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摘 要：根据场地地质情况，综合考虑及多方面多方案的比选，最终选择直径为0.8M和1.0M两种桩侧、桩端后注浆旋挖钢筋混凝土灌注桩基础形式，第七层为桩端持力层，桩基施工前先进行了试桩，确保桩基施工质量达到设计承载力的目标。
关键词：大直径旋挖灌注桩；桩侧；桩端后注浆；抗拔桩
中图分类号：TU470 文献标识码：B 文章编号：1671-3362（2013）03-0164-02
1 工程概况
长治市安康住宅小区位于长治市城东路东部，万博装饰广场东侧、总规划面积44万余平方米。场地分东西两两个小区，其中东区规划用地面积7万余平方米，地上建筑面积19万m2，地下车库，建筑面积约3.7万m2，西区规划用地面积11万余平方米，地上建筑面积25万m2，其北部沿附后东街排列布置8号、9号、10号三栋32层超高层建筑。本文仅叙述此三栋超高层建筑的基础选型及基础设计。
三栋超高层建筑均为地下2层，地上32层，建筑高度97.45米。地下一、二层高3.5m，地面以上均为住宅，其层高3m，结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构，剪力墙抗震等级2级，抗震设防烈度7度，设计地震分组第2组，设计基本地震加速度0.10g，工程建筑安全等级二级，，抗震设防类别丙类，地基基础设计等级为甲级，基本风压按50年一遇（承载力设计时按基本风压的1.1倍采用）0.5KN/㎡。
2 地质条件
建筑场地所属地貌单元为长治盆地东缘山前冲洪积倾斜平原。场地地形平坦，环境类别Ⅱ类，无液化土层，不考虑震陷，第一、二层为I级非自重湿陷性黄土，本工程已全部挖除，不考虑湿陷土层的影响，场地地下水主要接受上游径流及大气降水渗流补给，赋存于第四系冲洪积层空隙中，主要以地下径流方式向下游排泄。本次勘察范围内揭露地下水为孔隙型潜水，初见水位埋深为9.2～14.4米，稳定水位埋深为8.7～13.8米，稳定水位标高为92.17-94.16之间，勘察期间为丰水期。场地勘察等级甲级。
根据本次勘探结果及区域地质资料，场地及场地附近无全新活动断裂，亦不存在影响本工程安全的其它不良地质作用，该场地可视为稳定场地，适宜本工程建设。根据岩土工程勘察报告中剪切波速测试报告知，20m范围内土层等效剪切波速值各孔数值介于237-248m/s之间，均介于140-250m/s之间，场地覆盖层厚度大于50米，确定建筑场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为0.55s。在勘探深度范围内场地地层岩性自上而下主要土层的物理力学性能见下表1：
根據地质资料推荐，第5层粉质粘土层可作为CFG桩持力层（用于12F、17F、18F），第7层粉质粘土层可作为钢筋混凝土旋挖灌注桩持力层（有效桩长33米）。
3 基础选型
根据地质资料可选用CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩复合地基）；PHC桩（预应力高强混凝土管桩）；钢筋混凝土灌注桩（后注浆）等多种形式。CFG桩桩体材料中加入工业废料粉煤灰，可以减少环境污染又达到废物料的利用，桩体不配筋，充分发挥了桩间土的承载力，具有显著的经济效益和社会效益，近几年来CFG桩复合地基技术在我国的基本建设中起了非常重要的作用，从建筑到道路、煤矿已在大量的高层建均得到普遍应用。按照《高层建筑岩土工程勘察技术规程》JGJ72-2004第8.4.1条的规定，复合地基主要适用于本规范第3.0.1条所规定的勘察等级为乙级的高层建筑，对勘察等级为甲级的高层建筑采用复合地基方案时应进行专门研究并经充分论证，由于工程紧，因此排除CFG桩复合地基。
