貫入度在嵌巖樁入巖深度判定中的應用

張德軍，盧世英，袁傳軍

(江蘇省水文地質海洋地質勘查院，江蘇 南京 211102)

0 引言

目前，高強度硬質巖地區嵌巖樁作為常用的樁型被大多數工程采用(唐祖寧，2012)。從嵌巖樁承載性狀來看，樁頂荷載由樁端阻力承擔，樁側阻力小到可忽略不計(張雁等，2009)，通常要求樁端在持力層中有一定的入巖深度作為終孔條件，然而基巖在空間上風化程度的差異往往變化較大，對于不同風化程度的入巖判定尚無統一的固定標準，因地因人而異的現象較為普遍，使得樁基施工難度加大，嚴重滯后了施工進度，因此急需一種合理可靠、簡單易行的嵌巖深度的確定方法。結合安徽省馬鞍山市某高層建筑嵌巖樁入巖深度判定實例，對高強度硬質巖中樁基入巖深度的判定標準進行分析研究。

1 工程概況與地質條件

工程建筑設計樓高203.80 m，上部結構采用框架－剪力墻，地下室埋深14.6 m，基礎型式采用鉆孔灌注樁(嵌巖樁)，設計樁徑1 000 mm，要求樁端嵌入⑤層中風化花崗巖0.60 m，樁身混凝土強度等級C40，縱向主筋為12φ18，HRB 335級鋼筋。

場區地貌屬長江下游丘陵平原區，地勢東高西低，地面高程在10.0～13.0 m(1956黃海高程)。場地地層概況見圖1，各巖土層樁基設計參數見表1(張德軍等，2012)。

圖1 場地地層概況Fig.1 Overview of strata in the site

表1 各巖土層樁基設計參數Table 1 Designed parameters of pile foundation for different strata

2 樁基施工中出現的難題

根據工程場地地質條件可知，樁端持力層頂板埋深起伏較大，勘察時勘探間距結合柱網已加密，但該工程豎向抗壓樁總量達507根之多，如果逐樁布置勘探孔，無論從工期上還是經濟上建設方都難以承受。

從設計角度，當嵌巖達到一定深度后，繼續增加嵌巖深度，對樁的承載力的提高已不明顯(陳斌等，2002)。從施工角度，⑤層中風化花崗巖飽和單軸抗壓強度最高可達146 MPa，施工投入人力、物力均非常大，而且對工期影響明顯。嵌入深度不夠則影響成樁質量，嵌入深度過多則無助于單樁承載力的提高，且施工困難拖延工期。因此，強風化與中風化巖面的判定是影響嵌巖樁嵌巖深度的主要因素。

制定樁基施工過程中統一的、合理可靠的、簡單易行的嵌巖深度的確定方法，成為嵌巖樁施工的一大難題。

3 不同風化程度巖石的判定標準

3.1 貫入度判別

為了解不同風化程度巖石中的成樁情況，為后續樁基施工積累經驗，樁基施工前特地挑選代表性的4 處(Z16、Z22、B16、B33)位置進行試樁(ZH1—ZH4)，對應基樁位置均有勘探孔控制，并據勘探資料詳細劃分了土、巖界限深度和巖石不同風化程度界限深度。

施工機械采用CZ－30型反循環沖擊鉆機，沖擊鉆重3 t，沖擊行程1 m，沖擊頻率40次/min。計算各時段巖石貫入度(m/h)，通過對施工過程中貫入度沿工程勘察剖面深度方向的變化(圖2)分析，巖石風化程度界限深度處貫入度變化明顯。通過貫入度－深度曲線圖(圖3)分析，貫入度平均值達0.30 m/h時可以認為已經進入強風化巖，貫入度平均值達0.08 m/h時則可以認為已經進入中風化巖，以此作為樁基入巖深度的判定標準。

圖2 工程勘察剖面圖與施工過程貫入度變化對比圖Fig.2 Engineering survey profiles and variation of penetration during construction

圖3 貫入度－深度曲線圖Fig.3 Diagram showing relationship between penetration and depth

3.2 現場取樣判別

3.2.1 強風化巖層碴樣 強風化碴樣顏色灰白不一，顏色暗淡，無光澤，表面多見黏土質渲染現象，粒徑較大，不均勻，沖擊成孔過程中無被沖碎現象，由于強風化巖中裂隙發育，在沖擊鉆進過程中各種礦物沿節理面充分解離，無連生體，斷面多陳舊，有磨損、侵蝕痕跡，斷口呈鈍狀，局部有鐵錳質浸染現象，石英及少量長石顆粒得以保留原巖中(圖4)。

