1工程實(shí)例
1．1工程概況
某住宅區(qū)地處丘陵山地，場(chǎng)地經(jīng)挖填平整，總建筑面積20多萬(wàn)m2。46號(hào)樓為連體帶人防地下室的框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，主體ll層，建筑面積l萬(wàn)多m2，周圍建筑物樁基已完成，施工場(chǎng)地受限制。根據(jù)原地質(zhì)勘探資料，樁基持力層是強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖，巖深12-30m不等，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用錘擊管樁，承臺(tái)埋深為-6.1m，為減小送樁深度，場(chǎng)地先挖至-3.9m。但錘擊試樁時(shí)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況異常，即補(bǔ)充鉆探。
1．2工程地質(zhì)條件
補(bǔ)充鉆探結(jié)果顯示，場(chǎng)地內(nèi)較淺層存在灰?guī)r，埋深l0-21m，深淺不一；且發(fā)現(xiàn)灰?guī)r中局部有溶洞發(fā)育存在，洞高在0.2-0.7m之間不等。施工范圍內(nèi)持力層為灰?guī)r的土層劃分及土層性質(zhì)如下。
(1)雜填土。層厚0.5-0.3m，黃褐色，以砂質(zhì)粘土為主，稍濕，松散。
(2)有機(jī)質(zhì)粘土。層厚1.0-5.1m，土灰褐色、灰黑色，稍濕一濕，可塑，不均勻含有機(jī)質(zhì)。樁側(cè)摩阻力特征值為10kPa。
(3)粉質(zhì)粘土。層厚2.7-15.3m，土黃色、灰白色、褐黃色，稍濕一濕，可塑一硬塑，底部有巖石碎塊，樁底摩阻力特征值為40kPa，樁端阻力特征值為2000kPa(樁入土深9-16m)。
(4)微風(fēng)化灰?guī)r。層厚2.5-4.5m(未穿透)，埋深l0-21m，淺灰色、灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)堅(jiān)硬，礦物主要成分為方解石。局部有溶洞或土洞，洞高0.2-0.7m。阻力特征值為9000kPa(樁入土深9-16m)。
1.3工程設(shè)計(jì)處理
灰?guī)r主要分布于本建筑物中間區(qū)域，在該區(qū)域的靜壓樁機(jī)有效施工范圍內(nèi)，以靜壓法施工代替原設(shè)計(jì)的錘擊法。為消除灰?guī)r溶洞及巖面陡坡等對(duì)樁基長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響，采用降低單樁承載力要求、加大靜壓樁施工壓力為樁承載力特征值的3.1-3.7倍等措施。
1.4施工質(zhì)量及驗(yàn)收情況
本工程施工完成管樁446根。其中，灰?guī)r區(qū)域靜壓法施工管樁249根，壞樁42根，平均壞樁率16.9％，斷樁量大。工程對(duì)管樁進(jìn)行單樁豎向承載力靜載試驗(yàn)6根，全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)最大沉降量6.83mm，最小2.46mm，均未達(dá)到極限。
2工程斷樁分析
2．1鉆探資料不夠全面
鉆探鉆孔密度不符合規(guī)定要求。原鉆探資料中有一個(gè)孔位發(fā)現(xiàn)灰?guī)r，埋深15m，按要求該孔周圍應(yīng)加密布置鉆孔，以摸清灰?guī)r的分布、埋深以及溶洞大小、位置、分布規(guī)律等，對(duì)荷載較大的單獨(dú)柱基位置需布置鉆孔，但鉆探報(bào)告未能提供有關(guān)地質(zhì)的準(zhǔn)確情況。
2．2灰?guī)r地質(zhì)本身復(fù)雜多變
斷樁多發(fā)生于灰?guī)r面埋深較淺區(qū)域，上述工程在灰?guī)r埋深10-16m區(qū)域斷樁最多。在管樁打至巖面瞬間，巖面上無可作持力層土層且上層土摩阻力較小時(shí)，樁機(jī)加壓幾乎全部直接傳至樁尖，由于樁尖無法打入灰?guī)r，致使樁貫入度突然變小，反彈劇烈，一旦反彈力超越樁身承載力(抗壓或抗彎能力)，會(huì)將作用力最大處的樁底端部壓碎壓斷，產(chǎn)生“上軟下硬，軟硬突變”地質(zhì)條件下的斷樁。