PHC桩具有供应充足，施工速度快，经济性好等优点，近年来在工业与民用建筑工程中广泛应用。该桩适用于承受竖向荷载的桩基，当有水平荷载作用时应验算后使用。就本工程而言，PKPM的竖向导荷桩顶竖向荷载标准值为5000KN～6500KN，厂家可提供管径400～600的桩型，取管径600，其单桩竖向承载力最大特征值仅3550KN，其单桩承载力远不能满足设计要求。故排除PHC桩基础。
钢筋混凝土灌注桩适用性广泛，但在施工中形成孔底沉渣不易清除而影响桩端助力发挥，侧壁因泥浆护壁形成泥皮而影响桩周助力发挥。在桩内预埋注浆管，在灌注桩混凝土终凝到一定强度后通过预埋的注浆管，用高压注浆泵以一定的压力将预定水灰比的水泥浆压人桩底，对桩底沉渣、桩端持力层及桩周泥皮起到渗透，劈裂充填，压实和固结作用，以此来提高桩的承载力，减少变形。后注浆灌注桩单桩极限承载力计算模式与普通灌注桩相同，区别在于侧阻力和端阻力乘以增强系数βsi和βp。βsi和βp对于不同的土层而不同。总的变化规律是：端阻的增幅高于侧阻，粗粒土的增幅高于细粒土，桩端桩侧复式注浆高于桩端桩侧单一注浆。经比较该工程选用后注浆灌注桩基础（采用桩端、桩侧复式注浆）。
4 桩基计算
根据桩基规范中基桩最小中心距3d（按非挤土灌注桩）的要求以及PKPM的竖向导荷结果，进行人工布桩。
PKPM的竖向导荷结果显示，1～9轴、12～20轴区域桩顶竖向荷载标准值为5500KN～6500KN，取桩径D=1000mm进行单桩竖向承载力计算。9～12轴区域桩顶竖向荷载标准值为4000KN～5000KN取桩径D=800mm进行单桩竖向承载力计算，采用桩侧桩端复式注浆，竖向增强段取桩端以上12m，混凝土强度等级采用C35，桩长33米，，桩端选第7层土为持力层。根据《建筑桩基技术规程》JGJ94-2008表5.3.10条的规定后注浆增强系数对于粉质粘土桩侧取值范围为1.4～1.8，本工程取1.6，桩端取值范围为2.2～2.5，本工程取2.4，验算过程如下：
单桩竖向极限承载力标准值计算：按桩基规范后注浆灌注桩计算公式Quk=uψsiqsikli+uψsiβsiqsiklipi+ψpβpqpkAp（其中ψsi、ψp为D大于800时侧阻、端阻尺寸效应系数）Ra=Quk/2分别求得桩径D=800、1000mm单桩竖向承载力特征值Ra=5211KN、6590KN。
桩身材料强度确定的单桩承载力计算：Ra=ψcfcAp，其中ψc为基桩成桩工艺系数，根据《建筑桩基技术规程》JGJ94-2008表5.8.3.3条的规定取0.70，按桩径D=800、1000mm分别计算得5873KN、9177KN。
单桩竖向承载力特征值取上述二者的较小值，D=800、1000mm分别为5211KN、6590KN。桩基计算满足设计要求。
桩基设计等级为甲级应进行沉降计算，采用等效作用分层总和法进行计算，等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加压力取承台底平均附加压力，等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。计算出最小沉降值56.0mm，最大沉降值79.6mm，桩基平均沉降S=67.8mm，最大差异沉降值远小于规范限制0.0025。
结语
随着我国城市化建设的迅猛发展，超高层建筑随之增多，在保证安全的前提下，如何高效而经济的设计此类建筑的基础，是我们每个结构工程师应该认真思考、深究、方案比对的过程，就本工程的基础设计而言，可以得出如下结论和经验：
（1）桩底注浆的单桩极限承载力均大于未注浆的单桩极限承载力，提高幅度为30%～50%，桩端桩侧同时注浆，单桩竖向承载力提高幅度更大，达80%。后注浆法是提高竖向承载力及减小承载力离散性的一项有效措施。
（2）经过注浆后的桩基沉降量较未注浆的桩基小。
