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(jì)計(jì)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(jì)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(duì)墩基礎(chǔ)的定義，因此對(duì)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(shí)，對(duì)于這種特殊的基礎(chǔ)形式采取何種檢測方法對(duì)其承載力、完整性進(jìn)行檢測，從而做出正確評(píng)價(jià)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(duì)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(jì)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(duì)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(jì)算方法

墩基礎(chǔ)承載力特征值的計(jì)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(xiǎn)。

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

該計(jì)算方法是目前主要的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算方法是過于保守的。在工程實(shí)踐當(dāng)中該計(jì)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(jì)算，參見《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008，即：

該計(jì)算方法是依據(jù)大直徑擴(kuò)底樁計(jì)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(jì)算方法比較少見。還有文獻(xiàn)提出是將式（1）與式（2）計(jì)算結(jié)果比較取低值。

（3）按修正后的公式計(jì)算，即通過理論推導(dǎo)或大量的載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)有的計(jì)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(jì)算若是采用淺基礎(chǔ)計(jì)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(jì)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(jì)算方法為主要的研究方向。

二、墩基礎(chǔ)的檢測方法

對(duì)于目前墩基礎(chǔ)的檢測設(shè)計(jì)一般是不做要求的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的設(shè)計(jì)采用的計(jì)算理論是基于淺基礎(chǔ)，是一種保守的設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)也是為了節(jié)約工期。

但是目前墩基礎(chǔ)的承載力設(shè)計(jì)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(duì)其承載力、完整性進(jìn)行檢測，從而作出正確評(píng)價(jià)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(duì)此目前提出的檢測方法主要是對(duì)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(jì)、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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)新舊定義區(qū)分，破壞模式及計(jì)算方法的了解。

（2）對(duì)于墩基礎(chǔ)的研究正處于不斷完善的過程，定義的提出、計(jì)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(píng)價(jià)墩基礎(chǔ)工程質(zhì)量，本文對(duì)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）