于忠誠，董 玲

（1.沈陽建筑大學(xué) 后勤服務(wù)集團(tuán)，遼寧 沈陽 110168；2.遼寧省建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

我校自2000年辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大就開始籌備新校區(qū)的建設(shè)。作為一所土木建筑類的專業(yè)院校，綜合分析新校區(qū)場(chǎng)地的地質(zhì)條件、進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)、創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工工藝，采取什么樣的基礎(chǔ)類型成為了一項(xiàng)主要的問題。最后，通過專家對(duì)沈陽市適用的各種基礎(chǔ)類型的認(rèn)真對(duì)比、研究與論證，根據(jù)我校當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況最終采用了人工挖孔擴(kuò)底灌注樁。

1 學(xué)校概況及規(guī)劃方案的抉擇

經(jīng)多年發(fā)展，教育部批準(zhǔn)原沈陽建筑工程學(xué)院更名為沈陽建筑大學(xué)；曾教學(xué)用地面積總計(jì)268畝，在校生已經(jīng)達(dá)到5300人，高校教學(xué)用房和嚴(yán)重不足。為適應(yīng)地方高校發(fā)展的需要，解決學(xué)校二處辦學(xué)和學(xué)校學(xué)生規(guī)模發(fā)展的需要，2000年開始，經(jīng)學(xué)校黨委研究決定，我校準(zhǔn)備易地建設(shè)新校區(qū)。經(jīng)過認(rèn)真、細(xì)致的選址，我校新校區(qū)地址選在了沈陽市東陵區(qū)五三鄉(xiāng)張官屯，此地塊距東校區(qū)5km，距西校區(qū)8km。

新校區(qū)用地增大可滿足教學(xué)要求，初期規(guī)劃配有教學(xué)樓、多間大型實(shí)驗(yàn)用房及配套的公寓、后勤等建筑面積41.8余萬平方米，及多個(gè)特色景觀建筑，保證特色教學(xué)有序?qū)嵤??？扇菁{在校本科生、研究生近兩萬人。

2 新校區(qū)的地質(zhì)條件

我校擬建建筑物場(chǎng)區(qū)位于渾河南岸的河漫灘及階地上，其基底為混合花崗巖（Ar），埋藏深度約60m左右。老基底以上不整合覆蓋為新、老第三系（N、E）的砂巖、砂礫巖，地表為強(qiáng)風(fēng)化地質(zhì)。校區(qū)地質(zhì)條件良好為粉質(zhì)粘土、粉土卵石層，地形較為平坦，高程為4919～5091mm，落差為142mm地貌上為渾河沖洪積平原。

擬建場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)平緩，地層分布較規(guī)律，在勘察深度控制范圍內(nèi)，其地層沉積情況呈由上到下粒度由細(xì)變粗的沉積韻律結(jié)構(gòu)。耕表土厚度為0.50～1.00m；粉質(zhì)粘土厚度為3.10m～7.10m；粉土厚度為0.30～2.20m；中砂厚度為0.20～2.80m；園礫厚度為6.50m；卵石厚度為8m。

3 樁基礎(chǔ)論證、分布及造價(jià)對(duì)比

學(xué)校黨委考慮到學(xué)校資金緊張，為降低成本，避免不必要的浪費(fèi)，曾多次組織了有關(guān)專家對(duì)新校區(qū)的設(shè)計(jì)進(jìn)行論證。在結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于基礎(chǔ)的爭(zhēng)論較大，原設(shè)計(jì)為螺旋壓灌樁，按照當(dāng)時(shí)的定額和市場(chǎng)價(jià)格，螺旋壓灌樁的成本非常高，而根據(jù)我校的地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，專家在比較了幾種樁型之后，認(rèn)為采用人工挖孔擴(kuò)底灌注樁更為合適。人工挖孔擴(kuò)底灌注樁成本很低，以我校的地質(zhì)條件采用此種樁型，可以大面積展開作業(yè)，不但施工速度快，安全性高，而且成本降低了很多，根據(jù)當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)價(jià)格和定額，經(jīng)過總體對(duì)比，平均每根人工挖孔灌注樁的造價(jià)比螺旋壓灌樁降低1000元左右，按照我校各建筑物采用樁基的數(shù)量，教學(xué)樓群樁基491根，實(shí)驗(yàn)中心樁基204根，體育中心355根，圖書館、博物館135根，辦公樓97根，兩棟高層52根，食堂一84根，食堂二79根，新校區(qū)總樁數(shù)為1407根，工程預(yù)算規(guī)范計(jì)算，可降低造價(jià)140.7萬元，因此我校新校區(qū)的建筑物基礎(chǔ)改為人工挖孔灌注樁。