（3）初灌量和超惯量的选择是重要的，直接关系到桩底、桩侧混凝土的密实度和成桩质量。
（4）从施工和检测结果看，本工程采用桩侧桩端复式注浆工艺是经济合理的。
关键词：大直径旋挖灌注桩；桩侧；桩端后注浆；抗拔桩
中图分类号：TU470 文献标识码：B 文章编号：1671-3362（2013）03-0164-02
1 工程概况
长治市安康住宅小区位于长治市城东路东部，万博装饰广场东侧、总规划面积44万余平方米。场地分东西两两个小区，其中东区规划用地面积7万余平方米，地上建筑面积19万m2，地下车库，建筑面积约3.7万m2，西区规划用地面积11万余平方米，地上建筑面积25万m2，其北部沿附后东街排列布置8号、9号、10号三栋32层超高层建筑。本文仅叙述此三栋超高层建筑的基础选型及基础设计。
三栋超高层建筑均为地下2层，地上32层，建筑高度97.45米。地下一、二层高3.5m，地面以上均为住宅，其层高3m，结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构，剪力墙抗震等级2级，抗震设防烈度7度，设计地震分组第2组，设计基本地震加速度0.10g，工程建筑安全等级二级，，抗震设防类别丙类，地基基础设计等级为甲级，基本风压按50年一遇（承载力设计时按基本风压的1.1倍采用）0.5KN/㎡。
2 地质条件
建筑场地所属地貌单元为长治盆地东缘山前冲洪积倾斜平原。场地地形平坦，环境类别Ⅱ类，无液化土层，不考虑震陷，第一、二层为I级非自重湿陷性黄土，本工程已全部挖除，不考虑湿陷土层的影响，场地地下水主要接受上游径流及大气降水渗流补给，赋存于第四系冲洪积层空隙中，主要以地下径流方式向下游排泄。本次勘察范围内揭露地下水为孔隙型潜水，初见水位埋深为9.2～14.4米，稳定水位埋深为8.7～13.8米，稳定水位标高为92.17-94.16之间，勘察期间为丰水期。场地勘察等级甲级。
根据本次勘探结果及区域地质资料，场地及场地附近无全新活动断裂，亦不存在影响本工程安全的其它不良地质作用，该场地可视为稳定场地，适宜本工程建设。根据岩土工程勘察报告中剪切波速测试报告知，20m范围内土层等效剪切波速值各孔数值介于237-248m/s之间，均介于140-250m/s之间，场地覆盖层厚度大于50米，确定建筑场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为0.55s。在勘探深度范围内场地地层岩性自上而下主要土层的物理力学性能见下表1：
根據地质资料推荐，第5层粉质粘土层可作为CFG桩持力层（用于12F、17F、18F），第7层粉质粘土层可作为钢筋混凝土旋挖灌注桩持力层（有效桩长33米）。
3 基础选型
根据地质资料可选用CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩复合地基）；PHC桩（预应力高强混凝土管桩）；钢筋混凝土灌注桩（后注浆）等多种形式。CFG桩桩体材料中加入工业废料粉煤灰，可以减少环境污染又达到废物料的利用，桩体不配筋，充分发挥了桩间土的承载力，具有显著的经济效益和社会效益，近几年来CFG桩复合地基技术在我国的基本建设中起了非常重要的作用，从建筑到道路、煤矿已在大量的高层建均得到普遍应用。按照《高层建筑岩土工程勘察技术规程》JGJ72-2004第8.4.1条的规定，复合地基主要适用于本规范第3.0.1条所规定的勘察等级为乙级的高层建筑，对勘察等级为甲级的高层建筑采用复合地基方案时应进行专门研究并经充分论证，由于工程紧，因此排除CFG桩复合地基。
