某高层建筑部分桩基复核计算与补强

张 林

0 引言

广州市区基底大部分是红层，其岩性主要有泥质粉砂岩、含砾粗砂岩、砾岩和粉砂质泥岩。受地质构造、地下水等作用影响，广州市红层风化岩比较复杂[1]，主要有强度变化大、颗粒不均匀、软硬夹层、遇水易软化等问题。该高层建筑为17层框剪结构大楼，基础采用人工挖孔灌注桩，单柱单桩，桩径为1.2 m～1.6 m，桩长为9.0 m～14.0 m。由于跨度较大，要求桩端进入持力层(微风化岩层)0.5 m。根据抽芯检测报告，该部分岩芯试样试压结果不符合设计要求的桩端持力层均为含砾粗砂岩或者砾岩。抽芯检测结果显示:桩端持力层均判断为新鲜完整微风化砾岩，且无软弱夹层，符合设计要求，但少数桩端持力层岩芯试样试压结果不符合设计要求。结构设计工程师经过桩基复核计算，单桩竖向承载力不能满足设计要求。因此，对该部分人工挖孔桩采用注浆法对桩端持力层进行补强加固，以提高持力层的强度和减少桩基不均匀沉降。桩基加固后经过桩基静载荷实验，承载力满足设计要求，沉降观测结果符合规范要求。

1 场地工程地质条件

1.1 土层、岩层地质情况

根据勘察报告，钻探揭露的地层有第四系填土层、冲积层粉质粘土、淤泥质土、粗砂、下伏基岩为下第三系宝月组(E2by2)砾岩。

1.1.1 土层部分

③淤泥质土:灰黑色，饱和，流塑，含有机质，层厚约1.1 m。

④粗砂、细砂:层厚约1.3 m，浅黄色，饱和，松散～稍密。

⑤残积层粉质粘土:以粉质粘土为主，局部为粉土，层厚2.9 m ～11 m。

1.1.2 基岩部分(下第三系宝月组(E2by2)砾岩)

钻孔揭露的基岩属下第三系宝月组(E2by2)砾岩。场地基岩按风化程度有比较明显的垂直分带性。各风化岩层的特征如下:

①全风化砾岩:褐红色，原岩结构可辨，岩芯呈坚硬土柱状，局部碎石土状，层厚约1.8 m。

②强风化砾岩:褐红色，浅灰白间紫红色，原岩结构可辨，岩芯呈半岩半土状、碎块状;局部夹有中风化岩碎块，层厚0.5 m～3.8 m。

③中风化砾岩:暗红色、棕褐色，浅灰白间紫红色，砾状结构，层状构造，岩质较硬，裂隙较发育，岩芯呈柱状、块状;层厚0.5 m～4.1 m。

④微风化砾岩层:棕褐色，浅灰白间紫红色，砾状结构，层状构造，胶结较好，胶结物为泥质、钙质，遇盐酸有起泡现象，岩质较硬，砾径大小不等，不均匀，岩芯多呈柱状，少量为块状，层厚5 m～10.1 m。局部夹有中风化岩，呈透镜体状，层厚0.5 m～3.8 m。

1.2 水文地质条件简况

场地地下水位埋深0.4 m～3.5 m。地下水类型主要有孔隙潜水和基岩裂隙水。孔隙潜水主要分布在粗砂、细砂层中，基岩裂隙水主要分布在强风化和中风化层裂隙中，总体来说场地地下水水量不大。根据水质分析结果，地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。

1.3 各岩土层的岩土参数建议值

根据土工试验和标准贯入的试验成果，结合地区经验，将各岩土层的岩土参数建议值列于表1。本工程人工挖孔桩的桩头离地面1.1 m～2.2 m，桩内积水，桩基抽芯检测后未用纯水泥浆回灌封孔，各风化砾岩及其残积土具有遇水易软化的特点，软化后其 fak，qsa，qpa等均降低。

表1 各岩土层的岩土参数建议值

2 桩基计算

2.1 单桩竖向承载力计算

根据规范[2]，单桩竖向承载力设计值N应符合:

其中，Ra为单桩竖向承载力特征值。

本工程经过桩基抽芯检测，桩端持力层均判断为微风化砾岩，符合设计要求，但其中有三根桩(桩号分别为29，33，64)桩端持力层岩芯试样的饱和单轴抗压强度标准值试压结果，未能达到设计要求的20 MPa，不符合设计要求，详细数据见表2。

表2 饱和单轴抗压强度标准值 MPa

根据岩石饱和单轴抗压强度标准值，采用规范[2]计算嵌岩桩的单桩竖向极限承载力标准值:

其中，qsik为第i土层桩侧的极限摩阻力;frk为桩端持力层端阻力标准值;u为桩身外周长;li为第i层土的厚度;Ap为桩身截面面积。

采用表2中低值计算检测桩的单桩竖向承载力，经过计算:29号，33号，64号桩单桩竖向承载力不能满足设计要求。

2.2 桩基变形计算

桩基变形采用规范[5]的计算公式进行计算，根据抽芯检测报告，桩端不存在软弱下卧层，经计算最大的沉降量为s=s1+s2=3.7 mm，满足规范要求。

3 桩基加固处理

根据基桩钻孔抽芯检测，桩端持力层均判断为微风化砾岩，且无软弱夹层，符合设计要求，但少数桩端持力层岩芯试样试压结果不符合设计要求。含砾粗砂微风化岩具有一定的裂隙发育，以及含砾粗砂岩颗粒分布的不均匀性等特点，由于桩基抽芯取样时的偶然性和钻孔抽芯的机械振动，试样泡水等因素，经过多次组织相关专家论证，并综合考虑上述因素，一直同意利用抽芯孔进行压力灌浆，即先在抽芯孔上段进行埋管，采用静压灌浆法在孔内注入纯水泥浆，浆液在一定压力驱动下具有充填、压密、渗透、扩散而进入风化岩中的空隙和裂隙中，产生胶结作用形成结石体，改善风化岩体的整体物理力学性质，达到增强桩基持力层的强度的目的，由于含砾粗砂岩微风化层具有一定的可灌性，可在桩端形成“扩大头”，增加桩端截面积。此外，流动浆体在高压力驱动下扩散渗透到桩侧与岩(或土)的接触面，提高桩侧摩阻力。

对钻孔抽芯发现岩芯试样试压结果不符合设计要求的桩，即29号，33号，69号桩，利用抽芯孔(桩径1.2 m的桩2个孔;桩径1.6 m的桩3个孔，孔径101 mm)进行压力灌浆。

4 桩基加固效果

4.1 桩基加固后承载力检测

根据上述压力灌浆加固桩基的机制，桩基加固后提高桩端截面积Ap和桩端持力层端阻力特征值qpk，桩侧的摩阻力特征值qsik也有一定的提高。为了检测桩基压力灌浆加固效果，本项目选取29号桩进行竖向静载荷实验，29号桩径1.4 m(扩大头1.6 m)，根据静载实验结果分析，单桩承载力极限值能满足设计要求。

4.2 沉降观测

在本工程影响区域以外埋设3个水准基准点，在大楼的受力柱设置37个沉降观测点。于2009年1月7日开始观测，建筑物每上一层观测一次，2009年5月27日工程封顶，2009年10月16日开始使用，观测至沉降稳定，最后一次观测时间是2010年8月12日。工程封顶后沉降观测超过一年，观测结果沉降最大值为3.10 mm，沉降最小值为0.16 mm。建筑物的地基变形允许值满足规范[3]要求。

5 结语

本工程通过基桩钻孔抽芯检测，进一步查明场地工程地质条件，为桩基计算提供各岩土层的岩土计算参数。含砾粗砂微风化岩具有它自身的特点:一定的裂隙发育，以及含砾粗砂岩颗粒分布的不均匀性等，由于桩基抽芯取样时的偶然性和钻孔抽芯的机械振动，试样饱和泡水等因素，极有可能判断为微风化岩而抽芯试样试压结果不满足设计要求。桩基加固后经过静载实验，承载力满足设计要求，沉降观测结果符合规范要求，说明桩基补强加固是有效的。

[1]伍四明.广州市红层风化岩的某些特征及其岩土工程评价[A].区域性土的岩土工程问题学术讨论会论文集[C].北京:原子能出版社，1996:207-208.

[2]JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].