高层桩型比选

清远市新城区凤城郦都住宅小区二期工程高层桩基础方案

选型建议

一、依据

本项目岩土工程勘察报告、工程经验、有关规范等。

二、工程概况

住宅包括低层、多层及高层，高层层数为26—32层，商业及会所等为2—3层，集中商业设计一层地下室，住宅部分设计为半地下室。本工程分二期建设，主要建筑物见下表。

本工程外地台设计±0.00 m为绝对标高14.20m(黄海高程)。

三、工程地质概况

（略，见勘察报告）

四、岩溶地区桩基应用的一些现状

深圳龙岗中心城片区，普遍呈岩溶地貌，是典型的岩溶地区。盛龙花园的建设方曾对盛龙花园周边的桩基工程进行过调查，该地区有溶岩地质条件的桩基工程在桩型的选择时都有较大反复，主要案例有：

（1）“东方明珠城”距盛龙花园约200 m，与盛龙花园隔龙岗河相望，距龙岗河15 m，共7栋塔楼，最高的塔楼32层。桩基础总数的2/3为冲孔桩，1/3为人工挖孔桩，桩基础总施工工期7个月。挖孔桩施工曾引起邻近道路沉降。

（2）“龙园印象”距盛龙花园约600 m，共5栋18层的塔楼。工程先采用

锤击预应力管桩，因断桩严重，改为人工挖孔桩，又因地下水太丰富，最后全部改用冲孔桩。桩基础总施工工期6个月。

（3）“君悦龙庭”共14栋28层塔楼。地质条件与盛龙花园非常类似，塔楼范围全部采用冲孔灌注桩，在开工前做了详细的地质勘察工作，超前钻探见溶洞率27%左右，但在完成桩基施工后的抽芯检测中仍然发现桩底有溶洞，钻芯检查范围从10%扩大到30%，还是不合格，钻芯检测与超前钻探的吻合率小于90%，最后必须进行普检（100%基桩钻芯检测）。该项目用了约三年时间才完成桩基的检测和整改工作。有大量的文献（超过300篇）探讨、介绍岩溶地质中灌注桩的施工处理，可见岩溶地区桩施工的艰难程度。

岩溶地区主要使用的桩型有：钻（冲）孔灌注桩、人工挖孔桩、预应力管桩及预制桩、夯扩桩、CFG桩及复合地基。综合收集的大量资料，各种桩型的应用主要有以下情况：

（1）钻（冲）孔桩是在岩溶地区高层建筑中应用最为广泛的一种桩型。尽管冲（钻）孔桩费用高，对场地环境污染较大，但几乎所有的地勘报告在相比之下都建议采用这种桩型。钻（冲）孔桩存在的问题是孔底清渣困难，发育的溶洞对冲桩施工带来困难，也会造成漏浆、漏水、卡钻(锤)、掉钻（锤）、埋钻（锤）、

塌孔、偏孔等现象。

（2）挖孔桩是在基岩埋深较浅和地下水不丰富时的一种选择。岩溶地质一般存在软夹层和较丰富的地下水，大面积降水也会对邻近建筑物、管网和道路造成不良影响，易出现涌水、涌砂、掉入土洞等现象，所以除基岩浅埋的情况外，通常也不建议采用人工挖孔桩。在溶岩浅埋地区的工程中，冲（钻）孔桩与挖孔桩相结合是较常见的一种做法。

（3）由于岩面高低不平，预制桩或预应力管桩在施工中易产生滑桩、断桩，也无法穿过夹层或孤石，除岩溶不发育和地下有淤泥、土洞、流砂、地下溶洞连通暗河的情况，通常建议不宜采用。

（4）在溶岩地区夯扩桩和复合地基也较为常用，多层建筑采用夯扩桩和深层搅拌法复合地基，高层建筑采用CFG桩法，但是由于承载力小而受到制约。

五、岩溶地区桩基选型的一些思路

（1）在较复杂的岩溶地区选择桩基，可先考虑有无办法避开复杂地质环境，其次考虑能否分散载荷到溶岩上，最后才是选择“一桩一柱”的桩型。

（2）当上覆土层是足够深和能提供高桩侧摩阻力的黏土层时，可选择合适的单桩承载力和桩径，采用摩擦桩，不触及基岩，从而避开岩溶。当采用预制桩时，为了解黏土时效性的强弱，得到较准确的沉桩压力，使单桩承载力最大化，

