1工程实例

 

　　1．1工程概况

 

　　某住宅区地处丘陵山地，场地经挖填平整，总建筑面积20多万m2。46号楼为连体带人防地下室的框架一剪力墙结构，主体ll层，建筑面积l万多m2，周围建筑物桩基已完成，施工场地受限制。根据原地质勘探资料，桩基持力层是强风化细砂岩，岩深12-30m不等，基础设计采用锤击管桩，承台埋深为-6.1m，为减小送桩深度，场地先挖至-3.9m。但锤击试桩时发现地质情况异常，即补充钻探。

 

　　1．2工程地质条件

 

　　补充钻探结果显示，场地内较浅层存在灰岩，埋深l0-21m，深浅不一；且发现灰岩中局部有溶洞发育存在，洞高在0.2-0.7m之间不等。施工范围内持力层为灰岩的土层划分及土层性质如下。

 

　　(1)杂填土。层厚0.5-0.3m，黄褐色，以砂质粘土为主，稍湿，松散。

 

　　(2)有机质粘土。层厚1.0-5.1m，土灰褐色、灰黑色，稍湿一湿，可塑，不均匀含有机质。桩侧摩阻力特征值为10kPa。

 

　　(3)粉质粘土。层厚2.7-15.3m，土黄色、灰白色、褐黄色，稍湿一湿，可塑一硬塑，底部有岩石碎块，桩底摩阻力特征值为40kPa，桩端阻力特征值为2000kPa(桩入土深9-16m)。

 

　　(4)微风化灰岩。层厚2.5-4.5m(未穿透)，埋深l0-21m，浅灰色、灰色，隐晶质结构，岩质坚硬，矿物主要成分为方解石。局部有溶洞或土洞，洞高0.2-0.7m。阻力特征值为9000kPa(桩入土深9-16m)。

 

　　1.3工程设计处理

 

　　灰岩主要分布于本建筑物中间区域，在该区域的静压桩机有效施工范围内，以静压法施工代替原设计的锤击法。为消除灰岩溶洞及岩面陡坡等对桩基长期稳定性的影响，采用降低单桩承载力要求、加大静压桩施工压力为桩承载力特征值的3.1-3.7倍等措施。

 

　　1.4施工质量及验收情况

 

　　本工程施工完成管桩446根。其中，灰岩区域静压法施工管桩249根，坏桩42根，平均坏桩率16.9％，断桩量大。工程对管桩进行单桩竖向承载力静载试验6根，全部达到设计要求，试验最大沉降量6.83mm，最小2.46mm，均未达到极限。

 

　　2工程断桩分析

 

　　2．1钻探资料不够全面

 

　　钻探钻孔密度不符合规定要求。原钻探资料中有一个孔位发现灰岩，埋深15m，按要求该孔周围应加密布置钻孔，以摸清灰岩的分布、埋深以及溶洞大小、位置、分布规律等，对荷载较大的单独柱基位置需布置钻孔，但钻探报告未能提供有关地质的准确情况。

 

　　2．2灰岩地质本身复杂多变

 

　　断桩多发生于灰岩面埋深较浅区域，上述工程在灰岩埋深10-16m区域断桩最多。在管桩打至岩面瞬间，岩面上无可作持力层土层且上层土摩阻力较小时，桩机加压几乎全部直接传至桩尖，由于桩尖无法打入灰岩，致使桩贯入度突然变小，反弹剧烈，一旦反弹力超越桩身承载力(抗压或抗弯能力)，会将作用力最大处的桩底端部压碎压断，产生“上软下硬，软硬突变”地质条件下的断桩。

 

　　灰岩中有溶洞发育，存在灰岩断裂带及分界面，岩面起伏、坡度大。这种复杂地质条件下，打桩易造成倾斜或支撑点偏心，桩尖滑移，桩身受力不均，在桩身刚度、强度不够大情况下极容易断桩。如部分断桩是在锤击贯入度大(每击贯入10cm以上)或静压力很小(小于800kv)时，无先兆、不知不觉地折断。

 

　　2．3对灰岩地质认识不够充分

 

　　因场区内其他建筑物均未能打至灰岩面而疏忽大意，对钻探结果未引起重视，选用不宜采用的锤击法施工。未充分认识到灰岩地质本身复杂多变对加大施工压力容易造成断桩的危险，仍采用传统的、正常的地质条件下的要求施工，造成桩径选值偏小、施工压力要求偏大。后来将Φ400管桩改为Φ500后，才将断桩率降至合理水平。

 

　　3预防控制断桩办法

 

　　针对灰岩地质复杂多变、施工易断桩、处理难的特点，在设计和施工中采用一些有别于普通地质条件的办法和措施，其关键就是预防及控制断桩。

 

　　3．1钻探资料要准确、全面必须提供灰岩面的分布、埋深、走势及溶(土)洞大小、分布规律等，必要时应加大钻孔布置密度，尽可能按柱位布置钻孔，给设计和施工提供依据。

 

