旋挖成孔灌注樁承載力的數(shù)據(jù)分析

趙 峰

(中國煤炭科工集團西安研究院，陜西西安 710054)

0 引言

隨著國家基本建設(shè)投入的增大以及高層建筑的發(fā)展，鉆孔灌注樁現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于高層建筑、公路橋梁、鐵路橋梁等工程的基礎(chǔ)工程。近幾年，在工期要求比較緊的大多數(shù)工程中，旋挖成孔工藝具有成孔速度快、成孔質(zhì)量高的優(yōu)勢，已經(jīng)替代了較為落后的正反循環(huán)沖擊鉆進、正反循環(huán)清孔成孔工藝。

旋挖成孔工藝的護壁措施、鉆進工藝和成孔質(zhì)量等都對單樁承載力有不同程度的影響，有必要對旋挖成孔灌注樁單樁承載力靜載數(shù)據(jù)進行分析，研究其影響因素。

1 旋挖成孔工藝的優(yōu)缺點

旋挖成孔工藝優(yōu)點有:孔壁不易產(chǎn)生泥皮，因為在成孔過程中孔壁一直都受鉆斗的刮擦，在孔壁上形成較明顯的螺旋線，這有助于增加樁的摩阻力，提高樁的質(zhì)量;振動與噪聲較低。成孔速度快，尤其在砂質(zhì)土內(nèi)成孔，斗筒取土及棄土都比較容易，每一斗都是實土;孔的垂直度、孔徑、標高及孔地虛土等均能較好控制，對確保工程質(zhì)量非常有利;機械設(shè)備較簡單等等。

不足之處:因為不易形成泥皮，護壁性相對較差，容易縮徑、塌孔。對于粘性較高的粘土成孔，成孔速率不高，主要粘土吸附在斗筒周壁，不易卸下，斗筒底板的開啟容易發(fā)生故障往往須振動斗筒或用人工幫助才能清理干凈;設(shè)備費用高，施工成本與其他成孔方式相比較高;在砂卵石層中鉆進成孔困難。

2 旋挖成孔灌注樁工程實例及數(shù)據(jù)分析

2.1 某高層建筑樁基工程

2.1.1 工程地質(zhì)及試樁情況

1)工程地質(zhì)概況。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，場地地形基本平坦，地貌單元屬黃土梁洼區(qū)，樁長范圍內(nèi)地層概況如下:黃土，土質(zhì)疏松，孔隙發(fā)育，層底埋深11.32 m;古土壤，可塑，層位穩(wěn)定，層底埋深4 m;黃土，可塑，針管狀孔隙較發(fā)育，層底埋深4.5 m;古土壤，可塑，層位穩(wěn)定，層底埋深2.2 m;粉質(zhì)粘土，可塑，中間有厚度3 m的中粗砂，層底埋深30.1 m。場地地下水屬潛水類型，穩(wěn)定水位埋深7.6 m左右。

2)試樁施工概況。

試樁樁徑700 mm，樁長38 m，設(shè)計單樁極限承載力為5 400 kN，樁端進入粉質(zhì)粘土層不小于1.2 m。樁身混凝土強度等級為C30，旋挖鉆機成孔，采用現(xiàn)場攪拌混凝土，鉆機澆筑。s2，s3樁成孔時間較短，約6 h;s1樁由于鉆機故障，成孔時間比較長，約10 h，且孔徑變化大。護壁類型為護筒清水護壁，試樁不作工程樁使用。

2.1.2 單樁豎向承載力特性分析

加載試驗采用錨樁橫梁反力裝置，采用慢速維持荷載法進行。

s1試樁加載到4 200 kN時，出現(xiàn)突變沉降。在Q—s曲線中已出現(xiàn)陡降段，s—lgt曲線在4 200 kN時尾部出現(xiàn)明顯的向下彎曲段。根據(jù)規(guī)范及試驗情況分析:該試樁單樁承載力豎向抗壓極限承載力為3 600 kN，未滿足設(shè)計要求(見圖1)。

s2，s3試樁荷載分別最大加載至7 200 kN時，對應(yīng)總沉降量分別為23.00 mm，17.39 mm。Q—s曲線均未出現(xiàn)陡降段，s—lgt曲線在7 200 kN時尾部均未出現(xiàn)明顯的下彎。根據(jù)規(guī)范及試驗情況分析:這兩根試樁單樁承載力豎向抗壓極限承載力為均不小于7 200 kN，滿足5 400 kN的設(shè)計要求(詳見圖2，s3靜載試驗曲線略)。

2.1.3 低應(yīng)變、電火花檢測分析

為查明s1試樁單樁豎向抗壓極限承載力偏低的原因，對該樁還進行了低應(yīng)變—反射波法和瞬態(tài)抗阻法(水電)檢測:該樁在樁身約13.5 m～18.0 m處有嚴重離析缺陷，這是造成s1試樁極限承載力偏低的主要原因之一，樁身質(zhì)量不合格。

2.1.4 數(shù)據(jù)分析

綜上所述，三根試樁單樁豎向抗壓極限承載力平均值為6 000 kN，但極差為3 600 kN，已超過平均值的30%。

經(jīng)樁身完整性測試和查詢施工紀錄，分析確定試樁s1單樁豎向抗壓極限承載力偏低的主要原因為:該樁在樁身13.8 m～17.0 m左右處，有較嚴重離析或夾泥現(xiàn)象造成樁身質(zhì)量不合格，故承載力偏低，造成單樁極限承載力未達到設(shè)計要求。

