高层建筑大直径置换桩复合地基处理设计.docx

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高层建筑大直径置换桩复合地基处理设计

万科·金色城市（二期）

大直径置换桩复合地基处理设计

XXXX年XX月

1.前言

1.1工程概况

拟建万科·金色城市二期位于成都市龙泉驿区大面镇红柳东片区，东三环与绕城高速之间，地铁2号线成都行政学院站附近。

拟建项目由7栋高住宅楼、2栋商业楼和1栋垃圾用房组成。

住宅楼建筑层数为27～35层，高75.90～103.00m，商业楼为2～3F层，高13.50～16.5m，垃圾用房为1层，下设2层地下室。

各拟建建筑性质详见表1.1。

拟建建筑物性质简表表1.1

建筑物

名称

±0.00或设计地坪标高（m）

层数或

高度

（m）

结构

类型

按承载力或按变形设计

基础情况

型

式

尺

寸

埋深

（m）

单位荷重（kPa）或总荷重（kN）

地下室或地下设备情况

住宅楼3、4、6、9

528.50

35F（98.3-103m）

剪力墙

/

桩基础

约10.00

/

2

住宅楼5

528.50

27-28F（75.9-80.6m）

剪力墙

/

桩基础

约10.00

/

2

住宅楼7

528.50

28F（75.9-83.4m）

剪力墙

/

桩基础

约10.00

/

2

住宅楼8

528.50

33F（92.7-97.4m）

剪力墙

/

桩基础

约10.00

/

2

商业楼1

528.40

3F（16.50m）

框架

独立基础

约10.00

/

2

商业楼2

528.40

2F（13.50m）

框架

独立基础

约10.00

/

无

垃圾用房

528.40

1F

框架

独立基础

约10.00

/

无

纯地下室

528.50

框架

/

独立基础

约10.00

/

2

该工程由四川国恒建筑设计有限公司设计，中国建筑西南勘察设计研究院有限公司勘察。

其中7#、9#住宅楼设计为筏板基础，根据地勘资料基底局部范围存在强风化砂岩，天然地基不满足设计要求。

受成都万科龙锦置业有限公司的邀请，我司参与本场地7#、9#住宅楼地基处理投标。

1.2场地岩土工程地质条件

1.2.1场地位置及地貌

拟建万科·金色城市二期项目位于成都市龙泉驿区大面镇红柳东片区，东三环与绕城高速之间，地铁2号线成都行政学院站附近，驿都大道（老成渝公路）南侧。

拟建场地地形南侧高、北侧低，场地勘探点孔口标高为522.69～532.88m，高差10.19m。

建筑场地地貌单元属岷江水系Ⅲ级阶地。

1.2.2场区地层构成及特征

场地±0.0=528.50m，9#基底标高为518.0m，7#基底标高为516.8m，基底以下为白垩系上统夹关组（K2j）砂岩。

地层特征如下：

白垩系上统夹关组（K2j）

（3）砂岩（K2j）：

红褐色～紫红色，主要由长石、石英矿物成分组成，柱状结构，中厚～厚层状构造。

分布连续，场地内基岩顶面埋深为0.30～10.50m，标高为517.16～528.93m，局部地段夹强风化或中风化泥岩。

根据其风化程度划分为全风化、强风化、中等风化三个亚层。

（3-1）全风化砂岩：

红褐、紫红色。

岩体结构已全部破坏，回旋钻进极易，全风化呈砂土状状。

残存有少量1～2cm的碎岩块，岩质很软，用手易捏碎。

（3-2）强风化砂岩：

红褐、紫红色，柱状结构，中—厚层状构造，节理裂隙发育，夹泥质团块。

岩芯多呈碎块状，手可折断。

岩体基本完整，局部地段夹强风化泥岩。

（3-3）中等风化砂岩：

红褐、紫红色，柱状结构，岩质较硬，锤击声半哑～较脆。

节理裂隙较发育。

岩芯多呈短柱状，少量长柱状及碎块状,岩体完整，局部地段夹中风化泥岩。

