李光明,彭世江,郭 瑞

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)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(tuán)有限責(zé)任公司,四川成都 610031)

結(jié)合成都地區(qū)某工程,對樁基樁型的選擇進(jìn)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(jìn)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(qū)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(fēng)化砂巖,導(dǎo)致設(shè)計錯誤地采用了人工挖孔樁基礎(chǔ),而在挖孔穿越該層時,出現(xiàn)了大量的流沙,雖經(jīng)降水、減少護(hù)壁圈長度等多種施工方法補救,但人工挖孔樁仍難以進(jìn)行,最終更改為沖孔灌注樁基礎(chǔ)。但沖孔灌注樁在成都地區(qū)泥巖中應(yīng)用較少,且成都地方規(guī)范又無相應(yīng)的建議參數(shù),因此在設(shè)計施工之前,對已經(jīng)選定的樁型進(jìn)行了試樁,并通過埋設(shè)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(zhì)水文條件

該工程典型的工程地質(zhì)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(zhì)黏土,厚約 7.0m,軟塑 ～可塑,濕,干強(qiáng)度高,無搖震反應(yīng)。

(3)粉土,厚約 1.0m,稍密,濕 ～飽和,干強(qiáng)度低,搖震反應(yīng)中等。

(4)細(xì)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(qiáng)風(fēng)化泥砂巖,厚度約 3.0 m,鈣泥質(zhì)膠結(jié),裂隙發(fā)育,巖芯破碎,遇水易軟化。

(6)中風(fēng)化泥砂巖,鈣泥質(zhì)膠結(jié),裂隙較發(fā)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(xì)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(rèn)為泥砂巖頂板的的細(xì)砂層(4)為泥砂巖全風(fēng)化而成,因此對細(xì)砂層沒有進(jìn)行詳細(xì)的研究,根據(jù)經(jīng)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(nèi)明排水即可的結(jié)論。然后設(shè)計單位根據(jù)此結(jié)論,選擇了經(jīng)濟(jì)、快速的人工挖孔樁基礎(chǔ),樁端以第(4)層為持力層?，F(xiàn)場開挖后,由于承壓水導(dǎo)致大量流砂,使人工挖孔樁無法繼續(xù),現(xiàn)場不得不停止挖孔樁施工。

該事件發(fā)生后,建設(shè)單位增加了三個補勘鉆孔,待巖樣全部揭露后,專家組根據(jù)細(xì)砂層底部揭露的卵石顆粒得出結(jié)論:場地分布的細(xì)砂層不是泥砂巖全風(fēng)化而成,而是沖洪積形成。由于細(xì)砂層薄厚不均,頂板上又有隔水層粉質(zhì)黏土(2),因此細(xì)砂層中的水具有承壓性,根據(jù)現(xiàn)場的實際測試結(jié)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(fā)生了大面積的流砂,盡管采取了減少護(hù)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(jìn)行。后又進(jìn)行了管井降水,但由于細(xì)砂層比較密實,滲透系數(shù)小,管井降水效果微弱。最后,業(yè)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(xiàn)場的實際條件。現(xiàn)場 400多根人工挖孔樁已經(jīng)全部動工,且大多數(shù)都已施工到流砂層頂板。由于當(dāng)初設(shè)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(yīng)目前的實際情況。

經(jīng)過專家對現(xiàn)有的樁基施工方法認(rèn)真分析,最后決定采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)。其原因主要有三:

(1)沖孔灌注樁可充分利用已經(jīng)完成的人工挖孔部分,且樁基布置、承臺構(gòu)造都可以與以前相同,從而可大大減少設(shè)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(xì)砂層頂板開始施工,到灌注完畢,1根樁大概需要 24 h(新設(shè)計的沖孔灌注樁要求樁端進(jìn)入中風(fēng)化泥砂巖 3倍樁徑)。由于成都市場上擁有大量的沖孔鉆機(jī),可以在短時間內(nèi)組織到大量的鉆機(jī)進(jìn)入施工現(xiàn)場,為追趕工期做好準(zhǔn)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(xiàn)場操作條件和成都地區(qū)的現(xiàn)有設(shè)備情況,對鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁、沉井方案被否定。

