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对嵌岩灌注桩嵌岩深度有关问题的探讨 刘卫东 核工业西南建设工程总公司 广汉 610000 摘 要 通过工程实例 对嵌岩灌注桩嵌岩深度与施工中所出现的问题 进行分析 并提出看法 关键词 灌注桩 嵌岩 深度 效益 0 前言 随着我国经济建设的迅速发展 大建筑 水利 铁 路 交通 电力 化工 核电等工程中 桩基在基础工程 中愈显重要 发展最快 适用范围最广的就是灌注桩 因为 它可适用任何岩层土质 可形成任意桩径 甚至 截面桩形 不仅能成圆形 也可成梅花形 既可成实心 桩 也可成空心桩 既可成入岩桩 又可成扩孔桩 以满 足不同性能的要求 因此 它被越来越多的人所接受 应用越来越广泛 灌注桩的施工 也往往由于地质 水文情况的千变 万化和技术要求高而使难度增加 因此 是工程施工中 难度最大 占工期最长 耗投资 耗材料 耗劳动力最多 的工序之一 尤其对嵌岩施工 更是事倍功半 令施工 单位大伤脑筋 从发展趋势来看 灌注桩桩径朝两个方面发展 一 方面向大直径方向发展 另一方面向小直径方向发展 成桩深度越来越深 嵌岩施工的难度也越来越大 成本 也会增加 1 嵌岩要求 高层建筑 重要工程的灌注桩 一般均支承在基岩 上 设计时普通要求将桩端嵌入基岩一定深度 1 1 建筑地基基础设计规范 GBJ7 89 第 8 6 2 条规定 嵌岩灌注桩的周边嵌入微风化或中等风化岩 体的最小深度不宜小于 0 5m 1 2 建筑桩基技术规范 JBJ94 94 第 3 4 4 条对 岩溶地区 为保证桩端平面溶洞顶板有一定厚度且不 致于增加施工难度 规定 当岩面较为平整且上覆盖土 层较厚时 嵌岩深度宜采用 0 2d 或不小于 0 2m d 为 设计桩径 m 下同 1 3 灌注桩基础技术规程 YSJ212 92 YBJ42 92 第 3 2 5 条规定 嵌岩端承桩桩端以下 3d范围内 应无软弱夹层 断裂带 溶蚀洞隙分布 在桩端应力扩 散范围内应无岩体临空面 桩的嵌岩深度不宜小于 0 2d或 0 2m 无特殊需要时不宜超过 2d 人工挖孔嵌 岩桩 当桩端基岩面大于 10 的斜面时 桩端可做成台 阶形 1 4 工业 与民用 建筑 桩基础 设计 与施工 规程 JGJ 4 80 第 2 1 2 条规定 穿越软弱层支承于倾 斜基岩上的端承桩 当强风化岩层厚度小于 2 倍桩径 时 桩端应嵌入微风化或未风化基岩层 由此看出 这些规范给出了嵌岩深度的最低限度 1 5 铁路工程技术规范 和交通部 公路桥涵地基与 基础设计规范 对嵌岩深度给出了计算公式 如 公路 桥涵地基与基础设计规范 JT J024 85 第 4 3 4 条 规定 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻 挖 孔桩 沉 桩和管柱的单桩轴向受压容许承力 P 可按下式计 算 P C1A C2Uh Ra 式中 Ra 天然湿度的岩石单轴极限抗压强度 kPa h 桩嵌入基岩深度 m 不包括风化层 U 桩嵌 入基岩部分的横截面周长 m A 桩底横断面面积 m2 C1 C2 系数 可见该公式的 端承力 与嵌岩深度无关 阻力可 随深度无止境地增加 显然与实际情况不符 第 4 3 5 条规定 当河床岩层有冲刷时 桩基须 嵌入基岩 按桩底嵌固设计 其应嵌入基岩中的深度 可参照下式计算 圆形桩 h MH 0 066 RaD 式 中 h 同前 但不 得小 于 0 5m Ra 同 前 MH 在基岩顶面处的弯矩 kN m 系数 0 5 1 0 D 钻 挖 孔桩或管桩的设计直径 m 很显然 该公式不适用于陆地桥桩基嵌岩深度设 计 2 嵌岩深度的设计与施工现状 