成都某工程補救樁基的選型

李光明,彭世江,郭 瑞

(中鐵二院工程集團有限責任公司,四川成都 610031)

成都某工程補救樁基的選型

李光明,彭世江,郭 瑞

(中鐵二院工程集團有限責任公司,四川成都 610031)

結合成都地區某工程,對樁基樁型的選擇進行了剖析。并通過兩根試樁的資料,對選擇樁型的承載能力進行了驗證。

樁基選型; 沖孔灌注樁; 嵌巖樁

1 工程概況

成都某工程位于成都市龍泉驛區三河場。由于詳勘報告將位于泥巖頂板的 4～6m厚砂層誤判為全風化砂巖,導致設計錯誤地采用了人工挖孔樁基礎,而在挖孔穿越該層時,出現了大量的流沙,雖經降水、減少護壁圈長度等多種施工方法補救,但人工挖孔樁仍難以進行,最終更改為沖孔灌注樁基礎。但沖孔灌注樁在成都地區泥巖中應用較少,且成都地方規范又無相應的建議參數,因此在設計施工之前,對已經選定的樁型進行了試樁,并通過埋設在試樁中的鋼筋計,測試泥巖中沖孔灌注樁的受力性能。

2 工程地質水文條件

該工程典型的工程地質條件如下:

(1)素填土,厚約 3.0m,松散 ～稍密,濕,主要成分為黏性土。

(2)粉質黏土,厚約 7.0m,軟塑 ～可塑,濕,干強度高,無搖震反應。

(3)粉土,厚約 1.0m,稍密,濕 ～飽和,干強度低,搖震反應中等。

(4)細砂,厚度約6.0m,底部含有0.5m左右的卵石,中密 ～密實,飽和。

(5)強風化泥砂巖,厚度約 3.0 m,鈣泥質膠結,裂隙發育,巖芯破碎,遇水易軟化。

(6)中風化泥砂巖,鈣泥質膠結,裂隙較發育,巖芯較破碎,遇水易軟化。

場地中的地下水主要是賦存于細砂層中的承壓水和泥巖中的裂隙水,承壓水頭約4.0m。

3 事故原因分析

由于地勘單位誤認為泥砂巖頂板的的細砂層(4)為泥砂巖全風化而成,因此對細砂層沒有進行詳細的研究,根據經驗得出了該層含水類型為基巖裂隙水,人工挖孔遇水時只需孔內明排水即可的結論。然后設計單位根據此結論,選擇了經濟、快速的人工挖孔樁基礎,樁端以第(4)層為持力層。現場開挖后,由于承壓水導致大量流砂,使人工挖孔樁無法繼續,現場不得不停止挖孔樁施工。

該事件發生后,建設單位增加了三個補勘鉆孔,待巖樣全部揭露后,專家組根據細砂層底部揭露的卵石顆粒得出結論:場地分布的細砂層不是泥砂巖全風化而成,而是沖洪積形成。由于細砂層薄厚不均,頂板上又有隔水層粉質黏土(2),因此細砂層中的水具有承壓性,根據現場的實際測試結果,其承壓水頭高度最大的約有 4m。在人工挖孔樁在穿越該層時,發生了大面積的流砂,盡管采取了減少護壁圈長度的措施,但由于承壓水頭較大,仍使人工挖孔無法進行。后又進行了管井降水,但由于細砂層比較密實,滲透系數小,管井降水效果微弱。最后,業主不得不選擇更改樁型。

4 樁基選型分析

由于是施工中更改樁型,因此樁基選型必須要基于現場的實際條件。現場 400多根人工挖孔樁已經全部動工,且大多數都已施工到流砂層頂板。由于當初設計的是人工挖孔樁,其樁徑較大,樁間距較小,單樁承載力較高,更改后的樁型必須要適應目前的實際情況。

經過專家對現有的樁基施工方法認真分析,最后決定采用沖孔灌注樁基礎。其原因主要有三:

(1)沖孔灌注樁可充分利用已經完成的人工挖孔部分,且樁基布置、承臺構造都可以與以前相同,從而可大大減少設計的工作量和審查時間,為保證總工期贏得寶貴時間;

(2)施工速度較快。從細砂層頂板開始施工,到灌注完畢,1根樁大概需要 24 h(新設計的沖孔灌注樁要求樁端進入中風化泥砂巖 3倍樁徑)。由于成都市場上擁有大量的沖孔鉆機,可以在短時間內組織到大量的鉆機進入施工現場,為追趕工期做好準備;