該s1試樁屬于斷樁嚴重離析，根據(jù)施工記錄，該樁成孔時間較長達到10 h，成孔后與灌注前的閑置時間過長達到8 h，致使在灌注過程中孔內(nèi)有塌孔現(xiàn)象，造成斷樁事故。

2.2 某大學(xué)活動中心樁基工程

2.2.1 工程地質(zhì)概況

該場地地貌單元屬黃土梁，場地屬自重濕陷性黃土場地，地基濕陷等級為Ⅲ級(嚴重);地下水屬潛水類型，穩(wěn)定水位在29.60 m～30.30 m，樁身穿越的地層結(jié)構(gòu)如下:黃土，較強濕陷性，中壓縮性土，層厚4.10 m～6.50 m;古土壤，針狀孔隙，低壓縮性土，層厚2.80 m～4.20 m;黃土，濕陷性，中偏低壓縮性土，層厚5.70 m～9.60 m;古土壤，可塑～硬塑，中等偏低壓縮性土，層厚3.80 m ～4.80 m;黃土，可塑，很濕 ～ 飽和，針狀孔隙，中壓縮性土，層厚4.20 m ～5.80 m;古土壤，可塑，飽和，針狀孔隙，中壓縮性土，層厚2.40 m ～3.40 m;黃土，可塑，飽和，土質(zhì)粘性大，中壓縮性土，層厚4.80 m ～6.40 m。

2.2.2 試樁施工情況

場地布置試樁3組，均由1根試樁和4根錨樁組成。試樁和錨樁均為工程樁。設(shè)計樁徑600 mm，樁長30.05 m，樁身混凝土強度等級C35，采用機械旋挖成孔，預(yù)估單樁承載力標準值為3 000 kN。

2.2.3 單樁豎向承載力特性分析

試驗中加載試驗采用錨樁橫梁反力裝置，采用慢速維持荷載法進行。

sz1試樁當(dāng)加荷至3 900 kN，本級穩(wěn)定后，準備加下一級荷載時發(fā)現(xiàn)樁頂出現(xiàn)較大裂縫(樁頂有缺陷)，因而終止了加荷。

sz2試樁當(dāng)加荷至4 200 kN時，因樁頭破裂終止加荷。

sz3試樁當(dāng)加荷至4 500 kN時，終止了加荷。

在最終荷載下的樁頂沉降量分別為9.70 mm，10.68 mm和10.04 mm。

單樁豎向靜載試驗數(shù)據(jù)匯總表見表1。單樁豎向抗壓極限承載力Qu取值見表2，折減后的單樁承載力見表3。

表1 單樁豎向靜載試驗數(shù)據(jù)匯總表

表2 單樁豎向抗壓極限承載力Qu取值表

2.2.4 成孔質(zhì)量檢測

三根試樁現(xiàn)場實測孔徑測試結(jié)果見表4。

經(jīng)實測曲線計算后各樁孔平均孔徑見表5。

表3 折減后的單樁承載力表 kN

2.2.5 低應(yīng)變檢測

低應(yīng)變檢測結(jié)果表明，三根試樁樁身結(jié)構(gòu)完整，質(zhì)量合格。

2.2.6 數(shù)據(jù)分析

1)因三根試樁實測孔徑平均值均大于設(shè)計值600 mm，故靜載試驗結(jié)果需扣除擴徑部分產(chǎn)生的側(cè)阻力后，方能得到設(shè)計樁徑、樁長下的單樁豎向抗壓極限承載力標準值。根據(jù)表3的平均值Qum=3 950 kN，實測值與平均值之比的標準差Sn=0.06，小于規(guī)范規(guī)定的0.15，因此該試樁的單樁豎向承載力標準值大于3 950，但該試樁的承載力未全部發(fā)揮出來;

表4 三根試樁現(xiàn)場實測孔徑測試結(jié)果

表5 經(jīng)實測曲線計算后各樁孔平均孔徑 mm

2)試樁成孔孔徑偏大(樁底孔徑較大)，分析其原因是孔底處于地下水位面以下飽和的古土壤和黃土中，在鉆孔過程中往往水位處易塌孔，造成底部孔徑偏大。

3 小結(jié)

1)旋挖成孔工藝雖然在成孔效率和提高承載力方面有一定優(yōu)勢，但其沉渣仍然存在，尤其在砂層中較為嚴重，旋挖施工對孔壁的擾動較大，易產(chǎn)生塌孔;

2)在進行旋挖成孔時，在有泥漿護壁的配合下保持穩(wěn)定的鉆速和提速，盡量縮短成孔時間，避免塌孔，保證成孔質(zhì)量;

3)旋挖成孔時成孔不結(jié)泥皮，能提高鉆孔灌注樁的樁側(cè)摩阻力。

4 結(jié)語

1)根據(jù)有關(guān)資料，采用旋挖鉆進成孔的灌注樁承載力相對正、反循環(huán)鉆進的都要高，而且一般都能達到設(shè)計單樁極限承載力值，或超過10%～30%。2)根據(jù)國外資料顯示，國外已經(jīng)不再采用正、反循環(huán)鉆進的成孔工藝，而是采用旋挖鉆機配合搓管機進行全孔套管護壁的方法，避免了因泥漿護壁造成的泥皮過厚，沉渣過大，塌孔等不利因素。

[1] JGJ 94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 106-2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GBJ 202-83，地基與基礎(chǔ)施工及驗收規(guī)范[S].

[4] 宋紀瑋.灌注樁在復(fù)雜地層上的試驗分析[J].山西建筑，2011，37(13):67-68.