有旧桩建设场地的桩基础设计与实践

摘 要：本文系统总结了建设场地内旧桩的一般处置方法，阐述了旧桩处置中涉及的主要技术要点，结合一个工程实例介绍了旧桩利用可行性技术分析及新建桩基设计与实践中需要解决的主要技术问题。
关键词：旧桩；再利用；设计避让；清桩

　　引 言
　　随着我国城市建设的飞速发展，建设用地日趋紧张。通过拆旧建新满足开发建设需要的情况已非常普遍，大量原有建筑物的旧桩基往往被遗留在场地内，对新建项目带来不利影响的案例越来越多。这些旧桩不仅清理难度大、成本高、工期长，而且清桩施工将严重扰动原生土体，造成其承载力丧失、新建建筑物变形或不均匀变形过大，影响新建建筑结构安全或正常使用。如不加清理，则旧桩的存在将对新建桩基的设计、施工造成不便。早期采用桩基的建筑物地下空间开发利用程度较低，而当前的新建工程往往考虑多层的地下空间开发利用，基坑开挖回弹导致旧桩承受上拔力并使桩身材料受损，又限制了旧桩再利用。旧桩的存在对新建建筑物桩基础设计施工提出了更高要求。目前系统考虑建设场地旧桩处置的桩基础的研究与实践较少，本文将结合一个工程实例，系统介绍有旧桩场地的桩基础设计的技术要点，为今后开展相关研究和工程实践积累有益经验。
　　1旧桩处置的一般方法
　　针对有旧桩场地的新建工程，需要根据拟建工程特点和场地条件，经充分分析后确定针对性的旧桩处置方案。一般包括以下工作内容：1）收集旧桩相关资料；2）场地岩土工程勘察；3）旧桩勘测定位；4）确定处置方案；5）拟建桩基础设计施工。处置思路有再利用、设计避让、清除及综合处置。若经必要的检测和分析，旧桩桩身材料强度、完整性、承载能力和变形控制能力可满足建筑物需要及现行技术规范的有关要求，或经必要加固也可满足的，可对旧桩再利用。虽增加部分检测和技术分析的成本，但可节约基础造价、缩短工期。若涉入新建基础范围内的旧桩不能再利用，在旧桩限制下仍可全部按新建桩基设计施工，则可对旧桩进行避让。避让旧桩可以避免清桩带来的造价提高和工期延长，但对基础设计和施工提出了较高要求。若旧桩不能再利用且与新设桩基的桩位有严重冲突，采用设计避让措施已经无法满足设计施工要求，则需要清除旧桩并对清桩后的场地和桩孔进行加固处理，再按照常规桩基技术要求设计施工。清桩可以对新桩的设计施工提供便利，但也将大幅度提高造价和工期，桩孔回填质量控制难度大，除非必要一般不采用。通常要根据工程特点采用不同方法开展综合处置。
　　2 旧桩处置的技术要点
　　对旧桩的处置需要注意以下技术要点：
　　1）收集旧桩的勘察、设计、施工和检测资料，并进行勘测定位；
　　2）对旧桩质量和承载能力现状进行必要的检测，其中对拟考虑再利用的旧桩桩身材料质量、完整性进行普查，并选择代表性桩开展单桩承载力测试；
　　3）结合旧桩检测成果，参照现行技术规范开展旧桩利用可行性分析，具体应包括旧桩桩身构造分析、单桩承载力分析、变形控制能力分析和基坑开挖对旧桩的影响分析1～4等。
　　4）明确旧桩处置施工方案，包括设备选型、工艺流程、工艺参数设置等。
　　3 案例分析
　　拟建某研发大楼包括2幢10～12 层框架剪力墙结构主楼及4 层框架结构裙房，设2层地下车库，总用地面积11591 m2，总建筑面积43553m2，其中地下建筑面积为14585.73 m2。±0.000对当于绝对标高为+4.10m，室外规划地坪绝对标高约+4.00m（相对标高-0.10m），地下室底板板面相对标高-9.30m，一般区域底板厚度700mm，主楼核心筒范围底板厚度1500mm，基础埋深一般为9.90m。建筑物性质如下表1所示，初步设计桩基础参数如表2所示： 　　拟建建筑初步设计桩型参数如下表2： 　　拟建场地地层主要由粘性土、粉性土及砂土组成。拟建场地内东部及1 号楼北部属正常沉积区，其余地段均为古河道沉积区，受沉积环境影响，场地内26.00～36.00m 深度段地基土层分布较为复杂，其余深度地基土层分布基本稳定。受沉积环境影响，场地内第⑤3～⑦1 层分布不稳定，层面埋深及厚度变化较大。第⑦2 层灰黄～灰色粉砂，密实，中压缩性，压缩系数a0.1～0.2=0.17MPa-1，压缩模量Es0.1～0.2=10.44MPa，静力触探平均比贯入阻力Ps=13.71MPa，平均标准贯入击数N=44.6 击，土质较好。场地内该层分布基本稳定，层面埋深34.00～36.30m ，厚度5.70～8.40m 。