本次勘察未揭穿，最大揭露厚度为27.50m。

1.2.3场地水文地质条件

根据地勘资料，场地地下水类型为上层滞水和基岩裂隙水。

上层滞水主要赋存于粘土层之上的填土层中，主要受大气降水补给源，水量相对较小，对地下工程基本无影响。

基岩裂隙水一般埋藏在块状强风化砂岩及中等风化砂岩节理裂隙发育地带内，主要受邻区地下水侧向补给，各地段富水性不一，无统一的自由水面。

含水量一般较小，水量主要受裂隙发育程度、连通性及隙面充填特征等因素的控制，在岩层较破碎的情况下，常形成局部富水段。

根据区域水文地质资料，场地潜水地下水位年变化幅度为1.50～2.00m，其中12、1、2月为枯水期，7、8、9月为丰水期。

场地粘土层为弱透水层。

砂岩渗透系数K约为0.027～2.01m/d，属弱～中等透水层。

地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

1.2.4各岩土层的工程特性指标

根据地勘资料，各岩土层的物理力学性质指标及土的承载力特征值等工程特征指标建议值见表1.2.4-1及表1.2.4-2。

表1.2.4-1岩土层的工程特性指标建议值

层

号

岩土

名称

重度

γ

（kN/m3）

压缩

模量

Es

（MPa）

变形

模量

Eo

（MPa）

抗剪强度

承载力

特征值

fak

（kPa）

地基

基床系数

K

（MN/m3）

地基土水平抗力系数的比例系数

m

（MN/m4）

粘聚力

Ck

（kPa）

内摩擦角

Φk

（°）

（1-1）

杂填土

18.0

/

/

10

12

/

/

6

（1-2）

素填土

19.0

/

/

12

10

/

/

8

（1-3）

淤泥

16.0

/

/

4

5

/

/

/

（2）

粘土

20.0

12.0

/

35

18

220

40

35

（3-1）

全风化砂岩

18.0

9.0

/

20

18

150

18

20

（3-2）

强风化砂岩

20.0

21.0

/

50

30

300

70

/

（3-3）

中等风化砂岩

23.5

/

/

300

38

1000

150

/

表1.2.4-2旋挖桩土体技术参数采用值

参数值

岩土名称

极限侧阻力标准值qsik（kPa

极限端阻力标准值qpk（kPa）

旋挖桩

旋挖桩

杂填土（1-1）

22

/

素填土（1-2）

30

/

淤泥（1-3）

10

/

粘土

（2）

85

/

全风化砂岩（3-1）

80

/

强风化砂岩（3-2）

120

1800

中等风化砂岩（3-3）

150

3800

注：

表中qp—单桩的端阻力特征值；

qsi—单桩第i层土的侧阻力特征值。

1.3编制依据

（1）招标文件；

（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）;

（3）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）;

（4）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）;

（5）《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2001）;

（6）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2009）;

（7）《四川省建筑地基基础质量检测若干规定》（2004修订本）;

（8）《万科·金色城市岩土工程勘察报告》（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，2013.02）。

