淺談樁在泥巖中的承載力設(shè)計(jì)

葛宏偉

1 項(xiàng)目及地質(zhì)情況

圖1 水泥庫平面圖

圖2 水泥庫試驗(yàn)樁Q-S曲線

Sonia 5000t/d水泥生產(chǎn)線位于印度尼西亞爪哇島，全廠設(shè)計(jì)生料磨、窯尾框架、生料均化庫、窯中、熟料庫、水泥庫載荷比較大的車間為樁基礎(chǔ)，其余車間采用天然基礎(chǔ)。地勘報(bào)告由印尼當(dāng)?shù)劂@探公司完成，鉆孔20m左右，地下水位通常在-2m左右，地表以下-5～-12m以下為中風(fēng)化泥巖，樁持力層選擇強(qiáng)風(fēng)化泥巖層。泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為140kPa；干作業(yè)鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為200kPa；巖石單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3.0MPa。具體分層以及各個(gè)土層樁的設(shè)計(jì)參數(shù)是經(jīng)過國內(nèi)地勘公司轉(zhuǎn)化的結(jié)果。下面以水泥庫為例分析樁基設(shè)計(jì)。

2 樁基設(shè)計(jì)及載荷試驗(yàn)結(jié)果

水泥庫是6個(gè)?15m的連體庫，如圖1所示，庫底板底面標(biāo)高12.000，庫頂標(biāo)高 50.000，每個(gè)庫容量85000kN，6個(gè)庫總載荷是870000kN。考慮到施工周期和承載力要求，灌注樁設(shè)計(jì)為?1m，采用干作業(yè)施工工藝，設(shè)計(jì)樁長18m，進(jìn)入泥巖層大于5d。若按照嵌巖樁計(jì)算，單樁豎向承載力特征值只能達(dá)到4000kN，6個(gè)庫約需218根樁。基礎(chǔ)板外挑長度不宜過大，同時(shí)又要滿足3倍樁徑要求，在基礎(chǔ)范圍內(nèi)難以布置218根樁，因此，4000kN的單樁承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求[1]。只能變更設(shè)計(jì)方案：（1）減小庫容；（2）增大庫直徑；（3）提高單樁承載力；（4）庫之間間距加大。由于是總包工程，第一種方案變更比較困難，由于受場地限制，第二、四種方案變更也難以實(shí)現(xiàn)，只能考慮第三種方案。按照純摩擦樁計(jì)算，不考慮樁端阻力，理論上加大樁長就可以達(dá)到要求的單樁承載力。由于場地內(nèi)泥巖層的埋深變化較大，選擇鉆孔ZK-6，根據(jù)表1的數(shù)值計(jì)算，樁長設(shè)計(jì)18m，進(jìn)入中風(fēng)化泥巖層7.7m，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力5000kN，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為整板基礎(chǔ)，即能滿足樁間距要求，基礎(chǔ)外挑板寬度也在合理范圍內(nèi)。由于沒有當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，必須要通過單樁載荷試驗(yàn)來確定樁的承載力[1，2]，在庫內(nèi)某柱子下布置一根試驗(yàn)樁，其余兩根布置在庫外，做破壞性試驗(yàn)。經(jīng)樁基試驗(yàn)得出，單樁豎向承載力特征值為3500kN,只達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%，圖2是水泥庫試驗(yàn)樁的PDA試驗(yàn)曲線。在設(shè)計(jì)承載力保守的情況下，試驗(yàn)值與設(shè)計(jì)值相差較大。

表1 鉆孔ZK-6土層分布

3 偏差原因

（1）土層根據(jù)SPT值分層有異議，國內(nèi)地勘轉(zhuǎn)化公司建議N＞60，即可劃分為中風(fēng)化泥巖層，但其他地勘公司建議N＞90。這樣一來，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖層，樁側(cè)摩阻力相對較小。

（2）泥巖遇水極易軟化[3]，印尼當(dāng)?shù)赜炅看螅瑘龅氐叵滤S富，水位高，施工中樁孔泡水是一個(gè)重要的原因。

（3）樁底沉渣過厚，導(dǎo)致樁端阻力無法發(fā)揮作用，這在窯尾車間試驗(yàn)樁得到了驗(yàn)證。樁下端埋了應(yīng)變片，試驗(yàn)過程中，始終無應(yīng)變。

通過以上分析，各個(gè)車間的樁基設(shè)計(jì)按照低一級分側(cè)阻力來設(shè)計(jì)樁的承載力，即地勘轉(zhuǎn)化報(bào)告中的中風(fēng)化土層按照強(qiáng)風(fēng)化取值，不考慮樁端層阻力，最終的靜載試驗(yàn)值與設(shè)計(jì)值基本一致。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)樁端為泥巖層的樁承載力時(shí)，一定要注意泥巖遇水極易軟化的特性，特別是在地下水位高，雨水量大的地區(qū)，泥巖樁端阻力基本發(fā)揮不了作用，樁基承載力務(wù)必通過載荷試驗(yàn)來確定。

[1]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]李建平，張芝勇.淺析極軟質(zhì)巖石地基中樁的端阻力特征值的取值[J].中國煤田地質(zhì),2006,(12).■