复杂地质条件下大直径嵌岩桩检测分析

2021-06-21 07:40
福建建筑 2021年5期
关键词:风化桩基承载力

江 辉

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

随着社会的进步,超高层建筑大规模发展,嵌岩灌注桩以其良好的适应能力及承载特性,被广泛应用于工程建设中。特别是针对场地地质条件复杂,且存在较多的滚石、孤石等不良地质体地区,采用大直径嵌岩桩经济效益显著。嵌岩桩承载力受地质条件、覆盖层厚度、桩端持力层性状、施工工艺等多种因素影响,其中桩端持力层性状对于高承载力嵌岩桩起着至关重要的作用,灌注桩终孔误判事故时有发生[1-3]。唯有准确判定桩端持力层的性质及桩端下卧层的情况,才能保证桩端落在稳定的持力层中。

根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)[4]中规定:基桩检测应根据检测目的、检测方法的适应性、桩基设计条件、成桩工艺等,合理选择检测方法。当通过两种或两种以上检测方法的相互补充验证,能有效提高基桩检测结果判定的可靠性时,应选择两种或两种以上检测方法。

本文以复杂地质条件下嵌岩桩检测工程中出现的问题为实例,通过多种方法进行补充验证分析,综合评价桩基整体承载力情况,为补强或设计变更提供强有力的依据,保证工程质量的安全。

1 工程概况及地质特征

1.1 工程概况

某工程位于福建省某地,地基基础设计等级为甲级,工程重要性等级为一级,场地复杂程度为二级,地基复杂程度为二级,基坑工程安全等级为一级,岩土工程勘察等级为甲级。主楼设计基础类型采用冲孔灌注桩,设计桩径为1000 mm,桩身混凝土设计强度等级为C40,设计桩端持力层为中等风化花岗岩,单桩竖向抗压承载力特征值为7600 kN。

1.2 地质特征

该工程地貌单元属于山前冲积、河流冲积平原地貌,主要土层自上而下为:①杂(素)填土:松散~稍密,稍湿,层厚0.80 m~5.10 m;②粉质粘土(1):湿~饱和,可塑,层厚2.00 m~3.50 m;③淤泥:饱和,流塑,层厚6.20 m~13.10 m;④淤泥(质土)夹砂:饱和,流塑,层厚1.80 m~20.50 m;⑤粉质粘土(2):饱和,可塑,层厚1.80 m~15.70 m,局部地段分布有滚石,厚度0.90 m~1.20 m;⑥中砂:饱和,中密~密实,层厚2.00 m~7.40 m;⑦残积砂(砾)质粘性土:饱和,可塑~硬塑,层厚2.10 m~5.80 m,局部地段分布有孤石,厚度0.70 m~2.10 m;⑧全风化花岗岩:饱和,岩芯呈砂土状,层厚0.50 m~9.40 m,局部地段分布有孤石,厚度0.60 m~1.50 m;⑨-1强风化花岗岩(1):岩芯呈散体状,层厚2.60 m~10.70 m,局部地段分布有孤石,厚度0.70 m~4.20 m;⑨-2强风化花岗岩(2):岩芯呈散体状,中下部含有少量风化碎块,层厚7.20 m~20.35 m,局部地段分布有孤石,厚度0.10 m~2.60 m;⑨-3强风化花岗岩(3):岩芯呈片块状,下部局部强度较高,有些岩块强度接近中等风化岩,层厚2.00 m~18.20 m,局部地段分布有孤石,厚度0.80 m~5.40 m;⑩中等(微)风化岩:岩芯以碎块~短柱状为主,局部呈长柱状,岩石坚硬程度为较硬岩~坚硬岩,岩体完整程度为较破碎~较完整,最大揭示厚度9.10 m。

2 检测和补充验证分析

2.1 原有检测情况及原因分析

该工程按设计要求选取了656#、720#、738#的3根桩进行静载试验,承载力满足设计要求。在工程桩全面施工后,对所有的基桩进行了低应变法动力检测,并选取了12根桩进行声波透射法检测,均未发现异常。同时选取12根桩进行钻芯法检测,发现6根不合格,检测结果分析桩身混凝土抗压强度均满足设计要求,存在问题主要在桩端持力层,根据6根不合格桩的持力层性状,大致可分成A、B、C三类,汇总如表1所示。

表1 钻芯法检测不合格桩汇总

经多方调查了解,该场地地质条件复杂,局部持力层岩面坡度变化较大,残积土及风化岩地段,因风化不均,场地内存在较多滚石、孤石等不良地质体,在桩基全面施工前,未进行专项施工勘察,导致桩基施工钻孔时,凭钻进时效很难分清孤石或是硬夹层、岩体破碎及风化程度,易将强风化岩层误判为中等风化岩层[2]。

