墩基礎(chǔ)的概念及其檢測方法的探討

沈園園 洪文寶 喬穩(wěn)慶 石泉

墩基礎(chǔ)的概念及其檢測方法的探討

沈園園 洪文寶 喬穩(wěn)慶 石泉

墩基礎(chǔ)雖然在很多工程上得到應(yīng)用，但是其概念與原有國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的定義是有本質(zhì)區(qū)別的，主要表現(xiàn)在設(shè)計計算方法和構(gòu)造尺寸要求上。其新概念的形成主要衍生于地方經(jīng)驗(yàn)，并已得到設(shè)計和施工單位越來越廣泛的應(yīng)用，但是在我國工程技術(shù)規(guī)范中還未見對墩基礎(chǔ)的定義，因此對其概念的解釋是十分必要的，有助于工程技術(shù)人員的掌握。與此同時，對于這種特殊的基礎(chǔ)形式采取何種檢測方法對其承載力、完整性進(jìn)行檢測，從而做出正確評價也是值得探討和借鑒的。

一、墩基礎(chǔ)的概念

1.墩基礎(chǔ)的概念形成

墩基礎(chǔ)在國內(nèi)外一些主要的技術(shù)文獻(xiàn)中均指通過人工挖孔或鉆孔后形成的大直徑灌注樁。而目前學(xué)術(shù)界與工程界廣泛使用的墩基礎(chǔ)的概念與之前的定義有很大的區(qū)別，其中最具代表性的定義為通過人工挖孔或鉆孔而形成的埋深H＞3m，直徑D≥800mm，且埋深與墩身直徑之比H/ D＜6或埋深與擴(kuò)底直徑之比的獨(dú)立剛性基礎(chǔ)，并規(guī)定墩身有效長度宜墩端直徑不宜大于墩身直徑的2.5倍。在我國除了湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)及大量文獻(xiàn)有涉及墩基礎(chǔ)的規(guī)定外，在國家規(guī)范中并未有墩基礎(chǔ)的相關(guān)規(guī)定。故其新概念的形成主要是衍生于地方經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是實(shí)踐過程中的概念重塑，對于它的研究正處在不斷完善的過程，定義的提出還缺乏充足的理論依據(jù)。

2.墩基礎(chǔ)的破壞模式

墩基礎(chǔ)是介于淺基礎(chǔ)和樁基之間的一種特殊的基礎(chǔ)形式。淺基礎(chǔ)的破壞模式主要表現(xiàn)為整體剪切、局部剪切和刺入破壞，樁基的破壞模式主要表現(xiàn)為整體剪切和刺入破壞，而墩基礎(chǔ)埋深淺、直徑大，且大部分采用擴(kuò)大頭的設(shè)計方法，其破壞模式主要表現(xiàn)為局部剪切和刺入破壞。墩基礎(chǔ)是以墩端受力為主，墩身側(cè)摩阻力根據(jù)墩基礎(chǔ)沉降量大小及埋深情況可能處于不發(fā)揮、得不到充分發(fā)揮和充分發(fā)揮的狀態(tài)。另外對于普遍采用的擴(kuò)大頭墩基礎(chǔ)隨著荷載的增加，位移量增大，墩端四周出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，擴(kuò)大頭與上方土體出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。因此墩基礎(chǔ)受力狀態(tài)較淺基礎(chǔ)和樁基復(fù)雜。

3.墩基礎(chǔ)的計算方法

墩基礎(chǔ)承載力特征值的計算方法主要有三種思路，但是由于研究的還不夠深入，目前采用的均為經(jīng)驗(yàn)公式，與墩基礎(chǔ)實(shí)際受力狀態(tài)下的承載力還是具有一定的誤差，是存在過于保守或高估的風(fēng)險。

（1）按淺基礎(chǔ)修正公式計算，參見《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011，即：

該計算方法是目前主要的設(shè)計計算依據(jù)，該法不考慮墩側(cè)摩阻力，墩端阻力采用深寬修正后的地基承載力特征值或按抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定承載力特征值，從破壞模式來看該計算方法是過于保守的。在工程實(shí)踐當(dāng)中該計算方法常被用作區(qū)分墩基礎(chǔ)還是樁基的依據(jù)。

（2）按樁基公式計算，參見《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008，即：

該計算方法是依據(jù)大直徑擴(kuò)底樁計算墩基礎(chǔ)承載力，并根據(jù)埋深及上覆土情況判斷是否考慮敦側(cè)摩阻力，但該計算方法比較少見。還有文獻(xiàn)提出是將式（1）與式（2）計算結(jié)果比較取低值。

