1、深圳市南山区后海片区超高层建筑桩基选型及持力层判定摘要：根据深圳市南山区后海片区区域地质及基岩埋埋深等条件，并结合超高层建筑特点，针对性提出桩基础选型建议，对桩基持力层的判定提出切实有效的方法，可供类似工程借鉴。 关键词：超高层建筑物；桩基础；燕山晚期；侵入岩；嵌岩桩；单桩承载力；泥浆比重；冲、钻孔桩取样器 Abstract: According to the Shenzhen City, Nanshan District Houhai district regional geology and bedrock buried depth conditions, combined with th
2、e characteristics of high-rise building, puts forward suggestions on the selection of pile foundation, pile foundation bearing layer decision put forward effective method, which can provide reference for similar engineering. Key words: high-rise buildings; pile foundation; Yanshan period; intrusive
3、rock; rock-socketed pile; bearing capacity of single pile; mud; punching, drilling pile sampler 中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号： 1 简介 深圳市南山区于 1990 年 1 月经国务院批准成立，地处深圳经济特区西部，东临深圳湾，西濒珠江口，北靠羊台山，南至内伶仃岛和大铲岛，与香港元朗隔海相望。面积约 182 平方公里。根据经济升级及产业转型，按照深圳市“一轴三中心”的金融产业布局，完善后海片区的交通和市政基础设施建设，鼓励和吸引金融、总部企业落户，推进现代金融及商贸和总部经济的发
4、展，将后海片区建设成为深圳三大金融中心之一，形成后海金融和总部经济集聚带，将后海片区建设成为现代服务业发展的重要载体。截至目前，多家央企及高科技企业将总部落户后海片区，如中海油大厦，中铁南方大厦，创业投资大厦，高新软件园，华润总部大厦，阿里巴巴深圳大厦，百度国际大厦，腾讯滨海大厦等，均为超高层建筑物。 2 区域地质 据广东省区域地质志 1，深圳市位于东南沿海地震带的中段，大地构造上属紫金惠阳凹褶断束的组成部分，目前已探明横岗罗湖断裂带、莲塘断裂带及温塘观澜三条大的断裂带。南山区后海片区主要受安托山赤湾断裂束影响，分布于安托山、南头、赤湾村一带，由 20 条北东向断裂组成，大致可分为安托山赤湾断
5、裂组和沙河站断裂组。断裂中可见宽 312cm 的糜棱岩化花岗岩和硅化破碎岩，并见有石英脉和伟晶脉贯入。北北东走向的长岭皮和望楼山断裂与安托山断裂呈斜接复合关系。 该区下伏主要基岩为燕山晚期第一阶段侵入岩（） ，为区内最强烈的一次岩浆侵入活动。主要岩石类型为中粒斑状黑云母花岗岩，矿物成分为石英、长石、云母等，粗粒结构，块状构造。钻探深度范围内据其风化程度可将其分为全风化、强风化、中风化及微风化四个层（带） ，据深圳市地基基础勘察设计规范 （SJG01-2010）相关规定，其中强风化层又可细分为上、中、下三个亚层，即坚硬土状、砂砾状及碎块状等三种状态的强风化层。该区基岩受构造影响，风化剧烈，中微风
6、化岩埋深变化大，起伏大，强度变化大。 该区地下水较发育，场地地下水赋存于土层孔隙和基岩裂隙中，其上主要为潜水类型，主要赋存于第四系土层中；其下为基岩裂隙水，主要赋存于基岩的强、中风化岩中，裂隙较发育，地下水为中弱渗透性，水量丰沛。地下水主要补给来源为大气降水及海水，地下水的排泄以径流为主。 3 超高层建筑桩基选型 据民用建筑设计通则 （GB503522005）相关规定：建筑高度超过 100m 时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。就结构方面而言，超高层建筑一般具有：超长桩、深基坑支护、高标准人防工程、大体积混凝土浇筑、高标号混凝土应用、型钢混凝土应用、抗风设计、顶部位移控制及抗震设计等特点。
7、此外，超高层建筑具建筑高度高，单位面积荷载大，对差异沉降敏感等特点；加之所处区域工程地质情况复杂，基岩风化剧烈，其稳定中微风化基岩埋深大，普遍70m，天然地基基础不能满足其承载力和变形要求。考虑到地下水较发育，若选用人工挖孔桩基础，施工降水降深大，影响半径大，可能会对周边道路、地铁隧道、建构筑物造成沉降的危险。建议该区超高层建筑物采用大直径超长嵌岩桩，并采用冲、钻孔灌注桩施工。 4 桩基持力层判定 冲、钻孔灌注桩是建筑工程中常用的桩基类型之一。灌注桩是直接在桩位上就地成孔,然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成。冲、钻孔灌注桩施工冲、钻孔机冲击（钻进）成孔，为泥浆护壁成孔。以冲孔桩机为例，冲孔灌
