按樁身混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)的大直徑鉆孔嵌巖灌注樁

1、按樁身混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)的大直徑鉆孔嵌巖灌注樁章履遠(yuǎn) (浙江世貿(mào)聯(lián)合投資集團(tuán)公司 310017)摘 要：通過嵌巖鉆孔灌注樁試樁、檢驗(yàn)樁成果分析，提出“基體延續(xù)論”觀點(diǎn)，在一定的設(shè)計(jì)、施工措施條件下使單樁豎向荷載設(shè)計(jì)值都可按樁身混凝土滿足樁的承載力來設(shè)計(jì)，從而節(jié)省樁基成本。一、 概述 當(dāng)前大直徑鉆孔灌注樁的應(yīng)用量大面廣，應(yīng)用于各種建筑物和構(gòu)筑物。如何提高大直徑鉆孔灌注樁的豎向承載力，以降低樁基成本是人們追求目標(biāo)。上海機(jī)械施工公司的多節(jié)樁和山西金石基礎(chǔ)支盤樁有限公司的擠擴(kuò)支盤樁都是通過局部擴(kuò)大樁身截面，從而增加了樁的支承面積，樁身與土層的摩擦面積，從而提高單樁的豎向承載力，以期取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。上述

2、二種樁型，主要是依靠提高樁身摩阻力，以摩擦為主的摩擦樁或端承摩擦樁。今天我們來探討的以端承為主的端承樁或摩擦端承樁如何來提高承載能力的問題。筆者通過近幾年來的工程實(shí)踐與分析后認(rèn)為，這種樁型的樁端必須要有中風(fēng)化或微風(fēng)化基巖(硬質(zhì)巖或軟質(zhì)巖均可) 作為持力層，且基巖的埋深在10m80m以內(nèi)，在這種條件下，通過技術(shù)手段和施工措施，使樁的承載能力大幅度提高，最后達(dá)到最大值承載能力按樁身混凝土強(qiáng)度控制。本文著重?cái)⑹鲈跇渡砘炷翉?qiáng)度滿足樁的豎向承載力設(shè)計(jì)要求時(shí)應(yīng)采用的幾個(gè)技術(shù)措施。二、 考慮問題的思路 1、無論是國家標(biāo)準(zhǔn)的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 500072002、或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94

3、94，決定摩擦端承樁時(shí)，鉆孔灌注樁的單樁豎向承載力的計(jì)算公式總是分為摩擦部分和端承部分。而嵌巖灌注樁二個(gè)規(guī)范的計(jì)算就有區(qū)別。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的JGJ9494分得較細(xì)，其計(jì)算式為QukQskQrkQpk ，即嵌巖部分也分為嵌巖段摩擦阻力和端承部分支承力二部分，并且隨嵌巖深度分別作出修正(見規(guī)范第40頁)；國家標(biāo)準(zhǔn)的GB500072002就比較簡單，只要是明確樁端嵌巖在較完整的硬質(zhì)巖時(shí)，可按公式RaqpaAp來確定單樁豎向承載力。近年來，筆者通過幾種嵌巖灌注樁，無論是80m長樁，還是20m的短樁，持力層那怕是軟質(zhì)巖或極軟巖，在先用規(guī)范計(jì)算得出承載力情況下再進(jìn)行實(shí)際的靜載荷試樁，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者差別都比較大，表

4、一給出計(jì)算值與實(shí)際試驗(yàn)值對比。 從表一中所列，21根試驗(yàn)樁及檢驗(yàn)樁的試樁驗(yàn)樁值與按規(guī)范規(guī)定的計(jì)算值相比，除少數(shù)樁其試樁值達(dá)不到計(jì)算值外，其余大部分樁試樁值都超過了計(jì)算值，有的還大大超過了計(jì)算值。如306檢驗(yàn)樁，其試驗(yàn)值與計(jì)算值相比，已達(dá)到2.31比值。其實(shí)，許多試驗(yàn)樁，從最終樁頂沉降值來看，有些樁的荷載還能再增加上去，有可能比值會超過3.0，只是由于荷載再加上去，已沒有實(shí)標(biāo)意義(即荷載值己超過了按樁身材料抗壓強(qiáng)度控制的最大值)或試樁堆載裝置已無法再增加荷重而不得不終止加載。 再從表中可以看出一個(gè)情況，就是短的樁比值大，而長的樁比值小，但不管是長樁和短樁，只要是嵌巖樁，比值都能提高的。 又從表一