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　　勘察报告建议的桩基承载力参数如下表4所示： 　　根据从城市建设档案馆收集到的原厂房建筑、结构设计图纸等资料，拟建场地上原建有4层工业厂房，设406根直径600mm钻孔灌注桩，位于拟建建筑物的西北部，原工业厂房东西长约100m，南北宽约30m，覆盖拟建大楼及群房约2/3的面积，如图1所示。根据初步设计采用的承台布桩方案，在覆盖面积范围内几乎全部承台下都有或多或少的旧桩。不论这些旧桩是否利用，都使桩基设计变得非常复杂，不能按常规方法进行基桩的布设与计算。拟建场地南侧临近市政道路，东、北、西三侧邻近既有建筑物，环境条件非常复杂、环境保护要求高，也对建设管理和施工作业提出了很高要求。
　　根据历史资料，原建筑物建于1988年，采用柱下承台+群桩基础，框架柱基本呈8m×6m均匀分布，共有Φ600钻孔灌注桩406根，桩长31.50m，桩顶绝对标高1.20m，要求桩端进入暗绿色粉砂层不小于1m，设计采用的单桩承载力特征值为1000kN（对应的单桩极限承载力不小于2000kN）。按照当前勘察结果，部分桩基持力层位于第⑤4层粉质粘土层，计算单桩承载力特征值不小于1000kN。
　　根据所收集到的资料，旧桩桩身钢筋笼长度12.4m（端部绝对标高-11.20m），端部位于第④层底部。桩身混凝土用200号（按《钢筋混凝土结构设计规范》（TJ10—74）版，对应新规范钢筋混凝土等级为C18），主筋用20号锰钢（II级）6φ18，箍筋为φ8@200 A3钢。新建地下室开挖后，根据当前设计图纸需截除基坑底面以上部分的桩身，则剩余桩长23.3～23.8m、剩余钢筋笼长4.30m～4.90m。根据现行行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）和上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-2010）的技术要求对旧桩桩身构造评价。
　　根据旧桩结构强度计算的单桩承载力设计值最大可达到1709～1953kN。新建筑物的初步设计采用1660 kN的单桩承载力设计值，也可以满足桩身结构安全要求。但钢筋笼长度、箍筋配筋等方面没有满足有关规范的构造要求，对旧桩的利用可能是很难逾越的障碍。
　　基坑开挖到底时，旧桩绝对标高-12.8m位置以下桩身强度小于桩身所受的上拔力，桩身可能会被拉断，将给旧桩的利用带来较大困难。因此若对旧桩加以利用，必须采取桩身加固措施，则工期造和价均会大幅度增加。
　　经综合比选，最终选择了通过钻孔灌注桩后注浆提高单桩承载力、减小桩数以避让旧桩的方案6～9。
　　1）主楼抗压桩桩型采用Φ700钻孔灌注桩，桩端持力层⑦2层，桩长30m，桩端后注浆，注浆水泥用量为4dt。桩端注浆分两次进行，第一次注浆水泥用量2.5dt，第二次注浆水泥用量1.5dt。单桩抗压承载力设计值取2500kN。
　　2）裙房抗压桩桩型采用Φ600钻孔灌注桩，桩端持力层⑦2层，桩长30m，单桩抗压承载力设计值取1350kN。
　　3）裙房抗压兼抗拔桩桩型采用Φ600钻孔灌注桩，桩端持力层⑦2层，桩长30m，单桩抗压承载力设计值取1350kN，单桩抗拔承载力设计值取700kN。
　　钻孔灌注桩结合后注浆的工艺较为成熟，对环境影响小，可满足拟建工程环境保护的要求，施工可行性较好。
　　为获得可靠的桩基设计参数，在拟建场地布置了4组单桩静载荷试验9、10， 试验获得的∅700桩端后注浆钻孔灌注桩单桩竖向抗压极限承载力标准值为9366kN，扣除基坑开挖深度范围内桩侧摩阻力，建议的单桩承载力设计值为3000 KN(桩端后注浆)。最终按该桩型进行了桩基础的设计施工。
　　4 结论与建议
　　有旧桩建设场地桩基础的设计施工问题日益突出，本文结合一个工程实例对这一问题的处置作了初步总结，得到一些有益成果，主要有以下结论及建议：
　　（1）在有旧桩的建设场地内进行桩基础的设计施工，需充分调研旧桩的勘察、设计和施工资料，并对旧桩合理处置方案进行充分的技术可行性分析。
　　（2）针对旧桩的再利用，应按照现行技术规范，从桩身材料完整性、桩身构造、强度、单桩承载力和变形控制能力等方面进行全面分析，并做全面检测。
　　（3）通过钻孔灌注桩桩端后注浆工艺可以提高单桩承载力、减少桩数，降低新旧桩位冲突的可能，实现在避让旧桩基础上按新建桩基设计施工。

　　参考文献
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　　[10] 行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）