灰?guī)r中有溶洞發(fā)育，存在灰?guī)r斷裂帶及分界面，巖面起伏、坡度大。這種復(fù)雜地質(zhì)條件下，打樁易造成傾斜或支撐點(diǎn)偏心，樁尖滑移，樁身受力不均，在樁身剛度、強(qiáng)度不夠大情況下極容易斷樁。如部分?jǐn)鄻妒窃阱N擊貫入度大(每擊貫入10cm以上)或靜壓力很小(小于800kv)時(shí)，無先兆、不知不覺地折斷。
2．3對(duì)灰?guī)r地質(zhì)認(rèn)識(shí)不夠充分
因場(chǎng)區(qū)內(nèi)其他建筑物均未能打至灰?guī)r面而疏忽大意，對(duì)鉆探結(jié)果未引起重視，選用不宜采用的錘擊法施工。未充分認(rèn)識(shí)到灰?guī)r地質(zhì)本身復(fù)雜多變對(duì)加大施工壓力容易造成斷樁的危險(xiǎn)，仍采用傳統(tǒng)的、正常的地質(zhì)條件下的要求施工，造成樁徑選值偏小、施工壓力要求偏大。后來將Φ400管樁改為Φ500后，才將斷樁率降至合理水平。
3預(yù)防控制斷樁辦法
針對(duì)灰?guī)r地質(zhì)復(fù)雜多變、施工易斷樁、處理難的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)和施工中采用一些有別于普通地質(zhì)條件的辦法和措施，其關(guān)鍵就是預(yù)防及控制斷樁。
3．1鉆探資料要準(zhǔn)確、全面必須提供灰?guī)r面的分布、埋深、走勢(shì)及溶(土)洞大小、分布規(guī)律等，必要時(shí)應(yīng)加大鉆孔布置密度，盡可能按柱位布置鉆孔，給設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。
3．2合理設(shè)計(jì)
對(duì)一般灰?guī)r地質(zhì)，如巖面上無適合作持力層的土層或上層土層薄且摩阻力小，不宜使用管樁基礎(chǔ)，必須使用時(shí)，應(yīng)使用靜壓法施工，原因在于靜壓法施工可根據(jù)樁機(jī)壓力表讀數(shù)初步確定樁承載力，據(jù)此可直觀判斷樁的完整性，可以減輕巖面沖擊反力、減少斷樁，有利于樁身質(zhì)量控制。由于灰?guī)r地質(zhì)復(fù)雜多變，斷樁很難避免，但可適當(dāng)控制斷樁數(shù)量。針對(duì)斷樁多發(fā)生于灰?guī)r面埋深較淺(10-16m內(nèi))區(qū)域的實(shí)際情況，認(rèn)為斷樁率控制在4％-8％內(nèi)較為合適，對(duì)工程總造價(jià)影響較小，且施工質(zhì)量較好控制。具體作法為：
(1)靜壓管樁選擇。樁徑不宜過小，應(yīng)不小于Φ500。實(shí)際施工證明，Φ400管樁在很小壓力下容易斷樁(表1)，相當(dāng)多Φ400管樁斷樁時(shí)施工壓力不足800kN。而加大樁徑、增強(qiáng)樁剛度，則能大大減少斷樁量。另外，目前普遍存在一個(gè)問題，就是不管地質(zhì)條件如何，只考慮抗壓而忽視抗彎設(shè)計(jì)，一律選用A型管樁，這對(duì)于抗彎折能力要求較高的灰?guī)r地基來說是欠妥的，建議選用抗彎性能相對(duì)較高的B型管樁。
表1灰?guī)r區(qū)域管樁完成情況統(tǒng)計(jì)表
靜壓樁的承載力確定及最大施工壓力(終壓力)應(yīng)有別于普通地質(zhì)條件下取值。為消除溶洞、巖面不平坦、管樁無法嵌入基巖等對(duì)樁基長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響，應(yīng)降低單樁承載力要求；同時(shí)加大靜壓終壓力(按2.5-3.5倍單樁承載力取值)。施工中發(fā)現(xiàn)，入土10-16m的管樁，當(dāng)靜壓樁機(jī)終壓力控制在60％樁身豎向極限承載力時(shí)，斷樁率較小，該壓力較為合適；當(dāng)加大到80％樁身豎向極限承載力時(shí)，斷樁率增大為15％-30％，