5、中再可看出一個(gè)情況，1工程的S1和S2樁，與4工程的SZ1、SZ2、SZ3試驗(yàn)樁，二者的地層情況相似，S1、S2樁的樁端持力層巖石單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(19.4MPa)要比SZ1、SZ2、SZ3樁的樁端持力層巖石單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(6.46MPa)要高，但試驗(yàn)樁極限承載力前者反而比后者要小，且樁頂沉降值前者大于后者很多。這二種樁的唯一不同點(diǎn)，據(jù)分析，前者樁底沒有注漿，不排除由于樁底不注漿使樁底沉碴過厚而影響到樁底端阻力的發(fā)揮(從樁頂沉降過大可知)。 2、表一中可知，所有試驗(yàn)樁和檢驗(yàn)樁的一個(gè)共性是：所有樁都是嵌巖灌注樁。從試驗(yàn)結(jié)果來看，按規(guī)范的計(jì)算值和實(shí)際的靜載荷試驗(yàn)值有巨大差別，有的差別還很大，

6、尤其是短樁， 嵌巖樁按規(guī)范計(jì)算與實(shí)際試驗(yàn)對比表 (表一)工程編號試樁號試樁規(guī)格(m)入巖深(m)巖 性9494規(guī)范計(jì)算(kN)實(shí)際試驗(yàn)值(KN)試驗(yàn)/計(jì)算(比值)樁頂沉降(mm)說 明1工程 S11.0×64.01.0中微風(fēng)化凝灰?guī)r(19.4Mpa97111.82樁底未注漿 S21.0×63.31.013454130500.9778.822 工 程G10.8×41.418.9中風(fēng)化砂礫巖(5.2MPa)16000120000.754.01G20.8×35.413.512477120000.963.26G30.8×35.

7、313.112216120000.984.09G40.8×26.0 2.4 5751120002.095.00樁底注漿G50.8×26.3 2.4 5751120002.093.96G60.8×26.3 2.4 5751120002.094.804550.8×17.9 2.4 4844100002.066.043701.0×19.2 2.4 6783150002.215.902650.8×42.8強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖 9234100001.0926.18樁底未注3060.9×19.0 2.4中風(fēng)化砂礫巖(5.2MPa) 562913

8、0002.316.52樁底注漿 161.2×27.0 2.411920150001.265.40 3 工 程 S11.0×24.8 5.0中風(fēng)化砂礫巖(5.2MPa) 7331150002.057.59 S21.0×24.55.0 7345150002.046.98 S31.0×34.44.0 9607135001.415.31 S41.0×26.76.0 8874150001.697.014工程SZ11.1×80.334.4中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖或晶屑凝灰?guī)r(7.9711.2Mpa1924.11SZ21.1&#

9、215;78.963.314574180001.2423.80SZ31.0×76.823.013136150001.1419.855 S21.0×59.82.5泥質(zhì)粉砂巖(6.46MPa3045.18注一：擴(kuò)底樁，擴(kuò)底直徑到1.6m；注二：擴(kuò)底樁，擴(kuò)底直徑到2.0m；注三：擴(kuò)底樁，擴(kuò)底直徑到1.8m無法用規(guī)范計(jì)算來得到解釋。這種事實(shí)的存在就為我們提出了一個(gè)新的實(shí)際問題：只要是嵌巖灌注樁，當(dāng)采用某些技術(shù)措施后，都能達(dá)到按樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的豎向承載力來進(jìn)行單樁設(shè)計(jì)，可以忽略規(guī)范的計(jì)算估算值。為什么要提出這種說法呢？這是基于對新型嵌巖灌注樁重新認(rèn)識的

10、一種新的理論筆者暫稱其為“基體延續(xù)論”，即第三系基巖，通過鋼筋混凝土材料，將基巖延續(xù)提升到地面，而基巖是埋藏在地底下的無限大的連續(xù)整體，在四周約束狀態(tài)下，巖體是壓不碎的，樁體給基巖的加載過程只能是鋼筋混凝土樁體材料的破壞，亦即形成了嵌巖灌注樁都可以按樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的承載力來進(jìn)行單樁設(shè)計(jì)。樁身越短，這種經(jīng)濟(jì)價(jià)值越明顯，直到嵌巖灌注長樁的樁側(cè)摩阻力超過了樁身材料抗壓強(qiáng)度提供承載力后，這種優(yōu)勢才消失掉。當(dāng)然，嵌巖灌注樁要按樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的豎向承載力來進(jìn)行單樁設(shè)計(jì)，還必須要有一定的技術(shù)措施來保證才能實(shí)現(xiàn)。三、 按樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的承載力來 進(jìn)行單樁設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)措施和施工措施 1、施工工藝