施工方法確定后,業(yè)主又要求我院對樁長進(jìn)行估計。由于無準(zhǔn)確的勘察資料,我院建議在場地的適當(dāng)?shù)胤竭M(jìn)行試樁,載荷試驗的反力系統(tǒng)采用錨樁,錨樁可由工程樁來承擔(dān)。靜載試驗時通過埋設(shè)在樁中的鋼筋計對樁側(cè)阻力和樁端阻力進(jìn)行了驗證。靜載試驗前,對樁的完整性采用低應(yīng)變進(jìn)行了檢驗。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況,共布置 2根 1 000 mm的試樁進(jìn)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(jìn)入中風(fēng)化泥巖約 3m。

5 沖孔灌注樁設(shè)計、承載力驗證及分析

根據(jù)原勘察單位的部分測試成果和我院的經(jīng)驗,對該場地的沖孔灌注樁設(shè)計參數(shù)如表1。

按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-94)第5.2.9式和第 5.2.11式分別進(jìn)行計算,得到單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為: 4 897.8 kN和4 070.7 kN。試驗時考慮到錨樁為工程樁,設(shè)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范所規(guī)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(yuǎn)未達(dá)到極限承載力。

根據(jù)現(xiàn)場實測,試樁在 6 500 kN荷載作用下,強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖的側(cè)阻力實測值分別為:158 kN和238.5 kN,而相應(yīng)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(cè)阻力發(fā)揮不一致。由于荷載是自上而下傳遞的,而樁側(cè)土對樁的阻力一般隨樁身位移增大有強(qiáng)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(qū)分布的紅色泥巖屬于極軟巖,極軟巖飽和后,單軸抗壓強(qiáng)度幾乎全部喪失,因此規(guī)范建議可采用天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度來進(jìn)行計算。由于沖孔灌注樁為泥漿護(hù)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(fā)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(qiáng)度關(guān)系不敏感,因此建議按照規(guī)范 5.2.9式進(jìn)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(cè)阻力占有絕對優(yōu)勢,建議本工程按照摩擦樁來進(jìn)行設(shè)計,施工主要控制因素為樁長及樁身完整性。

6 結(jié)論及建議

(1)勘察是設(shè)計的前提,勘察資料的優(yōu)劣對整個工程進(jìn)度及質(zhì)量影響巨大,應(yīng)引起大家的重視。

(2)樁基礎(chǔ)工程屬于隱蔽工程,且一般都是施工過程中的關(guān)鍵過程,它的選型正確對整個工程的工期、造價影響巨大,應(yīng)給予高度重視。樁基選型必須結(jié)合現(xiàn)工程地質(zhì)條件和該地區(qū)已有的成功經(jīng)驗進(jìn)行,力爭做到經(jīng)濟(jì)、合理、安全、適用。

(3)成都地區(qū)泥巖中沖孔灌注樁的設(shè)計建議采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94-94)的5.2.9式進(jìn)行,而不采用嵌巖樁的計算方式。

(4)由于《成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)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(biāo)準(zhǔn)值,設(shè)計使用沖孔灌注樁時總有顧慮,根據(jù)本工程的試驗結(jié)果,證實在泥巖中使用沖孔灌注樁是可行的,建議中風(fēng)化泥巖的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值取 1 800～2 500 kPa,樁較長、樁低沉渣厚(應(yīng)在規(guī)范允許范圍內(nèi))時,取低值,否則,取高值。

(5)對大直徑?jīng)_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(shù)低應(yīng)變加 10%的樁超聲波的方法進(jìn)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(jī)建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心提供的試樁數(shù)據(jù),在此深表感謝。

[1] DB51/T5026-2001成都地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]

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

[3] 劉利民,舒翔,熊巨華.樁基工程的理論進(jìn)展與工程實踐[M].北京:中國建材工業(yè)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(shè)計。