4 樁基施工中的質(zhì)量控制

新校區(qū)的樁基工程的工程量大且工程質(zhì)量要求嚴(yán)格，作為建設(shè)單位我們一方面協(xié)調(diào)好施工、監(jiān)理、現(xiàn)場(chǎng)管理人員之間的關(guān)系；另一方面主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了嚴(yán)格控制：測(cè)量控制、護(hù)壁施工、鋼筋骨架預(yù)埋、注漿混凝土。

4.1 測(cè)量控制

根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行放線測(cè)量，主要是測(cè)定樁位基點(diǎn)、孔徑角度、挖孔孔徑測(cè)量。

①樁位定位測(cè)量

樁位的把控是按照設(shè)計(jì)施工的基礎(chǔ)，是結(jié)構(gòu)均布受力的保證，樁位測(cè)定后應(yīng)組織校正驗(yàn)收，保證精確方可施工，施工過程中測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器仍需專人監(jiān)控，確保施工過程中無偏心現(xiàn)象。

②樁身角度監(jiān)測(cè)

樁身角度監(jiān)測(cè)在施工前準(zhǔn)備采用十字控線法進(jìn)行，配有專人監(jiān)控，不影響護(hù)臂的分段施工。

③擴(kuò)底尺寸控制

人工擴(kuò)底挖孔首先保證人員安全，施工人員配有測(cè)量工具，施工前進(jìn)行技術(shù)交底，以上大底小的倒錐形結(jié)構(gòu)進(jìn)行作業(yè)。擴(kuò)底基地啊應(yīng)保證達(dá)到勘察的持力層并達(dá)到設(shè)計(jì)尺度，擴(kuò)底樁徑按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行，保證護(hù)臂穩(wěn)定，完成后在基地中心與地表進(jìn)行校核，下方擴(kuò)底設(shè)計(jì)模型，對(duì)人工挖孔進(jìn)行局部修整，確保滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 護(hù)壁施工

護(hù)臂施工前應(yīng)對(duì)孔位進(jìn)行詳細(xì)勘探，以防不良地質(zhì)條件帶來的孔壁支撐不足而坍塌現(xiàn)象?？妆诘氖┕つ壳芭c發(fā)展為多種形式：磚砌護(hù)壁、砼護(hù)壁、鋼筒護(hù)壁等?？舍槍?duì)不同地質(zhì)條件進(jìn)行不同設(shè)計(jì)孔壁形式。

本次施工預(yù)采用鋼模形式，具有一定的支護(hù)能力，可適應(yīng)多種不良的地質(zhì)環(huán)境，也為樁身的完整性提供有效保障。同時(shí)鋼模在國內(nèi)發(fā)展迅速，可進(jìn)行廠家預(yù)制不同尺寸，適應(yīng)各種樁深，便于該工序快速完工。對(duì)于本次人工擴(kuò)底挖孔樁，選擇鋼模更是為護(hù)臂提供了保障。鋼模護(hù)臂的安置前也需要進(jìn)行技術(shù)交底，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在預(yù)定深度進(jìn)行施工，淺表層老土層顆粒級(jí)配優(yōu)良并進(jìn)行了大開挖可不做護(hù)臂要求。

4.3 鋼筋骨架預(yù)埋

鋼筋骨架是樁身重要組成部分，鋼筋的制作及綁扎嚴(yán)格按照配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行，采用砂鋸齒打磨，焊接材料要與鋼筋材料匹配。施工配有專業(yè)鋼筋隊(duì)伍，鋼筋制作的弧度及角度要進(jìn)行專人校對(duì)，采用雙層以上鋼絲進(jìn)行綁扎，保證鋼筋籠整體穩(wěn)定性，在對(duì)鋼筋骨架長(zhǎng)度設(shè)計(jì)時(shí)可考慮不予基底深度相同，因鋼筋主要提供抗拉強(qiáng)度，而人孔挖孔制作的擴(kuò)大基底主要承擔(dān)樁端抗壓能力，所以鋼筋骨架的預(yù)埋深度不必延伸至基底，此結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可降低部位鋼筋采購造價(jià)。但鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，綁扎間距規(guī)范進(jìn)行，誤差控制在允許范圍內(nèi)。焊接長(zhǎng)度大于6倍鋼筋直徑，保證鋼筋籠作用的充分發(fā)揮。鋼筋骨架在下方人挖孔時(shí)采用吊裝形式，注意下方速度，避免破壞孔壁及防止鋼筋骨架整體掉入孔中。