我国现行的关于大直径嵌岩桩承载力的计算模式 57 第 11 卷 第 4 期 1999 年 7 月 西部探矿工程 岩土钻掘矿业工程 大体有两种 一种是只计算桩端阻力 另一种是只计算 嵌岩部分的侧阻力和端阻力 对嵌岩桩荷载传递规律 的认识都不考虑覆盖土层阻力的作用 有的无论桩的 长径比 L d 大小 一律把嵌岩桩作为端承桩进行设 计 以致嵌岩深度过大 再则由于岩土工程勘察资料提 供的基岩面标高不准确 造成嵌岩深度过大或过小 2 1 工程实例 见表 1 2 1 1 成乐高速公路E2合同段江渔堤桥 设计桩径 1 40m 桩数 20 根 深度 14m 16m 桩的类型为端承桩 要求嵌入新鲜基岩不少于 3m 长 径比 L d 为 10 10 6 嵌深直径比 h d 为 2 14 基 岩岩性为粉砂质泥岩 施工采用冲击钻进成孔 实际平均嵌岩 5 70m 最 少嵌岩 4 59m 最大嵌岩 6 96m 有 7 根桩嵌岩深度超 过 6m 但从施工的情况来看 风化层较厚 进尺较快 每台班进尺 0 5m 0 7m 2 1 2 成绵高速公路 Q 合同段 K1 952 8 龙佛寺大 桥 设计钻孔灌注桩 92根 桩径 1 50m 深度 17 0 25 50m 长径比 L d 为 11 3 16 7 地层 第四纪 沉积层 由粘土 亚粘土组成 砾石层 由粘土 乐石 漂石组成 漂石最大者 500mm 以上 砾石含量 70 以 上 基岩为侏罗系紫红石英砂岩 大约 0 5m 强风化 层 下部为中风化 要求嵌岩深度 3 5m 施工采用人工挖孔 平均嵌岩深度 6 15m 50 的 孔嵌岩深度在 6 0m 上 嵌岩最深的达 8 97m 嵌深比 h d 为 5 98 正是为几个孔达到设计标高 致使工期 拖延了一个多月 因为进入新鲜基岩后 由于岩石硬度 大 施工效率很低 一天只能进尺 10cm 20cm 2 1 3 318 国道黄陂滠水大桥 设计桩径 1 2m 1 50m 桩数 68 根 桩深 15m 25m 基岩为绿帘石英千枚岩 全风化和强风化 层平均厚度 2 38m 要求嵌入弱风化基岩 2 0m 施工采用 GPS 15 型钻机 牙轮钻头钻进 平均嵌 入弱风化基岩 4 0m 最大嵌入弱风化基岩深度为 6m 2 1 4 内宜高速公路象鼻山大桥 设计 1 50 钻孔灌注桩44 根 桩深 23m 31m 要 求桩基必须嵌入中风化基岩 5 5m 以上 嵌深比为 3 67 表 1 工程实例 工程名称 设计桩 径 d m 设计桩 数 根 桩深 L m 设计嵌岩深 度hr m 实际嵌岩深度h m h d 平均最小最大平均最大 桩类型 成孔 施工方法 基岩 成乐路E2 江渔堤桥 1 42 014 16 入新鲜 基岩 3 5 704 956 964 074 64 端承桩 冲击钻进 粉砂质 泥岩 成绵路Q 龙佛寺大桥 1 59217 25 5 3 56 155 308 974 105 98 端承桩 人工挖孔 侏罗系 紫砂岩 318 国道 滠水河大桥 1 2 1 5 6816 25 入弱风化 基岩 2 0 4 106 03 424 0 端承桩 回转钻进 牙轮钻头 绿帘石英 千枚岩 内宜路 象鼻山大桥 1 54423 31 入中风化 基岩 5 5 端承桩 由表 1 可以看出 2 1 4 1 大部分嵌岩深度较大 一般在 3d 以上 且实 际施工嵌岩深度大于设计深度 大都超过规范要求 2 1 4 2 嵌岩效率低 工期长 成本高 难度大 2 1 4 3 有些端承桩设计深度不够准确 2 1 4 4 岩土工程勘察资料不准确 3 嵌岩施工中的问题 3 1 嵌岩终止标准 有的规程对桩入岩深度要求 嵌岩桩的终孔深度 应由施工单位会同设计 建设单位及质检 监 部门 