11、技術(shù)：首先，鉆孔灌注樁應(yīng)采用泥漿反循環(huán)施工工藝技術(shù)，這是因?yàn)槟酀{反循環(huán)施工工藝能保證在鉆頭進(jìn)入基巖后，被鉆頭切削或壓碎下來的大小巖石碴體，立即從孔底跟著泥漿被抽吸上來，排入泥漿池中，孔底沒有沉碴沉殿。而泥漿正循環(huán)工藝就做不到，就不能保證孔底沉碴小于規(guī)范要求。其次，孔底沉碴清除，不管是泥漿反循環(huán)工藝施工的樁，還是泥漿正循環(huán)施工的樁，在澆灌水下混凝土前均必須采用反循環(huán)(泵吸或氣舉)來消除孔底可能有的沉碴，從而保證了水下混凝土與樁底持力層巖面的緊密結(jié)合，不會因?yàn)榭椎子谐敛甓绊懙綐兜壮休d能力的發(fā)揮。 2、采用孔底注漿技術(shù)：對于嵌巖灌注樁，這項(xiàng)技術(shù)僅僅是一項(xiàng)輔助技術(shù)，在保證孔底沉碴為0時(shí)，注漿是沒有意

12、義的。但是施工時(shí)清除孔底沉碴此項(xiàng)工作，由于施工人員素質(zhì)參差不齊，會有一些素質(zhì)低下人員，在監(jiān)督不嚴(yán)情況下偷工而造成清碴不徹底，再或，清碴以后，由于多種原因，使初灌混凝土?xí)r間延長，孔底又產(chǎn)生新的沉碴，孔底沉碴加厚，使樁身混凝土與持力層基巖面脫節(jié)，使巖體延續(xù)產(chǎn)生疏松夾層，樁的承載能力降低。為避免此類情況發(fā)生，不管清底是否徹底，一律使用孔底注漿技術(shù)，從面保證有沉碴的樁底，也能做到樁身與基巖的緊密結(jié)合。筆者在第2號工程中對20根樁進(jìn)行了巖性鉆探取樣，以驗(yàn)證樁身強(qiáng)度及嵌巖完好程度，其情況詳見表二。 嵌巖樁鉆芯取樣撿驗(yàn)一覽表 (表二)樁號樁直徑(m)樁長度(m)取芯孔深(m)孔底沉碴(mm)取芯砼抗壓強(qiáng)度(

13、MPa)基巖與樁身膠結(jié)情況備 注260.920.4320.70051.6與巖石膠結(jié)緊密291.227.0727.58048.9與巖石膠結(jié)緊密481.427.032.80035.8與巖石膠結(jié)緊密1280.919.6720.00055.7與巖石膠結(jié)緊密1680.919.3319.50049.8與巖石膠結(jié)緊密2950.821.2522.00044.1與巖石膠結(jié)緊密3900.817.3519.20050.1與巖石膠結(jié)緊密4430.817.8718.00045.6與巖石膠結(jié)緊密4670.919.4419.60039.7與巖石膠結(jié)緊密47-11.227.0131.34038.9與巖石膠結(jié)緊密47-21.2

14、27.0131.25043.9與巖石膠結(jié)緊密820.817.6020.10044.4與巖石膠結(jié)緊密841.019.0422.75051.0與巖石膠結(jié)緊密1540.817.7620.20047.8與巖石膠結(jié)緊密1750.918.0321.10045.7與巖石膠結(jié)緊密2271.018.7822.16048.9與巖石膠結(jié)緊密3150.819.3221.70039.2與巖石膠結(jié)緊密4091.017.9521.80044.6與巖石膠結(jié)緊密4420.817.4820.00039.0與巖石膠結(jié)緊密4690.916.4020.45049.5與巖石膠結(jié)緊密 注：1、20根取芯樁是從500多根工程樁中，按隨機(jī)、該

