李连祥1、2 ,訾晓忠3 ,郑英杰1、2,李世霖3,扈学波2
(1 山东大学土建与水利学院 山东 济南 250061;2 山东大学基坑与深基础工程技术研究中心山东 济南 250061;3 山东同圆设计集团有限公司 山东 济南 250101)
摘 要:为明确破碎基岩地区人工挖孔桩工作机理,选择适宜桩长和桩端持力层,保证施工安全和工期可控,对直径800mm、长18m的人工挖孔桩进行了竖向静载、岩基平板载荷试验和桩身轴力系统测试,获得了破碎基岩地区人工挖孔桩工作机理:18m以上桩长人工挖孔桩为端承摩擦桩,破碎基岩对桩身具有敏感摩阻力,单桩极限承载力超过10400kN,桩身阻力先于桩端支承发挥作用,端承能力占竖向荷载约计40%,桩端设置扩大头不合理。由此,对桩基设计进行了优化,并建议全面、系统、深入理解和应用规范,科学选用破碎或风化岩层为持力层,应用基本原理完善和发展规范。
关键词:基岩破碎;人工挖孔桩;系统测试;工作机理;设计优化
1 引言
现有嵌岩桩基的理论和设计方法[1、2]中,主要针适于完整、较完整基岩。对于破碎基岩地区的桩基设计尚未见相关研究和具体设计方法。
济南南依泰山隆起,北临齐河广饶大断裂,总体属古生代地层为主体的发育许多断裂的北倾单斜地质构造。西部有马山断裂、平安店断裂、石马断裂和炒米店断裂,东部有千佛山断裂、文化桥断裂,刘志远断裂、东坞断裂、港沟断裂等,造成多条破碎带。目前济南西部长清大学城和东部的高新区基本居于破碎基岩地区。这里地下水位埋藏深,适于人工挖孔,且对于避免岩石破碎、节理发育桩基机械成孔泥浆护壁跑浆、卡钻有利,多年以来主流高层建筑(高度小于100m)多选用人工挖孔桩基。
依据现有桩基理论和设计方法,桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力,由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成[2]。若是破碎基岩,设计人员一般按嵌岩端承桩理念,寻找桩端完整、较完整基岩,以式(1.1)估计基桩承载力特征值Ra[1]。

(1.1)
式中:
qpa —— 桩端岩石承载力特征值(kN)。
AP—桩端面积。
由于特殊的历史成因和地质构造,完整、较完整中风化岩层往往较薄或埋藏较深,要满足桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布,且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面[1]的要求,可能存在反复下挖现象,且越是找完整、较完整的中风化基岩,越是难以如愿,从而反复下挖,桩长不断加长,有时甚至超过30m。结果不管嵌岩桩的长径比大小,上覆土层性质,一律将嵌岩桩当成端承桩进行设计,或者不适当地增加嵌岩深度或采用桩端扩大头[3]。在桩径已定(多用800mm)施工情况下,无法加大桩径满足桩孔越来越深的安全需要,工期难控。
因此,重视并掌握破碎基岩地区桩基工作机理,对于改进地方设计理念,体现桩基真实工作状态具有理论和工程价值。
2 工程实例分析
2.1 桩基设计情况
某项目一期工程共11栋住宅楼,位于济南东部高新区,其中7栋采用人工挖孔桩基础,分别是1#、2#、4#、5#、7#、8#、11#住宅楼。1#、2#、5#住宅楼桩长超过30m,最长35.3m,4#、7#住宅楼桩长接近20m。选择⑥-2中风化角砾状泥灰岩为桩端持力层(地层分布见表1),桩径800mm,桩端进入持力层不小于0.8m,4#、7#楼设桩端扩大头,单桩承载力特征值5200kN,桩身砼强度C30,护壁混凝土强度等级为C30。桩基设计情况见表1。
表1 1#、2#、5#、4#、7#住宅楼桩基情况表