PHC桩具有供应充足，施工速度快，经济性好等优点，近年来在工业与民用建筑工程中广泛应用。该桩适用于承受竖向荷载的桩基，当有水平荷载作用时应验算后使用。就本工程而言，PKPM的竖向导荷桩顶竖向荷载标准值为5000KN～6500KN，厂家可提供管径400～600的桩型，取管径600，其单桩竖向承载力最大特征值仅3550KN，其单桩承载力远不能满足设计要求。故排除PHC桩基础。
钢筋混凝土灌注桩适用性广泛，但在施工中形成孔底沉渣不易清除而影响桩端助力发挥，侧壁因泥浆护壁形成泥皮而影响桩周助力发挥。在桩内预埋注浆管，在灌注桩混凝土终凝到一定强度后通过预埋的注浆管，用高压注浆泵以一定的压力将预定水灰比的水泥浆压人桩底，对桩底沉渣、桩端持力层及桩周泥皮起到渗透，劈裂充填，压实和固结作用，以此来提高桩的承载力，减少变形。后注浆灌注桩单桩极限承载力计算模式与普通灌注桩相同，区别在于侧阻力和端阻力乘以增强系数βsi和βp。βsi和βp对于不同的土层而不同。总的变化规律是：端阻的增幅高于侧阻，粗粒土的增幅高于细粒土，桩端桩侧复式注浆高于桩端桩侧单一注浆。经比较该工程选用后注浆灌注桩基础（采用桩端、桩侧复式注浆）。
4 桩基计算
根据桩基规范中基桩最小中心距3d（按非挤土灌注桩）的要求以及PKPM的竖向导荷结果，进行人工布桩。
PKPM的竖向导荷结果显示，1～9轴、12～20轴区域桩顶竖向荷载标准值为5500KN～6500KN，取桩径D=1000mm进行单桩竖向承载力计算。9～12轴区域桩顶竖向荷载标准值为4000KN～5000KN取桩径D=800mm进行单桩竖向承载力计算，采用桩侧桩端复式注浆，竖向增强段取桩端以上12m，混凝土强度等级采用C35，桩长33米，，桩端选第7层土为持力层。根据《建筑桩基技术规程》JGJ94-2008表5.3.10条的规定后注浆增强系数对于粉质粘土桩侧取值范围为1.4～1.8，本工程取1.6，桩端取值范围为2.2～2.5，本工程取2.4，验算过程如下：
单桩竖向极限承载力标准值计算：按桩基规范后注浆灌注桩计算公式Quk=uψsiqsikli+uψsiβsiqsiklipi+ψpβpqpkAp（其中ψsi、ψp为D大于800时侧阻、端阻尺寸效应系数）Ra=Quk/2分别求得桩径D=800、1000mm单桩竖向承载力特征值Ra=5211KN、6590KN。
桩身材料强度确定的单桩承载力计算：Ra=ψcfcAp，其中ψc为基桩成桩工艺系数，根据《建筑桩基技术规程》JGJ94-2008表5.8.3.3条的规定取0.70，按桩径D=800、1000mm分别计算得5873KN、9177KN。
单桩竖向承载力特征值取上述二者的较小值，D=800、1000mm分别为5211KN、6590KN。桩基计算满足设计要求。
桩基设计等级为甲级应进行沉降计算，采用等效作用分层总和法进行计算，等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加压力取承台底平均附加压力，等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。计算出最小沉降值56.0mm，最大沉降值79.6mm，桩基平均沉降S=67.8mm，最大差异沉降值远小于规范限制0.0025。
结语
随着我国城市化建设的迅猛发展，超高层建筑随之增多，在保证安全的前提下，如何高效而经济的设计此类建筑的基础，是我们每个结构工程师应该认真思考、深究、方案比对的过程，就本工程的基础设计而言，可以得出如下结论和经验：
（1）桩底注浆的单桩极限承载力均大于未注浆的单桩极限承载力，提高幅度为30%～50%，桩端桩侧同时注浆，单桩竖向承载力提高幅度更大，达80%。后注浆法是提高竖向承载力及减小承载力离散性的一项有效措施。
（2）经过注浆后的桩基沉降量较未注浆的桩基小。
（3）初灌量和超惯量的选择是重要的，直接关系到桩底、桩侧混凝土的密实度和成桩质量。
（4）从施工和检测结果看，本工程采用桩侧桩端复式注浆工艺是经济合理的。