（3）按修正后的公式計算，即通過理論推導(dǎo)或大量的載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)對現(xiàn)有的計算式（1）或式（2）提出修正系數(shù)和。

根據(jù)墩基礎(chǔ)的破壞模式及復(fù)雜的受力機(jī)理可知墩基礎(chǔ)計算若是采用淺基礎(chǔ)計算公式是過于保守的，若是采用樁基公式顯然其側(cè)摩阻力和樁端阻力的發(fā)揮成度目前也是無依據(jù)的，一般是高估了墩基礎(chǔ)的承載力。因此采用合理的修正系數(shù)來計算墩基礎(chǔ)承載力是十分必要的，有待進(jìn)一步研究總結(jié)，該計算方法為主要的研究方向。

二、墩基礎(chǔ)的檢測方法

對于目前墩基礎(chǔ)的檢測設(shè)計一般是不做要求的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的設(shè)計采用的計算理論是基于淺基礎(chǔ)，是一種保守的設(shè)計方法，且淺基礎(chǔ)地基承載力的研究也是比較充分的，工程設(shè)計上確實(shí)很少做檢測要求，普遍認(rèn)為地勘參數(shù)已經(jīng)具有較高的安全性，同時也是為了節(jié)約工期。

但是目前墩基礎(chǔ)的承載力設(shè)計值一般較高，施工方法大多采用旋挖機(jī)械成孔的方式，適用條件也由原來簡單地質(zhì)條件發(fā)展到在復(fù)雜地質(zhì)條件下的運(yùn)用，比如巖溶區(qū)、泥巖區(qū)等。因此不確定的因素也越來越多，能采取正確適當(dāng)?shù)臋z測方法對其承載力、完整性進(jìn)行檢測，從而作出正確評價保障工程質(zhì)量安全刻不容緩。

墩基礎(chǔ)的承載力主要是由墩端持力層來提供，因此正確判斷墩端持力層的承載力是十分關(guān)鍵的。對此目前提出的檢測方法主要是對墩端持力層采用墩底平板載荷試驗(yàn)、深層平板載荷試驗(yàn)、螺旋板載荷試驗(yàn)等。從上述墩基礎(chǔ)設(shè)計、施工、地質(zhì)條件的變化來分析，簡單采用上述檢測方法或不做檢測是不能保證墩基礎(chǔ)質(zhì)量且不具說服力的。為此筆者提出如下建議：

（1）對于墩基礎(chǔ)的豎向承載力，在有條件的情況下應(yīng)該采用靜載試驗(yàn)檢測，噸位較大的墩基應(yīng)事先選用墩底平板載荷試驗(yàn)、深層平板載荷試驗(yàn)、螺旋板載荷試驗(yàn)等其中一種方法來作為承載力檢測手段。

（2）對于已經(jīng)施工的墩基可采用鉆芯法、觸探、巖芯抗壓等來驗(yàn)證墩底持力層的性質(zhì)。

（3）對于墩基礎(chǔ)的水平承載力，由于墩基礎(chǔ)埋深較淺抵抗水平力的能力較差，若建筑物可能受到的水平力較大時應(yīng)進(jìn)行水平承載力檢測。

（4）墩基礎(chǔ)的墩身完整性與樁基一樣重要，墩身質(zhì)量和墩底成渣是決定墩的承載力能否得到發(fā)揮至關(guān)重要的因素，但是墩基礎(chǔ)埋深淺，低應(yīng)變法可能大多數(shù)墩長是不適用的，一般可采聲波透射法或鉆芯法進(jìn)行檢測。

三、結(jié)論與建議

（1）掌握墩基礎(chǔ)的概念主要在于對新舊定義區(qū)分，破壞模式及計算方法的了解。

（2）對于墩基礎(chǔ)的研究正處于不斷完善的過程，定義的提出、計算方法的選擇及破壞模式的分析主要來自于工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，還缺乏充足的理論依據(jù)，有待進(jìn)一步的研究。

（3）墩基礎(chǔ)的檢測方法已經(jīng)滯后于它的工程應(yīng)用，為了能正確評價墩基礎(chǔ)工程質(zhì)量，本文對墩基礎(chǔ)的承載力、完整性檢測提出了一些建議，以供檢測人員參考。

（作者單位：沈園園、喬穩(wěn)慶，廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心；洪文寶、石泉，上海華東民航機(jī)場建設(shè)監(jiān)理有限公司）