复杂地质条件下高层建筑灌注桩基础持力层的确定.pdf

1 前言 复杂地质条件下高层建筑灌注桩 基础持力层的确定 杨旺 ( 广东t 工建设监理有限公司 5 1 0 0 3 4 1 摘要本文主要探讨了座落于墓岩上的高层建 筑：中、钴孔和人工挖孔蕞注桩基础其持力层位置的 确定方法。作者首先分析了何谓复杂地质条件以及 在这种地质条件下判断桩墓础终孔 f i t 量的困难之 处指出作为施工勘察的超前钻是辅助确定持力层 的有效方法总结了超前钻的具体做击和技术要求。 文章最后通过w 个具体i 程实例的对比说明，超 前钻在确定灌注桩持力层方面的重要性、有效性、准 确性。 关t 词蕞注桩曩杂地质持力层超前钻 钻( 冲) 孔、人工挖孔灌注桩( 以下简称灌注桩) 因其单桩承载力大、成桩质量相对可靠、适 用地质范围较广而在高层建筑基础中得到广泛应用。以广东省为例，2 9 层以上的一级建筑物 几乎全部采用人工挖7 l 桩和钻孔灌注桩作基础，而其中人工挖孔桩又占主要部分。高层建筑 8 8 8 灌注桩基础一般以中风化、微风化、未风化岩层为持力层。由于单桩承载力大，桩基沉降及沉 降差控制要求严格，工程师对于高层建筑灌注桩的持力层( 亦即桩终孔深度) 必须作出准确判 断。但在工程建设中，尤其是在复杂地质条件下，误判持力层的现象并不鲜见，轻则因桩基处 理而给业主、施工单位造成经济损失和工期延误，重则导致严重的工程质量事故，危及高层建 筑结构安全。圜此，很有必要对复杂地质条件下高层建筑灌注桩基础持力层的确定方法进行 探讨和研究。 2 灌注桩基础持力层的一般技术要求 与灌注桩基础持力层技术要求有关的内容常包括( 但不限于) ：持力岩层种类( 描述) ；岩石 天然湿度( 饱和) 单轴抗压强度；桩长要求( 最短桩长要求、最大桩长限制) ；相邻桩长差距控制； 桩端以下支承岩层的连续厚度；桩端人岩深度。 3 复杂地质条件 复杂地质条件一般指如下几种情况： 3 i 软硬互层、软弱夹层和软弱下卧层，它们之间的区别主要在于岩( 土) 层的厚度以及 薄层与厚层的厚度比。它们直接影响持力层技术要求中的桩端以下支承岩层的连续厚度。 3 2 岩层起伏：岩层面起伏变化剧烈。广州某高层建筑场地，相距1 5 m ，其微风化岩层面 埋深相差可达2 0 3 0 m 。 3 3 岩层裂隙发育，风化情况复杂。广州某工程数根直径1 8 m 的人工挖孔桩，当开挖至 一定深度时，工程师下到桩孔底查看，发现孔底岩层一部分是微风化，另一部分却是中风化甚 至强风化。因此，在珠江三角洲地区，不仅同一柱下承台的各桩长度可能相差数米，即使同一 根大直径灌注桩各个抽芯孔所揭露的桩底岩层有时也不一样。 3 4 破碎带或孤石 3 5 岩溶地质 3 i 、32 、3 3 所述的复杂地质情形较为常见，也容易被忽视，因此本文主要讨论在这三种 工程地质条件下灌注桩持力层的判断方法。至于对2 4 、25 提及的情况，本文也有一定的借 鉴意义。 4 常规终孔掌q 断方法的局限性 常规终孔判断方法有：依据工程地质勘察报告，鉴别现场岩样，根据钻进( 冲孔) 速度，终孔 前钻取孔底岩芯。在作者接触的工程实例中，较多的是采用前三种方法，少数工程辅以最后一 种方法。在复杂地质条件下，应用这些常规方法确定桩基持力层位置时，工程师常常感到困 难，判断失误的情况也时有发生。这主要是因为： 4 i 依据工程地质勘察报告：对于一级高层建筑或高层建筑群，按照 1 6 m ，每桩宜钻二孔。 ( 2 ) 当桩钻孔为一个时，宜在距桩中心1 0 0 1 5 0 r a m 位置开孔。当钻孔为两个时宜在距 桩中心d 4 处均匀对称布置。 ( 3 ) 测量并记录每一个钻孔孔1 3 处的标高，标高可采用绝对标高或相对标高。工程地质勘 察报告、超前钻报告、桩基础旌工记录最好能采用同一标高体系。 ( 4 ) 超前钻钻取持力层岩芯的长度，应是桩端嵌岩深度加上设计要求的持力层连续厚度， 并再额外增加1 2 m ( 小直径桩取低值，大直径桩取高值) 。特殊情况时另行确定。 ( 5 ) 地质工程师应不断巡视检查已钻取的芯样，并在芯样上初步确定符合设计要求的持力 层的起始点，以及决定钻孔何时可以结束。 ( 6 ) 当设计图纸对持力岩层提出抗压强度要求时，在每一个钻 l 所抽取的持力层岩芯长度 范围内取一组三个岩样用来试压。三个岩样的选取要有代表性。在垂直深度上尽量均匀分布。 