|
楼号
|
1#
|
2#
|
4#
|
5#
|
7#
|
|
设计桩长(m)
|
33.8
|
35.3
|
19.9
|
30.5
|
19.4
|
|
优化后桩(m)
|
18
|
18
|
16.55
|
18
|
18.2
|
|
桩数(颗)
|
83
|
162
|
147
|
162
|
99
|
2.2 人工挖孔桩桩基施工专项安全论证
根据相关管理规定,人工挖孔桩长超过15m时,为危险性施工较大工程,须进行建筑工程安全专项施工方案论证。结论建议设计院对桩基设计进行调整,目前施工工艺不能保证桩径800mm 、20m以上桩长的桩基施工安全。要么加大桩径,确保超深桩孔施工顺利;要么进行设计优化,缩短桩长或重新布桩。此时,桩孔已全部开挖,下部扩径或重新布桩几无可能,优化和缩短桩长是最佳途径。
3 基于规范原则的现场测试
3.1 桩基优化的可能性
3.1.1 破碎基岩地区超长挖孔桩单桩承载力的确定方法
本项目处于破碎基岩,且初步设计30多米的桩长,应按摩擦或端承摩擦桩的设计理念,按大直径桩,根据岩土物理指标与承载力参数按式(3.1)确定单桩承载力[2]。
式中:
Quk-单桩竖向极限承载力标准值;
Qsk、 Qpk-分别为总极限侧阻力和总极限端阻力标准值;
qsik-桩侧第i层土极限侧阻力标准值
qpk-桩径800mm极限端阻力标准值,对于干作业成孔(清底干净)可采用深层荷载板试验确定;
、
-大直径侧阻、端阻尺寸效应系数。
u-桩身周长,当人工挖孔桩桩周护壁为振捣密实的混凝土时,桩身周长可按护壁外直径计算。
由于文献
[1、2]没有给定破碎、较破碎基岩的人工挖孔工艺极限侧阻力标准值,且济南没有地方经验,致使设计人员无法按式(3.1)分析,只能参照式(1.1)按端承桩设计,由此又与式(1.1)桩长较短的前提相悖
[1]。
3.1.2 准确理解和判断桩端持力层要求
本项目中,由于⑤-2中风化白云质灰岩较薄(表1),只好越过⑤-3强风化白云质灰岩和⑥-1强风化角砾状泥灰岩选择⑥-2中风化角砾状泥灰岩。在选择桩型和持力层的分析过程中,把强风化岩看作了软弱夹层,按照式(1.1)不能保证嵌岩端承载能力,因此造成挖孔桩超长
[2]。
实际上,挖孔桩自④-1胶结砾岩就可以理解为入岩了,如果将桩设计成摩擦或端承摩擦桩,⑤-1以下都是良好持力层。关键要明确挖孔桩工作机理,并按式(3.1)估计单桩承载力标准值。
因此,按基本原则静载试验确定单桩承载力,极限端阻力标准值可通过基岩平板荷载试验确定,极限侧阻力标准值可通过桩身轴力伴随静载实验获得,同时得到该区域挖孔桩侧阻、端阻传递规律,从而明确设计理念,准确计算分析单桩承载力,优化设计是可能的。
3.2 试验检测方案
为保证挖孔桩基施工可行,安全可控,拟对超长挖孔桩进行优化。目标持力层按⑤-2,基桩入土深度18m左右,考虑岩土工程勘察报告岩土层物理力学参数不理想,建议通过现场测试手段获取桩基设计修正参数,同时也为后期项目积累经验,提供数据,从而实现安全基础上的优化。
(1)检测点布置
1)地质雷达桩端以下岩层探测,一桩一探,确保无岩溶空洞;
表2 桩基底层分布、静载检测、钢筋计位置表
|
层号
|
岩性
|
56/5#楼静载检测
|
30/2#楼静载检测
|
|
岩土层
厚度
|
钢筋计
位置
|
岩土层
厚度
|
钢筋计
位置
|
|
②黄土
|
可塑~硬塑,具有中等压缩性,分布较稳定,厚度较大
|
2.22
|
-0.5
-2.22
|
1.37
|
-0.5
-1.37
|
|
③粉质粘土
|
可塑~硬塑,具有中等压缩性,分布较稳定,力学性质较好,强度较高;
|
4.35
|
-6.57
|
3.1
|
点赞 (0)
TOP
|
评论 (0)