　　3．2合理设计

 

　　对一般灰岩地质，如岩面上无适合作持力层的土层或上层土层薄且摩阻力小，不宜使用管桩基础，必须使用时，应使用静压法施工，原因在于静压法施工可根据桩机压力表读数初步确定桩承载力，据此可直观判断桩的完整性，可以减轻岩面冲击反力、减少断桩，有利于桩身质量控制。由于灰岩地质复杂多变，断桩很难避免，但可适当控制断桩数量。针对断桩多发生于灰岩面埋深较浅(10-16m内)区域的实际情况，认为断桩率控制在4％-8％内较为合适，对工程总造价影响较小，且施工质量较好控制。具体作法为：

 

　　(1)静压管桩选择。桩径不宜过小，应不小于Φ500。实际施工证明，Φ400管桩在很小压力下容易断桩(表1)，相当多Φ400管桩断桩时施工压力不足800kN。而加大桩径、增强桩刚度，则能大大减少断桩量。另外，目前普遍存在一个问题，就是不管地质条件如何，只考虑抗压而忽视抗弯设计，一律选用A型管桩，这对于抗弯折能力要求较高的灰岩地基来说是欠妥的，建议选用抗弯性能相对较高的B型管桩。

 

　　表1灰岩区域管桩完成情况统计表

 

　　静压桩的承载力确定及最大施工压力(终压力)应有别于普通地质条件下取值。为消除溶洞、岩面不平坦、管桩无法嵌入基岩等对桩基长期稳定性的影响，应降低单桩承载力要求；同时加大静压终压力(按2.5-3.5倍单桩承载力取值)。施工中发现，入土10-16m的管桩，当静压桩机终压力控制在60％桩身竖向极限承载力时，断桩率较小，该压力较为合适；当加大到80％桩身竖向极限承载力时，断桩率增大为15％-30％，

 

　　分区域确定桩承载力。灰岩面埋深超16m或上层土层摩阻力较大时，断桩情况有较大改善，可根据土层分布情况确定单桩承载力。但上述终压力仍应受限制。

 

　　3．3施工应注意问题

 

　　(1)利用试桩检验桩径选择、施工压力是否合理。试桩量应有5-8根或更多，一旦发现断桩量大，要分析断桩原因，及时调整桩径及施工压力。同时，试桩可验证地质报告是否准确，检验该地质条件下管桩的适用性，以确定是否继续施工。

 

　　(2)施工监测、反馈是施工的一个重要组成部分。把施工中的具体情况和监测结果，及时反馈给设计人员，对设计方案加以补充和改进，使设计更完整、合理。

 

　　(3)桩尖选用。试验表明，使用尖口型十字桩尖(图2)明显优于平底型桩尖(图3)。由于灰岩面往往高差较大，起伏不平，使用平底型桩尖易于桩端处因支承点不平而产生偏心作用(图4)，桩端受力偏心而发生滑移，将桩压断。相反，尖口型十字桩尖则有利于岩面反力居中，避免偏心(图5)，且本作法桩尖刚度相对较小，压力作用下可将尖端压钝，抵消部分压桩能量，减少断桩。需要说明的是，由于灰岩地质管桩承载力取值较低，岩层端承力取值小，适当减小桩尖钢板厚度，可大大降低桩尖刚度，增强其柔性，降低岩面反弹反力，对减少断桩更为有利。

 

　　(4)桩端入持力层控制。由于灰岩岩面新鲜，呈微风化状，桩尖无法压入。一般在桩端触及灰岩面时，压桩阻力快速上升，瞬间到达甚至超过终压压力，所以，施工时桩端一旦触发灰岩面，压力达到终压要求，即应终止压进，防止压力过分增大而发生断桩。

 

　　(5)复压的控制。在桩机压力达到设计终压力后，卸载后再复压3次，通过复压，能在一定程度上验核及确保持力层的持续承载力，消除灰岩复杂地质的一些不稳定因素。实际施工中，一些溶洞的顶板较为薄弱时，可以将其压穿消除，但应当注意的是，复压压力过大时，会引起断桩，因此，复压压力应当控制在终压力值内为宜。

 

　　(6)断桩利用。根据现场统计，断桩基本是在桩端部发生断裂烂底，一般通过探测深度及用低压灯泡沉入管桩内腔利用灯照查明。多数断桩在继续压入2-5m，将底部断裂部分压烂压入土中后，能达到稳定的终压力，且压入的管桩碎块能相对挤密灰岩面土层，改善土层结构，使周围其他桩更易控制终压力，减少断桩。

 

　　4总结

 

　　由于灰岩地质的特殊性，在桩型选择、桩的承载力取值、终压力的确定等诸多方面根据经验确定，不可避免地存在一些主观因素，只有通过大量的工程实践和理论研究分析，不断总结和积累经验，才能做到合理设计，精心施工，保证工程质量。