分區(qū)域確定樁承載力?；?guī)r面埋深超16m或上層土層摩阻力較大時(shí)，斷樁情況有較大改善，可根據(jù)土層分布情況確定單樁承載力。但上述終壓力仍應(yīng)受限制。
3．3施工應(yīng)注意問題
(1)利用試樁檢驗(yàn)樁徑選擇、施工壓力是否合理。試樁量應(yīng)有5-8根或更多，一旦發(fā)現(xiàn)斷樁量大，要分析斷樁原因，及時(shí)調(diào)整樁徑及施工壓力。同時(shí)，試樁可驗(yàn)證地質(zhì)報(bào)告是否準(zhǔn)確，檢驗(yàn)該地質(zhì)條件下管樁的適用性，以確定是否繼續(xù)施工。
(2)施工監(jiān)測(cè)、反饋是施工的一個(gè)重要組成部分。把施工中的具體情況和監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員，對(duì)設(shè)計(jì)方案加以補(bǔ)充和改進(jìn)，使設(shè)計(jì)更完整、合理。
(3)樁尖選用。試驗(yàn)表明，使用尖口型十字樁尖(圖2)明顯優(yōu)于平底型樁尖(圖3)。由于灰?guī)r面往往高差較大，起伏不平，使用平底型樁尖易于樁端處因支承點(diǎn)不平而產(chǎn)生偏心作用(圖4)，樁端受力偏心而發(fā)生滑移，將樁壓斷。相反，尖口型十字樁尖則有利于巖面反力居中，避免偏心(圖5)，且本作法樁尖剛度相對(duì)較小，壓力作用下可將尖端壓鈍，抵消部分壓樁能量，減少斷樁。需要說明的是，由于灰?guī)r地質(zhì)管樁承載力取值較低，巖層端承力取值小，適當(dāng)減小樁尖鋼板厚度，可大大降低樁尖剛度，增強(qiáng)其柔性，降低巖面反彈反力，對(duì)減少斷樁更為有利。
(4)樁端入持力層控制。由于灰?guī)r巖面新鮮，呈微風(fēng)化狀，樁尖無法壓入。一般在樁端觸及灰?guī)r面時(shí)，壓樁阻力快速上升，瞬間到達(dá)甚至超過終壓壓力，所以，施工時(shí)樁端一旦觸發(fā)灰?guī)r面，壓力達(dá)到終壓要求，即應(yīng)終止壓進(jìn)，防止壓力過分增大而發(fā)生斷樁。
(5)復(fù)壓的控制。在樁機(jī)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓力后，卸載后再?gòu)?fù)壓3次，通過復(fù)壓，能在一定程度上驗(yàn)核及確保持力層的持續(xù)承載力，消除灰?guī)r復(fù)雜地質(zhì)的一些不穩(wěn)定因素。實(shí)際施工中，一些溶洞的頂板較為薄弱時(shí)，可以將其壓穿消除，但應(yīng)當(dāng)注意的是，復(fù)壓壓力過大時(shí)，會(huì)引起斷樁，因此，復(fù)壓壓力應(yīng)當(dāng)控制在終壓力值內(nèi)為宜。
(6)斷樁利用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，斷樁基本是在樁端部發(fā)生斷裂爛底，一般通過探測(cè)深度及用低壓燈泡沉入管樁內(nèi)腔利用燈照查明。多數(shù)斷樁在繼續(xù)壓入2-5m，將底部斷裂部分壓爛壓入土中后，能達(dá)到穩(wěn)定的終壓力，且壓入的管樁碎塊能相對(duì)擠密灰?guī)r面土層，改善土層結(jié)構(gòu)，使周圍其他樁更易控制終壓力，減少斷樁。
4總結(jié)
由于灰?guī)r地質(zhì)的特殊性，在樁型選擇、樁的承載力取值、終壓力的確定等諸多方面根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，不可避免地存在一些主觀因素，只有通過大量的工程實(shí)踐和理論研究分析，不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，才能做到合理設(shè)計(jì)，精心施工，保證工程質(zhì)量。
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