、断桩等情况。

综上所述，单从工程安全（对原有建构筑物的保护）、工期的角度来看，钻孔灌注桩方案占显著优势。针对该工程地质条件，设计层面还有些不确定因素，结合现场所见已有桩型应用，本阶段第一推荐方案为旋挖灌注桩方案。

参考文献：

[1]熊志勇. 公路桥梁项目施工中的桩基施工技术要点.市政工程,2021-05.