第一个试压岩样应位于起始点以下并尽量接近起始点。选取作为抗压试验的芯样，应经过见 证确认。芯样选取后应立即用胶袋或其他手段密封，妥善包装，防止损坏，并尽快进行抗压试 验。 ( 7 ) 芯样取出后，应接回次顺序放进统一规格的芯样箱中，及时标上清晰的标记，记录其深 度。钻孔结束，在芯样上用白纸片分别标明如下特征内容：工程名称、钻孔编号、持力层起始点 位置和深度、试压岩样位置、总钻探、钻孔结束时间，然后拍照。 ( 8 ) 钻孔工作完毕，对留下的孔洞应用0 3 05 1 v 旧a 压力，从孔底往上用水灰比为0 5 0 7 的水泥浆回灌封闭。这个后续工作非常重要，也容易被忽视。人工挖孔桩的超前钻钻孔 如不进行封闭，地下水可通过钻孔上涌而影响桩孔施工。在灌注桩身混凝土时，因桩孔底涌水 太大或积水过深，桩端混凝土质量严重不合格的事故屡屡发生，教训不可谓不惨痛。无论对何 种灌注桩，在桩基完成施工乃至建筑物竣工以后的漫长时间里，桩端下未灌浆封闭的钻孔内的 地下水及地下水的变化，对持力层还可能造成不利影响。 ( 9 ) 当超前钻结果与工程地质勘察报告的结果差异较大时，应暂时保留所取芯样，有关勘 察单位应及时分析研究相关情况，达成一致意见。 ( 1 0 ) 灌注桩基础超前钻报告应包含下列内容： 工程概况； 勘察目的、任务要求和持力层的具体技术要求； 勘察方法与勘察工作布置； 场地的工程地质概况，钻岩( 土) 深度，各岩( 土) 层名称、颜色、工程地质性状、厚度和埋 深情况、岩石单轴抗压强度情况，重点是对持力岩层的描述和总结； 异常情况说明； 建议和结论意见。必须给出各桩持力岩层的位置( 岩层面深度) ； 附图、附表：必须有超前钻点平面布置图( 带编号) 、各钻孔地质柱状图、各钻7 l 芯样照 片、岩石单轴抗压强度一览表； 8 9 1 超前钻报告必须有现场地质( 岩土) 工程师、报告编写人、报告校核人、报告审核人和批 准人签名。 ( 1 1 ) 超前钻报告编制完成、提交后，委托钻探单位应及时将报告分送业主、设计、监理、施 工单位。 ( 1 2 ) 特别要注意的是，由于钻孔的面积远远小于桩i l 的面积，通过超前钻获知的持力层位 性( 埋深) 只是一个初步结果，还必须和现场桩孔施工情况结合起来综合作出判断。具体来说 在接近超前钻报告给出的持力层位置时，应通过现场岩样鉴别、钻进( 冲孔) 速度等辅助手段 验证超前钻的结果是否符合场地实际地质情况。两者相符或基本相符，就能认定超前钻报告 中的持力层位置即实际的持力层位置；若两者差异较大，则必须由业主、监理、施工、勘察等单 位根据现场情况作进一步分析判断，以确定实际的终孔位置。作者所接触的工程中，绝大多数 ( 9 5 以上) 的超前钻结果与桩 l 施工反映的结果相同或基本相同，但也有极少数( 少于5 ) 两者呈现较大差异。 6 工程实例 6 1 工程实例1 广州某高层建筑有两层地下室，由四拣三十层的塔楼组成，总建筑面积十万平方米。该高 层建筑采用2 5 1 根人工挖孔，其中塔楼下基础桩1 3 3 根，裙楼下基础桩与抗拔桩共1 1 b 根。塔 楼下桩基持力层为微风化泥质粉砂岩，要求天然湿度单轴抗压强度不小于1 0 m p a ，桩长从6 3 0 m 不等，在基坑开挖完成后才施人工挖孔桩。场地临近珠江，地质情况复杂。业主、设计、监 理、施工单位对本工程的工程地质和持力层的确定方法有着清醒的认识和一致的看法，决定： 对塔楼下基础桩进行超前钻，d 1 6 m 者全部一桩一孔；d 1 6 m 者部分超前钻，具体钻孔桩 位结合工程地质勘察报告和桩基础设计图纸而定。最后选取做超前钻的桩共1 0 1 根，占塔楼 下人工挖孔桩的7 6 ，超前钻费用未超过1 3 万元。整个桩基础工程进行得很顺利，包含超前 钻的时间在内，全部2 5 1 根桩在5 0 天内施工完毕。事后检测结果表明，桩基础持力岩层符合设 计要求。业主、施工单位对超前钻在节省工程投资、缩短施工工期等方面带来的综合经济效益 很满意。 尤值得一提的是，通过超前钻发现，有8 根直径为1 4 m 、1 6 m 的人工挖孔桩微风化持力 岩层面埋深达3 0 3 2 m 。在微风化岩层以上。是厚度1 0 - - 1 5 m 的连续中风化岩层，且抗压强度 不低。根据这一钻探结果，设计单位把这8 根桩的持力层修改为中风化岩层，并同时修改桩端 扩大头尺寸。修改后，桩长从3 1 3 3 m 降至1 9 - - 2 3 m 。