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(qū)嵌巖樁作為常用的樁型被大多數(shù)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(tǒng)一的固定標準，因地因人而異的現(xiàn)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(qū)地貌屬長江下游丘陵平原區(qū)，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(shù)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(shù)Table 1 Designed parameters of pile foundation for different strata

2 樁基施工中出現(xiàn)的難題

根據(jù)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(wǎng)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(jīng)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(xù)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(tǒng)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(xù)樁基施工積累經(jīng)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(jù)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(huán)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)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(xiàn)象，粒徑較大，不均勻，沖擊成孔過程中無被沖碎現(xiàn)象，由于強風化巖中裂隙發(fā)育，在沖擊鉆進過程中各種礦物沿節(jié)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(xiàn)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(fā)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(fā)育，故碴樣中石英、長石被沖擊破碎的現(xiàn)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(xiàn)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(guī)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(shù)，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(guī)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(shù)，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(xiàn)場靜載試驗

現(xiàn)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(guī)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(xiàn)場靜載試驗結果匯總表Table 4 Results of site static load tests

從現(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(guī)律，制定統(tǒng)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(qū)，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(xiàn)場施工要求和設計承載力要求。該工程所采用的反循環(huán)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(qū)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(guī)律，制定入巖深度控制的統(tǒng)一判定標準，進而按此標準進行試成樁，通過理論驗算和現(xiàn)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。

陳斌，卓家壽，吳天壽.2002.嵌巖樁承載性狀的有限元分析［J］.巖土工程學報，24(1)：51－55.

常士驃，張?zhí)K民.2007.工程地質手冊［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

GB 50010—2010，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

JGJ 106—2003，建筑基樁檢測技術規(guī)范［S］.

JGJ 94—2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

唐祖寧.2012.高強度基巖上橋梁嵌巖樁嵌巖深度的確定方法［J］.中國市政工程，(4)：22－24.

張雁，劉金波.2009.樁基手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

周曙春，杜坤乾，謝軍.2011.正循環(huán)鉆進、氣舉反循環(huán)清孔工藝施工應用［J］.巖土工程學報，33(增刊2)：166－169.

張德軍，盧世英.2012.馬鞍山金鷹項目［R］.江蘇南京.江蘇省水文地質海洋地質勘查院.