(3)其它樁基施工方法均無法滿足要求。主要是考慮目前施工現場操作條件和成都地區的現有設備情況,對鉆孔灌注樁、預應力管樁、沉井方案被否定。

施工方法確定后,業主又要求我院對樁長進行估計。由于無準確的勘察資料,我院建議在場地的適當地方進行試樁,載荷試驗的反力系統采用錨樁,錨樁可由工程樁來承擔。靜載試驗時通過埋設在樁中的鋼筋計對樁側阻力和樁端阻力進行了驗證。靜載試驗前,對樁的完整性采用低應變進行了檢驗。

根據現場實際情況,共布置 2根 1 000 mm的試樁進行試驗研究。試樁編號 1#、2#。其中 1#試樁樁長25m,2#樁長24m,兩樁樁端進入中風化泥巖約 3m。

5 沖孔灌注樁設計、承載力驗證及分析

根據原勘察單位的部分測試成果和我院的經驗,對該場地的沖孔灌注樁設計參數如表1。

按照《建筑樁基技術規范》(JGJ 94-94)第5.2.9式和第 5.2.11式分別進行計算,得到單樁極限承載力標準值為: 4 897.8 kN和4 070.7 kN。試驗時考慮到錨樁為工程樁,設計最大加載能力取 6 500 kN,在最大荷載下,1#試樁沉降為5.192mm,2#試樁沉降為6.277mm。兩試樁的沉降遠遠小于規范所規定的極限沉降量,Q-S曲線基本為線性,說明這兩樁的承載能力還遠未達到極限承載力。

根據現場實測,試樁在 6 500 kN荷載作用下,強風化泥巖和中風化泥巖的側阻力實測值分別為:158 kN和238.5 kN,而相應的上部土層則均高于我們給出的建議值約20%～40%。我們分析原因如下:

(1)樁的側阻力發揮不一致。由于荷載是自上而下傳遞的,而樁側土對樁的阻力一般隨樁身位移增大有強化的趨勢,因此基巖頂板以上的土層實測阻力均大于建議值是合理的;

(2)成都地區分布的紅色泥巖屬于極軟巖,極軟巖飽和后,單軸抗壓強度幾乎全部喪失,因此規范建議可采用天然濕度單軸抗壓強度來進行計算。由于沖孔灌注樁為泥漿護壁,在施工過程中,泥漿對泥巖也起到一定的軟化作用,將來形成的樁與泥巖之間必然存在一層泥皮,使樁的嵌巖效果發揮不出來,樁的破壞模式仍為樁與土之間的剪切破壞為主,樁土之間的摩擦力與巖石天然濕度單軸抗壓強度關系不敏感,因此建議按照規范 5.2.9式進行單樁承載力計算。

(3)試樁在 6 500 kN荷載作用下,樁端的反力占總承載力的比例約 5%,樁側阻力占有絕對優勢,建議本工程按照摩擦樁來進行設計,施工主要控制因素為樁長及樁身完整性。

6 結論及建議

(1)勘察是設計的前提,勘察資料的優劣對整個工程進度及質量影響巨大,應引起大家的重視。

(2)樁基礎工程屬于隱蔽工程,且一般都是施工過程中的關鍵過程,它的選型正確對整個工程的工期、造價影響巨大,應給予高度重視。樁基選型必須結合現工程地質條件和該地區已有的成功經驗進行,力爭做到經濟、合理、安全、適用。

(3)成都地區泥巖中沖孔灌注樁的設計建議采用《建筑樁基技術規范》(JGJ 94-94)的5.2.9式進行,而不采用嵌巖樁的計算方式。

(4)由于《成都地區建筑地基基礎設計規范》(DB 51/ T5026-2001)中沒有推薦泥巖中沖(鉆)孔灌注樁的極限端阻力標準值,設計使用沖孔灌注樁時總有顧慮,根據本工程的試驗結果,證實在泥巖中使用沖孔灌注樁是可行的,建議中風化泥巖的極限端阻力標準值取 1 800～2 500 kPa,樁較長、樁低沉渣厚(應在規范允許范圍內)時,取低值,否則,取高值。

(5)對大直徑沖孔灌注樁而言,一般承載力富裕較多,且由于施工過程為水下澆注混凝土,因此樁身完整性是保證樁承載力的第一要素。建議檢測方法采用:全數低應變加 10%的樁超聲波的方法進行樁身完整性檢測。

致謝:本文在撰寫過程中,得到了四川中機建設工程質量檢測中心提供的試樁數據,在此深表感謝。

[1] DB51/T5026-2001成都地區建筑地基基礎設計規范[S]

[2] 劉松玉,季鵬,韋杰.大直徑泥質軟巖嵌巖灌注樁的荷載傳遞性狀[J].巖土工程學報,1998,20(4)

[3] 劉利民,舒翔,熊巨華.樁基工程的理論進展與工程實踐[M].北京:中國建材工業出版社,2001

TU473.1+4

B

2009-07-29

李光明,女,注冊土木工程師,從事路基、路面設計。