仅此一项即降低桩基造价8 万余元，缩 短桩基施工工期约7 天。超前钻结果及时反馈并调整桩基础设计的优点，是判断持力层的常 规方法很难做到的。 6 2 工程实例2 广州某小区高层建筑群由1 0 栋1 6 - - 3 0 层的单体建筑组成，采用3 5 6 根人工挖孔桩作为基 础。选定微风化泥岩、砂岩作为桩端持力层，岩层天然湿度单轴抗压强度要求大于8 5 m p a 。 该小区同样靠近珠江，属地质条件复杂的场地。有关方面对场地工程地质和超前钻的作用认 识不足，一开始就限定超前钻探的桩数不能超过总桩数的2 0 。桩孔全面开挖达到一定深度 后，发现软弱夹层的情况严重，局部微风化岩层面起伏剧烈且无规律，甚至出现了无人敢签字 终孔验收的现象。有关方面先后被迫两次提高超前钻的比例，从2 0 、5 0 一直到8 0 ，造成 工地大范围停工。不仅如此。还要回过头来对前期部分未做超前钻、已灌注桩身混凝土的桩进 8 9 2 行钻芯检测，以探明桩端下持力层的确切状况，结果发现有3 根桩的桩端下存在较厚的软弱夹 层，不得不采取补桩、加大承台的方法进行处理。整个0 0 0 0 以下工程比计划进度延期达一 个半月之久。 7 结语 ( 1 ) 在复杂地质条件下判断灌注桩持力层时，依据_ 亡程地质勘察报告、现场岩样鉴别、根据 钻进( 冲孔) 速度、终孔前钻取孔底岩芯等常规方法都有较大的局限性和不足之处，前三种方法 还可能造成误判终孔位置。 ( 2 ) 委托勘察单位对灌注桩进行超前钻，是解决复杂地质条件下高层建筑灌注桩持力层判 断难题的有效方法，符合工程建设领域中专业化分工的发展趋势，能大大减少工程师主观因素 的影响综合经济效益明显。 ( 3 ) 应根据持力层具体技术要求来进行超前钻探。为保证超前钻质量及结果准确可靠，勘 察单位应严格遵守超前钻在工作步骤、技术方法、报告编写等方面的规定和要求。 ( 4 ) 工程师应把超前钻报告和灌注桩实际施工情况结合起来作出综合判断以正确判定高 层建筑基础桩的终孔位置。 参考文献 1 基桩和地下连续墙钻芯检验技术规程，d b j l 5 2 8 2 0 0 1 2 邹泓荣复杂地层中钻( 冲) 孔桩终孔误判的可能性分析建筑技术，2 0 0 2 ( 4 ) a b s t r a c t ：1 1 】i sa r t i c l ei sd e d i c a t e di np 1 0 b i n gt h em e t h o do fd e t e t m i n a t i n gb e a r i n gl a y e r 赫m e c h a n i c a lo rn 3 a n t l a la n g e rc a s t i n p l a c ep i l i n gf o u n d a t i o n0 fh i g h $ 1 i m c t u l tl o c a t e do nt h eb e d r o c ks t r a t u m f i r s t l y ，t h ew r i t e re x p l a i n sw h a t “c o m p l i c a t e dg e o l n g i cc o n d i t i o n ”m e a n s ，a 埘曲e n a l 黔w h yi t i sd i f f i c u ht od e t e r m i n a t et h ef i n a lp o s i t i o no fp i l eh o l e su n d e rt h i sg e o l n g i cc o n d i t i a a b yi i l r r a a r i z i n gt h e t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sf o ri n a d v a n c ee x p l o r a t i o nd r i l l i n ga r i di t sp r a c t i c a ic o n s t r u c t i o nm e a s u r e s ，t h e w r i t e rr e v e a l st h a ti n a d v a n c ee x p l o r a t i o nd r i l l i n