墩基礎的概念及其檢測方法的探討

沈園園 洪文寶 喬穩慶 石泉

墩基礎的概念及其檢測方法的探討

沈園園 洪文寶 喬穩慶 石泉

墩基礎雖然在很多工程上得到應用，但是其概念與原有國內外相關文獻的定義是有本質區別的，主要表現在設計計算方法和構造尺寸要求上。其新概念的形成主要衍生于地方經驗，并已得到設計和施工單位越來越廣泛的應用，但是在我國工程技術規范中還未見對墩基礎的定義，因此對其概念的解釋是十分必要的，有助于工程技術人員的掌握。與此同時，對于這種特殊的基礎形式采取何種檢測方法對其承載力、完整性進行檢測，從而做出正確評價也是值得探討和借鑒的。

一、墩基礎的概念

1.墩基礎的概念形成

墩基礎在國內外一些主要的技術文獻中均指通過人工挖孔或鉆孔后形成的大直徑灌注樁。而目前學術界與工程界廣泛使用的墩基礎的概念與之前的定義有很大的區別，其中最具代表性的定義為通過人工挖孔或鉆孔而形成的埋深H＞3m，直徑D≥800mm，且埋深與墩身直徑之比H/ D＜6或埋深與擴底直徑之比的獨立剛性基礎，并規定墩身有效長度宜墩端直徑不宜大于墩身直徑的2.5倍。在我國除了湖北省地方標準及大量文獻有涉及墩基礎的規定外，在國家規范中并未有墩基礎的相關規定。故其新概念的形成主要是衍生于地方經驗的總結，是實踐過程中的概念重塑，對于它的研究正處在不斷完善的過程，定義的提出還缺乏充足的理論依據。

2.墩基礎的破壞模式

墩基礎是介于淺基礎和樁基之間的一種特殊的基礎形式。淺基礎的破壞模式主要表現為整體剪切、局部剪切和刺入破壞，樁基的破壞模式主要表現為整體剪切和刺入破壞，而墩基礎埋深淺、直徑大，且大部分采用擴大頭的設計方法，其破壞模式主要表現為局部剪切和刺入破壞。墩基礎是以墩端受力為主，墩身側摩阻力根據墩基礎沉降量大小及埋深情況可能處于不發揮、得不到充分發揮和充分發揮的狀態。另外對于普遍采用的擴大頭墩基礎隨著荷載的增加，位移量增大，墩端四周出現拉應力區，擴大頭與上方土體出現脫空現象。因此墩基礎受力狀態較淺基礎和樁基復雜。

3.墩基礎的計算方法

墩基礎承載力特征值的計算方法主要有三種思路，但是由于研究的還不夠深入，目前采用的均為經驗公式，與墩基礎實際受力狀態下的承載力還是具有一定的誤差，是存在過于保守或高估的風險。

（1）按淺基礎修正公式計算，參見《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011，即：

該計算方法是目前主要的設計計算依據，該法不考慮墩側摩阻力，墩端阻力采用深寬修正后的地基承載力特征值或按抗剪強度指標確定承載力特征值，從破壞模式來看該計算方法是過于保守的。在工程實踐當中該計算方法常被用作區分墩基礎還是樁基的依據。

（2）按樁基公式計算，參見《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008，即：

該計算方法是依據大直徑擴底樁計算墩基礎承載力，并根據埋深及上覆土情況判斷是否考慮敦側摩阻力，但該計算方法比較少見。還有文獻提出是將式（1）與式（2）計算結果比較取低值。

（3）按修正后的公式計算，即通過理論推導或大量的載荷試驗數據對現有的計算式（1）或式（2）提出修正系數和。

根據墩基礎的破壞模式及復雜的受力機理可知墩基礎計算若是采用淺基礎計算公式是過于保守的，若是采用樁基公式顯然其側摩阻力和樁端阻力的發揮成度目前也是無依據的，一般是高估了墩基礎的承載力。因此采用合理的修正系數來計算墩基礎承載力是十分必要的，有待進一步研究總結，該計算方法為主要的研究方向。

二、墩基礎的檢測方法

對于目前墩基礎的檢測設計一般是不做要求的，因為大多數的設計采用的計算理論是基于淺基礎，是一種保守的設計方法，且淺基礎地基承載力的研究也是比較充分的，工程設計上確實很少做檢測要求，普遍認為地勘參數已經具有較高的安全性，同時也是為了節約工期。

但是目前墩基礎的承載力設計值一般較高，施工方法大多采用旋挖機械成孔的方式，適用條件也由原來簡單地質條件發展到在復雜地質條件下的運用，比如巖溶區、泥巖區等。因此不確定的因素也越來越多，能采取正確適當的檢測方法對其承載力、完整性進行檢測，從而作出正確評價保障工程質量安全刻不容緩。

墩基礎的承載力主要是由墩端持力層來提供，因此正確判斷墩端持力層的承載力是十分關鍵的。對此目前提出的檢測方法主要是對墩端持力層采用墩底平板載荷試驗、深層平板載荷試驗、螺旋板載荷試驗等。從上述墩基礎設計、施工、地質條件的變化來分析，簡單采用上述檢測方法或不做檢測是不能保證墩基礎質量且不具說服力的。為此筆者提出如下建議：

（1）對于墩基礎的豎向承載力，在有條件的情況下應該采用靜載試驗檢測，噸位較大的墩基應事先選用墩底平板載荷試驗、深層平板載荷試驗、螺旋板載荷試驗等其中一種方法來作為承載力檢測手段。

（2）對于已經施工的墩基可采用鉆芯法、觸探、巖芯抗壓等來驗證墩底持力層的性質。

（3）對于墩基礎的水平承載力，由于墩基礎埋深較淺抵抗水平力的能力較差，若建筑物可能受到的水平力較大時應進行水平承載力檢測。

（4）墩基礎的墩身完整性與樁基一樣重要，墩身質量和墩底成渣是決定墩的承載力能否得到發揮至關重要的因素，但是墩基礎埋深淺，低應變法可能大多數墩長是不適用的，一般可采聲波透射法或鉆芯法進行檢測。

三、結論與建議

（1）掌握墩基礎的概念主要在于對新舊定義區分，破壞模式及計算方法的了解。

（2）對于墩基礎的研究正處于不斷完善的過程，定義的提出、計算方法的選擇及破壞模式的分析主要來自于工程經驗的總結，還缺乏充足的理論依據，有待進一步的研究。

（3）墩基礎的檢測方法已經滯后于它的工程應用，為了能正確評價墩基礎工程質量，本文對墩基礎的承載力、完整性檢測提出了一些建議，以供檢測人員參考。

（作者單位：沈園園、喬穩慶，廣西壯族自治區建筑工程質量檢測中心；洪文寶、石泉，上海華東民航機場建設監理有限公司）