2.2 补充验证技术方案及分析

为了能够进一步判断上述三类桩的承载力能否满足设计要求,首先采用最简便手段:对原有静载试验合格桩进行钻芯法验证,对比桩端持力层性状;其次考虑到若大量采用钻芯法,工期长、效率低,可选择更为经济、有效的持力层普查手段:在桩边附近进行钻孔补勘;最后采用静载试验针对代表性的桩进行验证分析,来综合评价桩基整体承载力情况。以下对补充验证的情况进行逐一介绍。

2.2.1 钻芯法验证

对原有静载试验合格的三根桩进行钻芯法验证,通过对比桩端持力层性状的情况,来间接推定承载力能否满足设计要求。验证照片如图1所示,钻芯法验证结果如表2所示。

(a)656#

(b)720#

(c)738#

表2 静载合格桩钻芯法验证结果

从图1中可看出,720#桩端持力层性状与设计要求吻合。656#桩桩端岩石裂隙发育,钻芯芯样破碎程度属于强风化花岗岩(3),表1中持力层类别为C类的桩与该桩相似。738#桩桩端落在孤石上,中部见强风化花岗岩(3),表1中持力层类别为A类的桩与其相似。可推定这两类桩载力基本能够满足设计要求。

2.2.2 钻孔补勘验证

钻孔补勘相对于钻芯法而言不仅费用较少、效率更高,还可以避免钻芯时易偏出无法钻取桩底的情况,可作为该工程的持力层性状普查的重要辅助手段。该方法的主要技术要求如下:

① 钻孔孔位必须位于对应桩桩心800 mm范围内;

②钻孔深度应进入中等风化岩大于3 m;

③钻孔上部采用单管取芯,在桩底标高(以施工桩长记录为依据)以上3 m至终孔范围内采用双管留取岩土样。

受业主委托,该工程共选取了36根桩进行钻孔补勘,通过原有桩基施工情况对比,经统计,30根桩持力层性状与原施工记录基本一致,4根持力层类别出现C类,786#、753#桩持力层类别为B类,这两根桩钻孔补勘芯样照片,如图2所示。

(a)786#

(b)753#

2.2.3 静载试验验证

根据上述两种补充验证分析结果,为了进一步验证各类桩承载力,选取了797#(A类)、764#(B类)、807#(C类)3根代表不同持力层性状的基桩进行静载试验验证,其试验结果见表3,静载试验Q-s曲线及原有钻芯法检测芯样照片对比见图3~图5所示。

表3 钻芯法不合格桩静载荷试验验证结果

图3 797#桩(A类)Q-s曲线及钻芯法芯样

图4 764#桩(B类)Q-s曲线及钻芯法芯样

图5 807#桩(C类)Q-s曲线及钻芯法芯样

从静载荷试验Q-s曲线上分可知,797#(A类)、807#(C类)桩在最大试验荷载作用下总沉降量均小于30 mm(见表3),这两类桩Q-s曲线呈缓变形,承载力能够达到设计要求,与钻芯法验证(本文2.2.1节)结果推定吻合。764#(B类)桩在荷载13 680 kN作用下产生沉降急剧增大,压力无法稳定,沉降量超过79.01 mm,可以推定此类桩承载力无法满足设计要求。

3 补充验证评价

综合上述三种方法补充验证分析结果,该工程主楼工程桩桩端持力层性状评价如下:

①通过钻孔补勘,对主楼桩基工程的桩端持力层性状情况有了全面了解,除4根桩持力层类别为C类和2根桩持力层类别为B类外,其他30根桩持力层性状满足设计要求。

②B类桩由于桩基施工终孔时,将孤石层误判为中等风化岩层,下部存在软弱夹层,导致承载力达不到设计要求,设计单位对该区域承载力应进行复核补强。

③C类桩桩端岩石裂隙发育,芯样破碎程度属于强风化花岗岩(3),坚硬强度却属于中等风化岩,A类桩桩端落在孤石上,中部见强风化花岗岩(3),持力层性状优于C类桩,经静载和钻芯法交叉验证后可以判定,这两类桩承载力可满足设计要求。

4 结语

(1)在桩基全面施工前,对地质条件变化较大的复杂地段应进行专项施工勘察,以准确判定桩端持力层的性质及桩端下卧层的情况,保证桩端落在稳定的持力层上。

(2)为了能够普查持力层情况,除采用常规的钻芯法外,在桩边附近进行钻孔补勘也是一个经济快速有效的验证手段。

(3)大直径嵌岩桩承载力检测不能采用单一的检测方法进行定论,应采用多种方法检测,使各种方法能相互补充印证,优势互补。对设计等级高、地基条件复杂、施工质量变异性大的桩基判定存在技术困难时,应采用静载试验进行验证分析,来综合评价桩基整体承载力情况,为补强或设计变更提供强有力依据。

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