三门大湖塘新区桩基础几个问题的探讨

作者介绍: 蒋英明, 三门县建筑工程质量监督站;韩高益, 三门县建筑工程管理处

　　随着三门县经济建设的迅速发展,许多高大建筑物在大湖塘新区落户。由于大湖塘新区地处海陆交互相的复杂地层地段,所以建筑物大多采用桩基础;而且基岩埋深一般在30~40m左右,局部深50m,对于高层建筑物都采用嵌岩钻孔灌注桩基础。从现有的建筑物桩基础检测结果来看,有不少问题必须总结。（参考《www.jianzhu518.com》）

1　新区场地土物理力学指标和承载力参数

大湖塘新区综合工程地层及其承载力参数(根据地质报告)见表1。

2　单桩承载力取值

(1)单桩竖向抗压极限承载力Qu按《建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003)》有关规定和现场实际静载试验的Q-S曲线综合分析确定。
(2)嵌岩桩的桩顶沉降S对单桩竖向抗压极限承载力取值很重要。桩顶沉降S由桩身压缩变形SP、
底沉渣压实变形SS和桩端下岩石沉降SB组成:
S=SP+SS+SB
正常情况下,岩石沉降SB很小,主要考虑SP、SS。

①桩身压缩变形SP。
根据材料力学中轴向受压杆件变形的计算公式,并考虑到桩周土的约束对轴向力传递的影响和实际测试结果,可以近似地将轴力-深度分布曲线简化为直线,则:

式中:Pt—桩顶轴向力;
Pp—桩端轴向力;
EC—桩混凝土弹性模量;
A—桩身横截面积。
针对现有的嵌岩桩概略估算结果:对于直径1000mm,桩长30m的桩,SP=5~8mm;对于直径1000mm,桩长50m的桩,SP=8~12mm。
②沉渣压实变形SS。
桩底沉渣由于受到周围基岩的约束,压实变形类似于有侧限压缩变形。从受力过程可分为两个阶段,第一阶段沉渣受到桩身自重的压力(最大理论值为γ.L),在此压力下变形较小,稳定也较快。第二阶段为受到外荷载的作用,此时产生的变形:

式中:e0—沉渣起始孔隙比;
ep—作用于沉渣的外荷载所对应的沉渣孔隙比;
H0—孔底沉渣厚度。
根据经验和试验室数据概略估算:
H0=20mm,SS=2~5mm;
H0=50mm,SS=10~20mm;
H0=70mm,SS=15~30mm。

3　部分单桩静载荷试验成果资料比较

3.1　部分试验成果资料
部分试验成果资料汇总详见表2。


3.2　几根桩顶沉降量较大的桩的分析结论
序号2桩:桩径1000mm,桩长55.5m,桩顶沉降量39.41mm。主要是沉渣厚度较大。
序号6桩:桩径700mm,桩长24.0m,单桩承载力特征值2700kN,相应的桩顶沉降量30.14mm。当试验加荷到6000kN时桩顶急剧下沉20~30cm。开挖结果,是接桩部位碎裂。判断单桩极限承载力要大于6000kN。
序号10桩(S4):桩径1000mm,桩长25.65m,试验加荷到11200kN时,桩顶沉降量50.76mm。补勘钻探结果,东边(B2)1.7m钻孔,中风化基岩在33.5m见到,且在28.5~28.7m夹黏土;再往东7.92m的ZK8孔32.3m见到中风化基岩;西边(B1)2m钻孔,中风化基岩在30.9m见到。判断结果:桩端所在位置不是中风化基岩。
序号11桩:桩径1000mm,桩长35.8m,试验加荷到11200kN时,桩顶沉降量45.17mm。在加荷到7000~8400kN时出现陡降,加荷到9800~11200kN时,Q-s曲线又趋平缓。判断结果:桩端沉渣,估算厚度在40mm左右。11号桩Q-S曲线见图1。

图1　11号桩Q-S曲线

4　各桩型的分析比较

4.1　单桩承载力及其经济效益
从表2[Ra/V(kN/m3)]一栏可以看出,大直径嵌岩桩桩长在20~30m,每m3混凝土所得到的单桩承载力最大,能达到323kN/m3;桩长在50m多,每m3混凝土所得到的单桩承载力约140kN左右。可见长桩经济效益较差。