（9）《成都市城乡建设委员会关于加强我市建筑工程大直径刚性桩复合地基应用管理的通知》（成建委（2013）333号）

2.地基加固方案设计

2.1设计要求

表2-1单栋建筑物地基处理后承载力设计要求

楼号

层数

承载力特征值

（kPa）

压缩模量

（MPa）

备注

9#住宅楼

35

600

35

基底标高518.0m

7#住宅楼

27

480

35

基底标高516.8m

2.2地基处理方案的选择

根据地勘报告，本工程9#、7#住宅楼基底下为全风化砂岩、强风化砂岩及中风化砂岩。

场地内分布的全风化砂岩层，其工程特性相对较差，承载力相对较低。

强风化砂岩层，工程力学性质较好，承载力较高、变形较小，但未经处理不适宜作为拟建高层建筑物的基础持力层。

因此需要对地基进行处理以满足设计要求。

根据设计要求及地质条件，9#、7#住宅楼拟采用大直径素砼置换桩复合地基，以强风化砂岩作为桩端持力层。

2.3置换桩参数的确定

2.3.1设计桩径、桩长

根据现有装备、技术水平及功效、造价对比，采用大直径素砼置换桩，直径采用1000mm，成孔工艺采用旋挖成孔。

根据地基承载力要求，结合地勘剖面图，桩长需穿过全风化砂岩进入强风化砂岩不小于1000mm。

2.3.2单桩承载力特征值

依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中7.1.5-3,：

式中：

up为桩的周长（m）；

n为桩所穿过的土层数；

li为第i层土的厚度（m）；

qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值（kPa）；

αp为桩端端阻力发挥系数，取1.0；

qp为桩端端阻力特征值（kPa）。

9#楼：

根据地勘剖面图，取57号钻孔地层资料进行单桩承载力计算，地层分布情况为：

全风化砂岩13.46m、强风化砂岩4.64m。

将上述地层参数代入计算式，得出单桩承载力Ra值如下：

单桩承载力特征值Ra=3272.911kN；

7#楼：

根据地勘剖面图，取38号钻孔地层资料进行单桩承载力计算，地层分布情况为：

全风化砂岩7.69m、强风化砂岩7.91m。

将上述地层参数代入计算式，得出单桩承载力Ra值如下：

单桩承载力特征值Ra=3164.212kN；

2.3.3置换率计算

依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中7.1.5-2：

式中:

fspk为不同建筑地基处理后承载力特征值；

fsk为桩间土承载力特征值（KPa，采用全风化砂岩层承载力特征值150kPa）：

m为面积置换率；

Ap为桩的截面积（m2）；

β为桩间土强度发挥系数,取1.0；

λ为单桩承载力发挥系数，取0.9；

Ra为单桩承载力特征值（kN）。

经计算:

9#楼：

得出素砼置换桩置换率m为0.125。

7#楼：

得出素砼置换桩置换率m为0.095。

2.3.4桩体强度

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中7.1.6条规定：

桩体抗压强度为：

得出:

9#楼素砼置换桩桩体

为15.002MPa，桩体设计强度等级取C20。

7#楼素砼置换桩桩体

为14.50MPa，桩体设计强度等级取C20。

2.3.6置换桩布置

旋挖桩采用正方形布桩。

旋挖桩间距按照以下公式计算：

m=d2/de2，de=1.13s

d为桩身平均直径，素砼置换桩取d=1.0m；

de为等效圆直径；

s为桩间距；

通过计算:

9#楼得出当置换桩采取正方形网格布置时，计算正方形网格布置桩间距为2.5032m，正方形网格布置桩间距取值为2.5m，面积置换率为0.125，满足设计要求。

7#楼得出当置换桩采取正方形网格布置时，计算正方形网格布置桩间距为2.8720m，正方形网格布置桩间距取值为2.8m，面积置换率为0.099，满足设计要求。

2.3.5压缩模量验算

复合地基的压缩模量按下式计算：

其中，

，fspk为复合地基承载力特征值，9#楼为605.15kPa，7#楼为497.21kPa；

fak为基础下天然地基承载力特征值，9#楼为150kPa，7#楼为150kPa；

Es为基础下天然地基压缩模量，9#楼为9MPa，7#楼为9MPa；

Esp为复合地基压缩模量。

由上式求得:

9#楼复合地基Esp=36.07MPa＞35MPa，满足设计要求，复合地基承载力计算值605.15kPa；

7#楼复合地基Esp=29.86MPa＜35MPa，不满足设计要求；

重新计算当正方形网格布置桩间距为2.5m时，复合地基Esp=35.13MPa＞35MPa，满足设计要求，复合地基承载力计算值585.54kPa，面积置换率为0.125。

2.3.7褥垫层设计

（1）厚度40cm，宽出基础外缘40cm。

（2）材料：

1:

3级配砂卵石或碎石（最大粒径≤3cm）。

（3）褥垫层需经静力压实法或动力压实法压实,其夯填度（即夯实后的厚度与虚铺厚度之比）不大于0.9。

施工过程中应加强地质验槽工作，如果遇到与地勘资料有出入或与方案设计不符的地方，须及时通知各方，进行方案调整，以保证地基加固处理达到设计效果。

2.4地基处理设计结论

9#楼复合地基承载力特征值fspk≥600kPa，变形模量Esp不小于35MPa。

采用素砼置换桩复合地基。

置换桩采用旋挖桩，以强风化砂岩作为桩端持力层,桩端进入强风化砂岩不小于1.0m。

设计桩径1000mm，桩间距2.5m*2.5m，面积置换率不小于0.125，设计桩长18.10m，设计单桩承载力3272.911kN，桩芯砼强度等级C20。

7#楼复合地基承载力特征值fspk≥480kPa，变形模量Esp不小于35MPa。

采用素砼置换桩复合地基。

置换桩采用旋挖桩，以强风化砂岩作为桩端持力层,桩端进入强风化砂岩不小于1.0m。

设计桩径1000mm，桩间距2.5m*2.5m，面积置换率不小于0.125，设计桩长15.60m，设计单桩承载力3164.212kN，桩芯砼强度等级C20。

2.5地基处理设计工作量

表2.5：

地基处理设计工作量统计表

楼号

设计桩径

设计桩长

设计桩数

桩长小计

褥垫层面积

（mm）

（m）

（根）

（m）

（m2）

9#

1000

18.1

168

3040.8

751.83

7#

1000

15.6

150

2340

712.28

注：

桩位分布情况详见“桩位平面布置图”

3.复合地基检测方案

3.1素砼置换桩复合地基检测

施工质量检验应检查施工记录、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度。

由于本工程采用素砼置换桩复合地基，单桩承载力3367.41kN和3256.701kN，复合地基承载力特征值达到600kPa和480kPa，根据《四川省建筑地基基础检测技术规程》（DBJ51/T014-2013）需要取总桩数的1.5%进行单桩复合地基载荷试验。

但由于在成都地区对于此类单桩承载力较高的复合地基采用复合地基载荷试验存在很多困难，因此拟采用以下检测方案：

采用单桩承载力载荷试验及桩间土载荷试验，最后采用复合的方式评价复合地基承载力，9

#、7#试验数量各为3点。

采用低应变法对桩身完整性进行检测，数量为旋挖桩总数的100%。

并采用声波法检测桩身完整性，数量为旋挖桩总数的10%。

（3）根据工程施工实际情况选取10%旋挖桩进行钻孔抽芯，以检验孔底沉渣厚度是否满足设计要求。

4.地基处理施工组织

4.1.施工准备

4.1.1施工现场准备

①现场办公区及工人生活区可根据现场业主或总包单位的安排进行搭建或租赁活动房。

②施工及生活用水、电已落实。

③平整施工现场道路，满足混凝土浇筑条件。

4.1.2技术准备

1、组织技术、施工管理人员熟悉图纸，学习有关施工规范和技术规程。

组织各专业工种进行设计技术交底、图纸会审，进一步熟悉施工组织设计。

2、做好安全技术交底工作。

本工程每一道工序开工前，均需进行技术交底，技术交底是施工企业技术管理的一个重要制度，是保证工程质量的重要因素，其目的是通过技术交底使参加施工的所有人员对工程技术要求做到心中有数，以便科学地组织施工和按合理的工序、工艺进行施工。

安全技术交底采用三级制，即项目部技术负责人→专业工长→各班班长。

技术交底均有书面文字，级级交底签字，技术负责人向专业工长进行交底要求细致、齐全、完善，并要结合具体操作部位、关键部位的质量要求，操作要点及注意事项等进行详细的讲述交代，工长接受后，应反复详细地向作业班组进行交代，班组长在接受交底后，应组织工人进行认真讨论，全面理解施工意图，确保工程的质量和进度。