15、樁重要性、有懷疑的原則抽??；2、鉆孔灌注樁樁身混凝土強(qiáng)度等級為C35；3、檢驗(yàn)報(bào)告指出，未見斷樁、松散、沉碴、夾泥等不良現(xiàn)象，巖石與樁身混凝土膠結(jié)緊密，巖石抗壓強(qiáng)度平均為11.2MPa(勘測報(bào)告提供設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度特征值為5.2MPa)。 從表二中所列20根樁的檢驗(yàn)紀(jì)錄，足以驗(yàn)證了嵌巖灌注樁，采用了泥漿反循環(huán)施工工藝、泥漿反循環(huán)清底工藝及孔底注漿等三個(gè)工藝技術(shù)，為能達(dá)到樁身與基巖能緊密結(jié)合的保證措施，是有效的，是必要的。 3、基巖的抗壓強(qiáng)度要超過樁按樁身強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)對基巖抗壓強(qiáng)度要求：樁身混凝土強(qiáng)度為C35、C40的鉆孔灌注樁，按樁身強(qiáng)度滿足樁的承載力，其樁的豎向力設(shè)計(jì)值可按式QApfCC分別計(jì)算如

16、下：(采用0.8m直徑樁)C35的為：Ra16.7N/mm2×800mm×800mm×/4×0.75876kN；C40的為：Ra19.1N/mm2×800mm×800mm×/4×0.76920kN。若按端承樁受力性狀來分析，樁的豎向承載力應(yīng)該由樁端與基巖接觸部分的基巖來承擔(dān)，也就是說，基巖的壓強(qiáng)必須滿足按承載力設(shè)計(jì)值的二倍對基巖產(chǎn)生的壓強(qiáng)，同樣按0.8m直徑樁來計(jì)算：基巖壓強(qiáng)fr2×5876kN÷(0.8m×0.8m×/4)23.38MPa(C35)； fr2×67

17、20kN÷(0.8m×0.8m×/4)26.74MPa(C40)。當(dāng)基巖為軟巖時(shí)，就不能滿足上述要求，那么基巖在軟巖條件下(fr30MPa)，若按樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的承載力進(jìn)行單樁設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取如下二項(xiàng)措施：其一：采用鉆孔擴(kuò)底樁，增加基巖接觸面積，如上述2號工程，基巖為軟巖，巖石抗壓強(qiáng)度為5.2MPa，不能滿足23.38MPa的壓強(qiáng)要求，當(dāng)采用樁底擴(kuò)大一倍樁徑后，基巖的抗壓強(qiáng)度為：2×5876kN÷(1.6m×1.6m×/4)5.84MPa，基本滿足要求；其二：加深樁端嵌巖段長度。按建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ 9494的建議

18、值，樁端阻力由嵌巖段側(cè)壁摩阻力和端阻力分別承擔(dān)，當(dāng)基巖的抗壓強(qiáng)度不能滿足樁身傳來的壓力時(shí)，以加長嵌巖段長度，增加嵌巖段側(cè)壁摩阻力，減小對基巖的抗壓，應(yīng)該是有效的。問題是嵌巖段加長多少才合理。參照J(rèn)GJ9494規(guī)范，以2號工程地質(zhì)情況為參考，選擇0.8m直徑樁為計(jì)算依據(jù)，嵌巖段選擇長度為5.0m，其嵌巖段摩阻力為：0.8m××0.05×5200KPa×5.0m3266kN，該樁按樁身混凝土強(qiáng)度滿足樁的承載力的設(shè)計(jì)值為5876kN(C35等級)，扣除嵌巖段側(cè)壁摩阻力后，對基巖的壓力為：(5876KN3266kN)÷(0.8m×0.8m×/4)5189KPa，基巖抗壓強(qiáng)度能滿足要求。由此，軟巖的嵌巖段長度建議按下圖取值。 巖石壓強(qiáng)(MPa) 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0嵌入基巖樁 0 1 2 3 4 5 直徑的倍數(shù) 2號、3號、4號工程均為軟巖，2號工程采用擴(kuò)底樁(5.2MPa)，3號工程采用嵌入基巖46倍樁徑長度(5.2MPa)、4號工程選擇3倍樁徑長度(7.9711.2MPa)，經(jīng)過靜載荷試樁，試樁成果