设计前应进行试桩。

（3）如基岩埋藏较浅或上覆土层无法提供有效的桩侧阻力，只能按端承桩设计桩基时，就应该考虑分散上部结构的荷载减少溶洞塌陷的风险，采用低承载力的群桩加局部或整体筏板的做法。同样，采用预制桩时，也要通过试桩来取得在合适废桩率下的合适沉桩力，以确定单桩承载力。

（4）在溶岩浅埋、地下水又不丰富时，可选择挖孔桩，但应做好超前钻探，

探明下卧溶洞的分布，承载力不能取大，应充分考虑桩基局部失效的可能性。

（5）岩溶地区地下水一般较丰富，如采用灌注桩较难保证桩身质量，应优先考虑采用预制桩和预应力管桩，且预应力管桩的抗折能力远胜于一般的预制

桩。

（6）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）第8.5.5条规定“嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。”岩溶地区地质复杂，岩面高低变化极大，且溶洞内多有填充物，尚无可靠的物探办法能充分探明地下岩溶的分布以规避桩底存在溶洞的风险。应慎用一柱一桩，避免激化矛盾。

六、本项目高层建筑桩型选择的一点建议

1、本项目地质特点相应桩基特点

根据勘察结果，场地内埋藏的软土主要有：属泻湖相淤积层淤泥、淤泥质土（①-4、②-3层）。①-4层厚0.8~17米，埋深0~8.55米；②-3层厚0.8~8米，埋深2.8~13.5米。

溶洞尚处在溶蚀发展期，稳定性差，对场内地基稳定带来不利影响。溶洞埋深9.80~33.70m，平均17.36m；溶洞标高-0.96~-25.09m，平均-8.27m；溶洞大小0.20~19.75m，平均2.03m。

根据本场地地质特点，地表有一层松散填土，软土（淤泥质土）很厚，溶洞分布广且普遍埋深并不深，基岩（微风化灰岩）埋深大都并不深（顶板埋深最深14.5米）。整个场地地层变化非常大，场地承载力较高（f ak=250kPa)的土层：②-2层花斑状粉质粘土，厚度分布也很不均匀，且下卧有软弱土层和浅埋溶洞。

从地质情况特点分析，对于高层建筑，不管采用什么桩型，都要考虑以下几点：

（1）因为上部土层强度较低，提供的桩侧摩阻力小，桩端持力层都要选在基岩（微风化灰岩），要按端承桩为主进行设计；

（2）场地内①-1素填土层、①-4淤泥、淤泥质土及②-3层淤泥质土属于高压缩性软弱土，工程特性差，为新近沉积欠固结土，应考虑桩周土的负摩擦影响；

（3）桩端基岩浅埋溶洞都需要进行处理。

2、预应力管桩

（1）静压（锤击）预制管桩断桩率高，断桩率10%,甚至有的高达30～60％，不太适合石灰岩地区。要通过试桩取得合适的废桩率后选用。

（2）PHC管桩对邻近建（构）筑物有明显的挤土效应，对于本场地分期开发的项目，尤其要注意采用可靠的监测预防措施和合理施工顺序与工艺，减少和

预防对邻近已建建（构）筑物的影响。当对已施工邻近建（构）筑物影响较大时，可能考虑采用引孔施工。

（3）岩溶地区PHC管桩基础可避免灌注桩基础施工时容易漏浆、塌孔等缺陷，但不能确保其能永久地安全使用，原因在于土洞、溶洞会发展的，部分溶洞顶板以上软弱土层太厚，当水平荷载较大时难以保证其水平稳定性；桩底溶洞和桩身穿越的溶洞复杂多变且溶洞填充物性质各异，溶洞仍存在继续发育扩大的可能，不能保证管桩长期稳定。鉴于此，必须进行桩底加固处理。加固措施主要是桩底喷浆、后注浆技术，包括高压注浆、高压旋喷等方式。