4.4 注漿混凝土

對(duì)孔內(nèi)混凝土澆筑也是人工挖孔樁的關(guān)鍵，其中混凝土的配比及水灰比、地下水情況、養(yǎng)護(hù)措施等多種主要控制參數(shù)影響試樁的承載效果。因施工地點(diǎn)為東北地區(qū)，應(yīng)控制工期安排，避免冬季施工養(yǎng)護(hù)，更為試樁承載能力提供可靠依據(jù)。

人孔挖孔樁的孔徑較大對(duì)混凝土整體抗壓強(qiáng)度要求較高，養(yǎng)護(hù)后應(yīng)在40MPa以上，配備方案要制作試樣進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)此配比方案是否滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。采用多組配比多個(gè)試塊進(jìn)行，以最好的材料屬性配比投入工程應(yīng)用。所以現(xiàn)場(chǎng)攪拌時(shí)對(duì)提供水泥、砂子、碎石、外加劑應(yīng)按比例添加并充分?jǐn)嚢?，根?jù)本院校材料專家建議，水溫對(duì)混凝土的強(qiáng)度也具有影響，因此現(xiàn)場(chǎng)對(duì)試樁混凝土攪拌時(shí)進(jìn)行了水溫控制，防止混凝土在地表以下產(chǎn)生嚴(yán)重開裂，提高抗壓承載能力。

人孔挖孔的孔徑較大可選用大直徑骨料提高混凝土的顆粒級(jí)配提高骨料相互間的咬合能力。澆筑時(shí)雖可進(jìn)行振搗，但由于孔徑較大避免振搗不均勻，因此在混凝土攪拌時(shí)添加一定的外加劑，使混凝土產(chǎn)生一定的自流平效果，減少混凝土間的空隙。

5 樁身質(zhì)量檢測(cè)及承載力確定

本文僅以體育中心為例介紹新校區(qū)的樁基質(zhì)量檢測(cè)情況。

5.1 低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)

基樁低應(yīng)變檢測(cè)的原理是，通過高阻尼傳感器檢測(cè)樁頭錘擊后的應(yīng)力波，通過反射回來的應(yīng)力波長(zhǎng)度檢測(cè)樁身的完整性，進(jìn)一步檢驗(yàn)施工注漿的效果。若反射波長(zhǎng)與樁身相近這說明樁身完整，如反射波長(zhǎng)明顯短小嚴(yán)重畸變，則應(yīng)進(jìn)行多次校正，所測(cè)時(shí)域及頻域結(jié)果均短小則可證明波長(zhǎng)處樁身有異常，可考慮為缺陷位置有斷樁或頸縮現(xiàn)象的發(fā)生。每一次的錘擊測(cè)試都會(huì)通過連接的儀器記錄，可將所測(cè)結(jié)果導(dǎo)出進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)分析。表明樁存在某種或多種缺陷，通過對(duì)記錄波形具體研究。樁身混凝土質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)如下：

Ⅰ類：樁身完整。

Ⅱ類：樁身有輕微缺陷，不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮。

Ⅲ類：樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響。

Ⅳ類：樁身存在嚴(yán)重缺陷。

一般說來，Ⅰ、Ⅱ類樁可以滿足要求；Ⅲ類樁經(jīng)載荷試驗(yàn)驗(yàn)證合格后可以使用；Ⅳ類樁應(yīng)進(jìn)行工程處理，并經(jīng)檢測(cè)合格后方可使用。

體育中心基樁低應(yīng)變檢測(cè)數(shù)量共計(jì)300根，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的300根樁中，均屬于Ⅰ、Ⅱ類樁，滿足設(shè)計(jì)要求。具體試驗(yàn)結(jié)果為：Ⅰ類樁276根占總樁數(shù)的92%，Ⅱ類樁24根占總樁數(shù)的8%。該結(jié)果表明，混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)期間不可避免的出現(xiàn)樁身微小瑕疵，所以施工過程中更應(yīng)注意各個(gè)工藝標(biāo)準(zhǔn)施工，人工挖孔時(shí)更應(yīng)注意對(duì)孔壁的修整。

5.2 單樁豎向靜載荷試驗(yàn)