3.2.2 中風化巖層碴樣 中風化碴樣顏色發青，粒徑較小，均勻。由于中風化巖石強度較強風化巖高，裂隙稍發育，故碴樣中石英、長石被沖擊破碎的現象明顯，斷面多較為新鮮，有油脂光澤，部分帶有明顯的鉆頭沖擊留下的痕跡，斷口較為鋒利(圖5)。

圖4 強風化碴樣Strongly weathered slag specimen

圖5 中風化碴樣oderately weathered slag specimen

4 單樁承載力驗算與驗證

按照上述樁基貫入度的入巖深度判定標準，對4根樁(ZH1—ZH4)進行試成樁，并按室內試驗結果進行單樁承載力驗算，通過現場靜載試驗來驗證單樁承載力是否滿足設計要求。

4.1 按室內試驗結果估算

按照《建筑樁基技術規范》(JGJ 94—2008)式5.3.9－1—5.3.9－3進行估算。

式(1)中：Quk為單樁豎向極限承載力標準值;qsik為樁周第i層土的極限側阻力(表2);li為各土層的厚度;u為樁身周長;frk為巖石飽和單軸抗壓強度標準值;Ap為樁端面積;ζr為樁嵌巖段側阻和端阻綜合系數，取0.68。

表2 單樁豎向極限承載力Quk估算Table 2 Estimation of vertical ultimate bearing capacity for single pile

4.2 按樁身承載力驗算

單樁承載力估算值(表2)未考慮樁身材料強度、成樁工藝等因素，應進行樁身承載力驗算，按照《建筑樁基技術規范》(JGJ 94—2008)式5.8.2－1進行驗算(表3)。

式(2)中：N為基樁軸向壓力設計值;ψc為基樁成樁工藝系數，取0.7;fc為混凝土軸心抗壓強度設計值，取19.1 N/mm2;Aps為樁身截面面積;f'y為縱向主筋抗壓強度設計值，取300 N/mm2;A's為縱向主筋截面面積。

表3 樁身承載力驗算值NTable 3 Checking value of the pile bearing capacity

從表2與表3計算結果來看，在保證樁身強度滿足設計承載要求的前提下，單樁豎向極限承載力取二者之間的較小值Qu=22 650 kN。

4.3 現場靜載試驗

現場試驗采用慢速維持荷載法，采用電動油泵逐級加載，共分10級加載和5級卸載，卸載量為加載量的2倍。

荷載值通過壓力傳感器測量，沉降值通過對稱正向布置于樁頭的百分表測量，所有位移傳感器均用磁性表座固定于基準梁上，基準梁安裝在獨立的基準樁上(常士驃等，2007)。

加載達到預期最大試驗荷載22 650 kN時即終止(表4)，樁頂累計沉降量均小于40 mm，而且QS曲線平緩，無明顯陡降段，S－lgt曲線呈平緩規則排列，由此可判斷ZH1—ZH4樁的單樁豎向抗壓極限承載力Qu≥22 650 kN。

表4 現場靜載試驗結果匯總表Table 4 Results of site static load tests

從現場成樁過程和靜載試驗檢驗結果看，將貫入度0.30 m/h作為進入強風化巖、貫入度0.08 m/h作為進入中風化巖的入巖判定標準指導現場樁基施工可行，樁基工程質量能滿足設計承載力要求。

5 結論

(1)嵌巖樁成樁施工過程中應及時采取碴樣，并根據觀察、分析碴樣礦物成分、粒度、粒徑大小、顏色、斷面情況等，結合已有的勘察資料初步判別巖石的風化程度。

(2)入巖后及時、詳細記錄鉆進過程中的異常情況，及時檢查鉆頭磨損情況，排除因鉆頭磨損等原因導致進尺緩慢或不進尺等情況，并計算各時段不同貫入深度范圍內巖石的貫入度。

(3)結合鄰近已有勘探資料，分析總結不同風化程度巖石的貫入度隨深度的變化規律，制定統一的入巖判定標準。

(4)通過分析和研究，在高強度硬質巖地區，貫入度0.30 m/h可作為強風化巖的入巖標準，貫入度0.08 m/h可作為中風化巖的入巖標準，以此作為嵌巖樁施工入巖深度的判定標準可以同時滿足現場施工要求和設計承載力要求。該工程所采用的反循環沖擊鉆成樁工藝(周曙春等，2011)具有一定的代表性，可以作為施工區類似樁基工程施工指導。

(5)由于貫入度與巖石性質、強度、設備類型和樁基施工操作流程等多種因素有關，受條件限制，工程未進行單樁的破壞性試驗，但為類似工程提供了一套行之有效的施工控制方法，即首先針對特定位置試樁，分析總結貫入度隨深度的變化規律，制定入巖深度控制的統一判定標準，進而按此標準進行試成樁，通過理論驗算和現場靜載試驗檢驗單樁承載力，滿足設計承載力要求后再加以推廣。

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