8、注桩采用冲孔桩机冲击钻成孔,然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成,主要用于岩土层中成孔,成孔时将冲锥式钻头提升到一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层,采用的正循环返浆，利用抽水泵使泥浆沿孔壁上升，至孔口溢浆孔后，溢出的泥浆和沉渣流入泥浆池，再经沉淀处理后返回桩孔内。施工工程中主要指标便是要求桩底进入设计持力岩层一定深度后终孔，而对桩底持力岩层的判定成为重中之重，常规手段多采用泥浆池正循环返渣或掏渣筒等取样进行判别是否满足设计要求。 根据以往的施工经验，对于冲、钻孔桩桩孔直径1m）且为封闭的敞口圆筒状，不易固定安装，往往难以直接、有效的采集桩底岩石渣样。以上种种缺点和不足会产生对桩底岩层的误判
9、，无论从安全、工期、经济效益等方面都会造成巨大的损失和后果。 4.2 泥浆比重对桩基的影响 在对桩基施工资料的收集过程中，发现冲、钻孔灌注桩施工很重要的一个指标便是泥浆比重。冲、钻孔桩基施工成孔时需配制泥浆，泥浆必须要用粘土或粘性土来配制。其控制性指标便是泥浆比重，即单位泥浆的重量，单位 g/cm3。该指标对钻孔灌注桩施工主要起到以下三个作用：保证孔内水压大于孔外水压，避免引起塌孔或缩孔； 保证泥浆有良好的护壁效果，避免引起塌孔或缩孔； 恰当的泥浆比重和泥浆稠度可以有效地将钻孔产生的沉渣带出孔外并及时予以沉淀。 一般而言，桩基施工过程中泥浆比重介于 1.1g/cm3 到 1.3g/cm3 之间
10、。而在本区大直径超长嵌岩桩的桩基施工过程中，即便泥浆比重例达1.4 g/cm3 时，仍会出现以下两种情况： 桩底岩样不返渣，岩土工程师无法判断入岩情况，进一步无法制定终孔原则和标准，对工期、安全和桩基质量造成极大的不良影响； 桩底岩样滞后返渣。实测发现滞后深度达 6m，即桩底已经入微风化基岩 6m 后才开始返渣，远远超过设计要求入岩 1 倍桩径的要求，工程造价大大增加，造成不必要的浪费。 如果泥浆比重太小，护壁效果太差容易造成塌孔；太大就会影响桩身与土体的摩擦力。所以，盲目增加泥浆比重既不经济也不合理，同时无法从根本上改善桩底返渣问题，对成桩质量造成隐患。 4.3 冲、钻孔桩取样器2的原理及规
11、格 当冲、钻孔桩成孔时，将冲锥式钻头提升到一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层，其渣样在外力的振冲及泥浆的循环作用下，自孔底向上运动一段距离，通过焊接在锤头的冲、钻孔桩取样器对渣样及时可以达到及时、准确得采集。 冲、钻孔桩取样器的尺寸规格如下： 包括具有中通孔筒体，以及固定安装在筒体底部端面的底板。筒体高度为 150mm，筒壁的厚度为 3mm。筒体的截面为圆形，筒体的外径为100mm； 筒体的筒壁上开设有多个泄浆通孔，每三个泄浆通孔形成一等边三角形并均匀分布在筒壁上。每两个泄浆通孔之间的间距为 40mm，泄浆通孔的直径为 5mm； 底板上开设有多个辅助通孔，辅助通孔与中通孔连通。每两个辅助通
12、孔之间的间距为 25mm。辅助通孔的数量为五个。五个辅助通孔也均匀分布在底板上。辅助通孔的直径为 3mm。底板 2 的尺寸略大于筒体 1 的外径即可。 4.4 冲、钻孔桩取样器的使用步骤 按上述规格加工好冲、钻孔桩取样器成品，将其焊接在冲（钻）孔桩锤头上，水平位置选择在锤牙之间，垂直位置位于锤头与锤底的 1/2处。这样做的目的有两个：、保护取样器在锤头冲击基岩时，自身不被发生变形或偏移；、尽可能多得采取到靠近桩底的渣样； 冲、钻孔桩机按常规情况施工即可。待桩基冲进速度缓慢时，一般每小时进尺不足 0.2m，同时比照场地内的勘察资料，如钻孔柱状图、剖面图及风化基岩顶板等高线图，排除风化夹层或孤石的
13、可能，便可对桩底渣样进行采集。 用卷扬机将锤头吊起至孔口后，人工清空取样器内的滞留沉渣，其目的在于准确得采集桩底实际岩石渣样； 清理完毕后，将锤头放置回桩底继续进行锤击，约 15 分钟后，重复步骤 3 的取样过程； 经岩土工程师对取样器采集的渣样进行岩性判定，满足设计桩底持力岩层要求后，便可进行清孔、放置钢筋笼及浇筑混凝土的工作。 5 结论 5.1 超高层建筑具建筑高度高，单位面积荷载大，对差异沉降敏感等特点；加之深圳市南山区后海片区工程地质情况复杂，基岩风化剧烈，其稳定中微风化基岩埋深大，普遍70m，天然地基基础不能满足其承载力和变形要求。 5.2 考虑到地下水较发育，若选用人工挖孔桩基础，
14、施工降水降深大，影响半径大，可能会对周边道路、地铁隧道、建构筑物造成沉降的危险。建议该区超高层建筑物采用大直径超长嵌岩桩，并采用冲、钻孔灌注桩施工。 5.3 大直径超长嵌岩桩施工工程中，主要指标便是要求桩底进入设计持力岩层一定深度后终孔，而对桩底持力岩层的判定成为重中之重，常规手段多采用泥浆池正循环返渣或掏渣筒等取样，由于滞后返渣或返渣效果不好，往往会造成对桩底岩层的误判。 5.4 冲、钻孔桩取样器旨在解决现有技术容易对桩底岩层出现误判的问题。本设计装置的推广使用对桩基施工的安全保护、技术保证、质量保障和对工期和造价控制起到了至关重要的作用，取得良好的经济效益。参考文献： 1 广东省地质矿产局.广东省区域地质志M.北京:地质出版社,1988. 2 张波，聂云华，邱林，熊清林. 冲、钻孔桩取样器P.专利号：201220270502.2, 2012.