（4）在岩溶地区采用预应力管桩，要充分了解岩溶地质的特征，尽量减少断桩的发生，岩溶地区PHC管桩应用注意事项：

1）PHC管桩选型

由于岩溶地区的PHC管桩的端承持力层一般为岩溶洞顶板，应考虑场地内的地质状况、桩长、持力层深度和厚度，适当加大桩距，减少挤土效应，原则上不采用300 mm和600 mm管桩，因300 mm管桩断桩率高，而600 mm管桩的承载力得不到充分利用容易造成浪费。一般采用直径400 mm管桩，单桩竖向承载力特征值取600~ 1000 kN之间，500 mm管桩取值1000~1500 kN之间为宜。

2)选用合适的桩锤或静压机的终压值

通过充分考虑PHC管桩的形状、尺寸、重量、入土长度、结构形式土质及掌握现有各种锤的特性，桩锤的夯击能量必须克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等贯入阻力。

静压桩机一般都应在600 t以上，大型桩机接地压强小，可有效地减少陷机，终压力可以通过配重来调整，适用于地下存在淤泥土洞流砂地下溶洞连通暗河等岩溶地质，在施工时可听到穿越岩洞顶板的响声和桩孔喷泥浆等现象，其单桩竖向承载力可由静力压机处直接读出，直观且易掌握，终压值一般为单桩竖向承载力特征值3.0~ 3.5倍为宜，防止在土岩软弱过渡层出现断桩现象。

3）选用合适的桩尖

岩溶地区由于岩面不规则，坡度大，因此采用圆锥形桩尖为宜，可以增强桩尖的嵌岩能力，提高桩的稳定性。

4）收锤标准

岩溶地区PHC管桩一般选择灰岩作为桩端持力层，收锤标准可定为20~ 50 mm/10锤，每根桩总锤数最好控制在2000锤内，最后1m 的锤击数不宜超过200 锤。

3、CFG桩

CFG桩复合地基和冲孔灌注桩基础方案在高层建筑中都已有很多成功的应用，CFG桩复合地基在高层建筑的运用中常常表现出来或被认为具有工程造价节省、工期短的优点。

采用复合地基的优势，在于一是能充分利用桩间土较高的承载力；二是基岩埋深较深时，复合地基的桩长可以不用采用桩基础一样那么深到基岩，CFG桩主要靠摩阻力，桩侧土层、持力层比较均匀稳定。

31（32）层超高层建筑，荷载大，对加固后的地基承载力和变形要求都较高。如果采用CFG桩复合地基，有一层地下室，基底落在填土、淤泥质土和粉质粘土上，基底持力土层变化大，承载力很低（有的地方即使有粉质粘土出露也是薄层

的），天然地基土承载力利用价值不高。

另外，对于31（32）层超高层，复合地基承载力地基承载力特征值估计需要达500kPa，单桩承载力特征值要求很高，桩长要到基岩，桩侧土层软弱，侧摩阻小，要充分利用桩端阻力，桩端持力层下的浅埋溶洞也要处理。这样桩径要大，桩间距要密，桩芯砼可能要采用C25。该场地淤泥（淤泥质土）厚，地层软弱，很不均匀，桩侧阻力小。没到基岩的桩承载力不高，目前正在施工的φ400混凝土桩，淤泥（淤泥质土）很厚（达10米以上）的部位单桩承载力不高，一般200~300kPa。既然桩间土承载力低其利用价值不高，场地土层软弱其后期固结沉降较大，桩产生较大的负摩阻力，复合地基沉降大，最后可能桩间土与筏板基础（褥垫层）脱空，又成了群桩基础。因此，本场地对于高层建筑建议不采用CFG桩。

4、冲孔灌注桩

岩溶地区高层建筑采用冲孔灌注桩，在技术上是可行的，已经有很多成功经验。在经济上，对于溶洞处理，冲孔桩主要填充片石和粘土，溶洞处理费用要省一些。

如果在钢筋笼上安装桩侧桩端注浆管，采用后注浆技术，可显著提高单桩承载力，又可有效地处理桩底溶洞，持力层稳定，技术上有很大改善，并且可取得较大的经济效益。

因此，从以上定性分析，建议本场地高层建筑采用冲孔桩加后注浆技术，其次考虑采用管桩群桩基础。具体需要主体设计单位通过定性和定量进行技术经济比较，最后确定高层建筑的基础方案。