3、根据总承包单位提供的测量基准点，进行桩位平面轴线及高程复核，重要控制点要做成相对永久性的标记。

4.1.3劳动力准备

本次施工均为我司自有的施工班组施工，施工人员与我司签有长期用工合同，劳动力完全能够满足本项目施工的需要。

劳动力计划表单位：

人

工种

按工程施工阶段投入劳动力情况

基桩

褥垫层

砼工

6

旋挖钻机机手

2

装载机司机

1

1

电工

2

2

机修工

2

2

测量工

2

2

普工

5

10

清洁工

2

2

4.1.4施工机具准备

针对本项目的实际情况，为确保施工进度，结合工程的特点及工程要求，我部将根据施工需要和现场进度情况及时安排各种机械设备的进场。

主要施工设备表

序号

种类（名称）

型号

数量

用途

1

旋挖机

SANY

2

旋挖桩

2

吊车

16吨

1

旋挖桩砼浇筑

3

挖掘机

神钢260

1

弃土处理

4

装载机

50型

1

平场、褥垫层铺设

5

泥浆泵

WS40-20

2

泥浆抽排

6

全站仪

TC2000

1

工程测量

7

水准仪

N2

2

工程测量

4.1.5施工材料准备

本项目的主要材料是商品混凝土和褥垫层用级配碎石，混凝土单日方量约100m³以上，采用具有资质、实力的供应商，确保商混供应及时，目前已基本敲定；褥垫层用级配碎石已落实，计划在拌料场将级配碎石搅拌后由货车运至现场。

4.2.施工工序的安排部署简介

4.2.1施工工序

开挖平场至施工作业面标高→测量放线→成孔→验孔→浇注混凝土至基础设计底标高→基槽开挖至褥垫层底标高→裁桩头→桩身砼完整性检测→承载力检测→铺设褥垫层→下一道工序施工；