體育中心基樁靜載荷試驗(yàn)以堆載慢速的方式進(jìn)行，即采用慢速維持荷載法，預(yù)估樁基礎(chǔ)承載能力并逐級(jí)加荷，每級(jí)荷載達(dá)到設(shè)定時(shí)間且相關(guān)規(guī)范要求的相對(duì)穩(wěn)定沉降幅度后再施加下一級(jí)荷載。用容珊式位移傳感器3只（50mm）觀測(cè)試樁的垂直位移。由于體育中心試樁采用工程樁做錨樁，試驗(yàn)同時(shí)采用兩塊百分表觀測(cè)錨樁的上拔量。試驗(yàn)采用橫梁反力結(jié)構(gòu)，最終加荷至2800kN。本試驗(yàn)使用油壓千斤頂（3200kN）施加垂直荷載，并保證油泵液壓油充足。

體育中心共進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)2根，編號(hào)為試1、試2，試驗(yàn)結(jié)果見表1。由試驗(yàn)結(jié)果可知試樁單樁豎向承載力特征值可采用1400kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

本工程試樁屬于檢驗(yàn)性質(zhì)，采用了3200kN千斤頂作為加載設(shè)備，因此，在試驗(yàn)過程中，最大加載僅為2800kN，此時(shí)對(duì)應(yīng)沉降不到5mm，由這一試驗(yàn)結(jié)果及Q-S曲線可以判定，其單樁豎向極限承載力遠(yuǎn)大于2800kN。因此，實(shí)際工程中單樁豎向承載力采用1400kN，其安全系數(shù)遠(yuǎn)大于2?？梢姡滦^(qū)建設(shè)中，以人工挖孔擴(kuò)底灌注樁代替原設(shè)計(jì)中的螺旋壓灌樁，既經(jīng)濟(jì)又安全可靠。

表1 試樁基礎(chǔ)承載力特征值及對(duì)應(yīng)沉降量

5.3 沉降觀測(cè)

樁基沉降是建筑結(jié)構(gòu)災(zāi)害之一，嚴(yán)重則可發(fā)生結(jié)構(gòu)倒塌現(xiàn)象，但因基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大沉降發(fā)生在早強(qiáng)，施工對(duì)周圍土層擾動(dòng)，隨時(shí)間變化，樁周巖土體穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降較小，控制在允許范圍內(nèi)不會(huì)對(duì)建筑體造成實(shí)質(zhì)影響。所以進(jìn)行靜載試驗(yàn)，觀察早期樁基沉降數(shù)據(jù)可判斷設(shè)計(jì)的可行性，是建筑物或構(gòu)筑物在施工乃至使用過程中不可或缺的工作，也是技術(shù)資料中不可缺少的內(nèi)容，它不僅關(guān)系到建筑質(zhì)量，更關(guān)系到建筑物的安全。隨著工業(yè)與民用建筑業(yè)的發(fā)展，各種復(fù)雜而大型的工程建筑物日益增多，工程建筑物的興建，改變了地面原有的狀態(tài)，并且對(duì)于建筑物的地基施加了一定的壓力，這就必然會(huì)引起地基及周圍地層的變形。為了保證建（構(gòu)）筑物的正常使用壽命和建（構(gòu)）筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計(jì)施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建（構(gòu)）筑物沉降觀測(cè)的必要性和重要性愈加明顯?，F(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測(cè)等均要進(jìn)行沉降觀測(cè)。特別在高層建筑物施工過程中，應(yīng)用沉降觀測(cè)加強(qiáng)過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時(shí)反饋信息，為勘察設(shè)計(jì)施工部門提供詳盡的一手資料，避免因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

我校根據(jù)設(shè)計(jì)單位的施工圖設(shè)計(jì)，要求施工單位將沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在部分柱的上部，同時(shí)每二層觀測(cè)一次，竣工后再觀測(cè)一次，每次觀察均需采用環(huán)形閉合方法，或往返閉合方法當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行檢查，同一觀測(cè)點(diǎn)的兩次觀測(cè)之差不得大于1mm，房屋和構(gòu)筑物的沉降量、沉降差、傾斜、局部?jī)A斜均不大于地基允許變形值。在施工過程中，根據(jù)施工單位的觀測(cè)結(jié)果，觀測(cè)的沉降數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求。

在新校區(qū)建筑物投入使用后，根據(jù)新校區(qū)建筑物使用的這幾年情況來看，建筑物沒有出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，沒有出現(xiàn)墻體或梁開裂現(xiàn)象，說明新校區(qū)的基礎(chǔ)工程是成功的。