如果以③-1或④-1含黏性土卵石层为桩基持力层,桩长在20~30m左右,对于Φ600、Φ700钻孔灌注桩,单桩承载力特征值1800~2200kN,每m3混凝土所得到的单桩承载力特征值能达到160kN左右。如果每m3混凝土费用总额按700元计算,那么每100kN所需费用为437.5元。

对于Φ500的预应力管桩,每米桩长所得到的单桩承载力特征值能达到83.3kN左右。如果每米桩长费用总额按180元计算,则每100kN所需费用为216元。

由此可见,预应力管桩的费用要比钻孔灌注桩低得多,所以在施工条件允许的情况下,应尽量使用预应力管桩基础。

从技术经济效益方面考虑,建议工程勘察时,一般的控制深度均应在30m以上,而且至少有一孔要见到基岩。

4.2　勘察成果资料分析与桩端承载力特征值确定

(1)根据《建筑地基基础设计规范(GB500-2002)》第8.5.5条和第5.2.6条规定:当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时,可按下式估算单桩承载力特征值:


嵌岩灌注桩桩端以下3倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布;并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。当桩端无沉渣时,桩端岩石承载力特征值(qpa),应根据岩石饱和单轴抗压强度标准值按本规范第5.2.6条确定,或按本规范附录H用岩基载荷试验确定。

规范第5.2.6条……对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值,可根据室内饱和单轴抗压强度按下式计算:


ψr—折减系数。根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合,由地区经验确定。无经验时,对完整岩体可取0.5;对较完整岩体可取0.2~0.5;对较破碎岩体可取0.1~0.2。

桩端阻力特征值计算参数的确定是关键。
一号大厦和二号大酒店两个工地毗邻,地层情况基本一致,基岩都是安山岩。由两个单位勘察,同样作为桩端持力层的中风化安山岩,一号大厦提的桩端阻力特征值是2800kPa;二号大酒店提的桩端阻力特征值是4000kPa。一号大厦中风化安山岩的岩石饱和单轴抗压强度标准值128.6MPa;二号大酒店中风化安山岩的岩石饱和单轴抗压强度标准值110.27MPa。按照《建筑地基基础设计规范(GB500-2002)》上述有关规定:ψr按最小取值,即ψr=
0.1;frk按100MPa计算。那么:

按浙江省标准《建筑地基基础设计规范(DB33/1001-2003)》附录N表N.0.2中等风化~微风化的硬质岩,桩端土(岩)承载力特征值qpa=6000~10000kPa。
两工程勘察报告的取值偏于保守。

(2)一号大厦、二号大酒店均由一家建筑设计院设计。桩型为Φ1000、Φ900、Φ800钻孔灌注桩,以中等风化安山岩层为桩端持力层,入持力层深度为1D,要求单桩承载力特征值分别为7000kN、6000kN、5200kN。从表2可见,二号大酒店的几根试桩问题较大。主要问题是中等风化安山岩层顶板位置勘察资料的误差很大,桩端多未进入中等风化安山岩。

(3)三号大厦由另一家建筑设计事务所设计。桩型为Φ700钻孔灌注桩,以中等风化凝灰岩或含黏性土碎石为桩端持力层,要求单桩承载力特征值为2500kN(试桩时最大加载量要求再加1~2级)。

从上面分析中可知,桩长20~30m左右的嵌岩桩经济效益最好。单桩极限承载力大于6000kN。最后设计全部采用嵌岩桩。

(4)××花园由第三家建筑设计公司设计。桩型为Φ700、Φ600钻孔灌注桩,以③或④含黏性土卵石为桩端持力层,要求单桩承载力特征值为2200kN~1300kN。由于机械设备和施工工艺等原因,孔壁塌方,混凝土充盈系数增大,实际的单桩承载力比设计要求大很多。

(5)C-16地块住宅小区由第四家民用建筑设计公司设计,为多层建筑。桩型为Φ500、Φ600预应力管桩,以③含黏性土卵石为桩端持力层,要求单桩承载力特征值Φ500为1500kN、Φ600为1800kN。经济效益显著。

5　桩基础施工中的几个问题

(1)施工机械设备:根据场地的实际情况,因地制宜选择合适的施工机械设备和钻进工具,同时还要选择切实可行的成孔施工工艺。

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