4.2.2主要分项工程施工简述

1、测量放线

根据旋挖桩平面布置图并结合基础施工图，用全站仪施放各桩位置，桩位测放后由监理工程师验收后妥善保护。

2、制备泥浆

施工前应进行泥浆循环系统的布置，泥浆循环系统有泥浆池、沉淀池、泥浆泵、泥浆搅拌设备组成，并配有排水清渣设施。

泥浆池、沉淀池应及时清理。

泥浆性能对成孔质量与进度有较大影响，应予以高度重视，应设专人进行泥浆的配置工作。

施工中采用优质膨润土加纯碱和水制成化学泥浆，制备的泥浆性能应满足比重1.05～1.2，粘度不大于16～22s，含砂量小于4%。

由于化学泥浆造价高应尽量重复使用，施工中应根据不同的地层对制备泥浆的性能进行调整。

对于灌注返出的泥浆，经处理后符合要求的泥浆可重复使用。

3、埋设护筒

旋挖钻机开孔前埋设钢护筒，保持孔口稳定。

护筒采用10mm厚钢板卷制而成，内径比设计桩径大20cm。

埋设后顶部高出自然地面不少于30cm。

埋设前先依照桩位引出四个控制桩，埋设护筒时参考四个控制桩控制护筒偏差；施工中护筒偏差均控制在20mm以内。

4、成孔施工

钻机对位应采用十字线，用钻头对准十字线交点，确认符合要求后，开始钻进。

旋挖钻机采用制备化学泥浆护壁。

钻进时每回次进尺控制在50cm以内，提钻应缓慢，及时向孔内补充备用泥浆，保证孔内浆面高于护筒底部。

钻进过程中应认真填写施工记录，详细记录地层变化、钻进过程中出现的有关问题、处理措施及效果等，钻机操作手或班长必须在钻孔记录上签字。

钻机在成孔过程中对孔的垂直度、孔深有自动控制系统，钻头采用旋挖筒式钻头全断面切削土层，待钻头装满后提出孔外。

土层钻进使用挖泥钻头，进入砂层后采用捞砂钻头，终孔后采用捞砂钻头清孔，控制沉渣厚度不大于50mm。

5、砼灌注

（1）导管法水下砼灌注施工工艺

水下灌注砼工艺流程：

检查孔底杂物－→吊车就位－→下设导管－→连接料斗－→灌注砼

（2）导管法水下砼灌注施工方案

①采用导管法灌注，导管采用φ250mm卷管，法兰盘连接，法兰盘之间采用厚4～5mm橡胶板制密封圈密封，密封必须可靠，不漏气、不漏水。

②施工时吊车就位要平稳，摆放要合理。

③导管下设长度应根据实际孔深确定，保证导管下端距孔底满足20～25cm。

④当所有灌注准备工作就绪并经验收合格后，方可通知供应混凝土。

⑤采用自密性混凝土，必须满足的技术条件：

a.必须具有良好的和易性，掺入高效减水剂，保证混凝土停放2小时内不损失坍落度。

配合比应事先试验确定。

混凝土坍落度18～22cm。

b.水泥为强度等级大于或等于32.5（R）的普通硅酸盐水泥。

c.控制水灰比0.5-0.6，最小水泥用量360Kg/m3（当掺入外加剂时，水泥用量不受此限制）。

⑥初灌量是砼灌注的关键指标，初灌后应保证导管埋置深度不少于0.8m。

初灌采用活门法隔水，漏斗与导管之间设置活门，当漏斗中装满混凝土后，打开活门，混凝土在重力的作用下迅速下行，排出导管内泥浆而达到孔底，排出孔底泥浆、沉渣，并将导管口埋入一定深度。

⑦灌注过程中应于每斗砼灌注后及时测量砼面上升高度，计算导管埋深，并及时拆卸导管，导管埋置深度不宜大于6.0m。

每次拆卸导管后，导管埋置深度不得少于2.0m。

⑧混凝土灌注由专人负责，经常检查坍落度，待灌注时间按30分钟进行控制，不得大于1个小时。

砼灌注过程中应组织好人力、物力，确保连续灌注，不得中间停顿。

水下灌注砼应在最短时间内完成。

（3）做好桩芯砼浇灌记录,对于发生的故障及其处理情况,应记录在案。

并应保证灌注至设计标高以上。

（4）在砼浇筑前，应事先测好每个桩孔标高，设计桩孔标高用红油漆作上标记，以便砼浇注时，控制标高，根据现场实际浇筑时桩顶浮浆情况确定超灌高度，保证凿除浮浆后桩顶砼质量，本工程超灌高度一般为20～50cm，若浮浆较多时需适当增加超灌高度。

混凝土初凝后洒水养护。

（5）做好每根桩的浇注记录，按规范要求，做到一桩一记。

（6）试块留置

按照规范要求，结合本工程实际，桩身砼在现场留取试件，每50立方米或每根桩取一组试块。

。

6、特殊过程和关键过程控制

本工程旋挖桩施工的全过程都是关键过程。

关键点：

（1）在挖孔时，必须将土挖至设计桩长位置，确保桩端置于持力层深度满足设计要求。

（2）严格控制混凝土配合比。

关键点的控制措施：

（1）质检员应严格检查工程质量，特别是关键点的质量控制，及时纠正不规范的操作，并按“施工技术交底”的处罚措施进行处罚，并报项目经理，采取纠正措施。

（2）项目经理应随时抽查工程质量，确保施工满足技术要求，对不合格项，坚决追究相关人员的责任。

7、质量控制标准

（1）旋挖桩成孔孔质量标准见下表：

成孔验收质量标准

护筒埋设偏差（mm）

孔径（mm）

孔深（mm）

桩位偏差（mm）

垂直度偏差

沉渣厚度（mm）

≤50

±50

不小于设计深度

边桩d/6，且不大于100mm；

中间桩d/4，且不大于150mm

≤1%

≤50

（2）灌注桩的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。

（3）实际浇筑混凝土量，严禁小于计算体积。

（4）浇筑混凝土后的桩顶标高及浮浆的处理，必须符合设计要求和施工规范的规定。

8、地基检测

旋挖桩施工后一定时间间隔（一般需间隔14-28天）后，由建设单位委托具有法定资格的地基检测单位进行地基检测。

9、铺设褥垫层

1、基层处理。

①检查置换桩虚桩头破除后的桩面情况：

清除桩顶浮浆，直到露出新鲜的砼面，并对桩顶进行凿平，桩头破除过程中禁止采用大型机械以免破坏桩身结构，本工程拟采用风镐