根 据设计入岩要求 参照实际地质剖面上的估计深度和 造孔时的钻进速度与难度以鉴别孔底岩屑样品来综合 确定 有的地方规定 强风化层基岩不算作基岩 一般 图纸上指出 工勘资料仅供参考 应根据具体实际地质 情况而定 3 1 1 在实际施工过程中 施工单位大都是按照设计 深度终孔 即使是提前见到基岩 因现场监理不同意提 前终止 施工单位也只能不惜代价地慢慢 啃 下去 如 成 绵路 Q 合同段 龙佛寺大桥 0 1 轴线的桩孔 孔深 18m 就到中风化基岩 为啃下中风化层 4m 耗时 一个多月 如图 1 有的强行要求钻到基岩持力层后 必须取出岩心 看过确认后才可决定终止 再进行扩孔 这无疑是一种 最直观 最 放心 的方法 殊不知这也是一种高代价 不省心 不值得的方法 这种方式无疑是钻探技术事业 的倒退 58 West China Exploration Engineering Vol 11 4 July 1999 设计 施工 图 1 成绵高速公路 Q 段龙佛寺 大桥 0 线地质剖面图 3 1 2 另一种情况是施工者认为已钻到设计深度 而 岩层较软 尚未穿透到中风化层 按照科学的态度应坚 持钻下去 但施工单位也只有 依照图纸施工 的责任 况且甲方不愿增加费用 那也只好就此罢休了 然而由 施工单位承担了不应承担的工程风险 加深工作量而 费用不增加 则施工单位承担经济损失 若不加深工作 量 而桩的沉降量要超标 施工单位又要承担责任及经 济损失 3 2 最佳嵌岩深度 3 2 1 文献 1 资料表明 嵌岩段桩侧阻力对桩身承 载力的影响最大 上覆土层的侧阻力对嵌岩桩承载力 有着显著影响 对一般嵌岩桩 在设计时不能忽略它的 影响 3 2 2 文献 4 资料表明 嵌岩桩荷载传递以桩侧摩 阻力为主的端承摩擦桩 硬质岩为持力层的嵌岩桩 其承载力受桩身砼强度控制 为使岩层摩阻力和端阻 力充分发挥作用 嵌岩深度一般选用 0 5d 1 0d 最大 不超过 1 5m 上述表明 当上部荷载一定时 存在一个最佳嵌岩 深度 确定适当合理的嵌岩深度 既可充分利用基岩的 承载力性能 从而提高单桩的承载力 又可减小施工难 度 降低施工成本 4 嵌岩钻进方法及效益 在灌注桩施工中 最难的是在嵌岩阶段 嵌岩钻进 方法直接影响着施工速度和施工成本 一般情况下 嵌 岩钻进所花费的时间是上部土层钻进所花费时间的 2 5 倍 有时还会更高 嵌岩钻进的成本也比上部土层 钻进所用的成本高 5 10 倍之多 4 1 人工挖孔凿岩进尺 必须采用凿岩设备和通风设 备 以提高进尺速度 每台班进尺可达到 0 5m 1 0m 4 2 冲击钻进基岩层 必须保证钻头要有足够的质量 和合理的底端形状 并配焊高强耐磨材料 钻头质量一 般 2500 3000 d 千克为宜 底端形状 0 8m 1 4m 以下字形为好 1 4m 以上为六瓣形为好 4 3 回转钻进基岩 采用组合式大直径牙轮钻头或潜孔锤钻进技术 尤其对中质岩层 可大大提高钻进效率 钻进时效可达 0 3 0 6m h 可单位成本也会比常规方法 如 刮刀钻 头钻进 扩孔钻进 冲击钻进等 高得多 这也正是目前 大口径潜孔锤技术没有得到普遍应用的原因之一 4 4 基岩层 从现有定额来看 对基岩层钻进的造价偏低 造成 了许多施工单位经济效益低 甚至亏损 以 1992 年 公路工程预算定额 4 25 回转钻机钻 孔 无泥浆船 桩径 150cm 孔深 40m 42 为例 其中消耗材料定额基价每米只有二百多元 而一 只 1 5m组合式牙轮钻头价格三万多元 其寿命一般 在 40m 70m 每米钻头成本就高达四百元以上 定额 中对砂土 粘土 砂砾石与坚石层 次坚石层所考虑消 耗的材料是一样的 用于刻取坚硬岩石的特殊材料定 额中没有考虑 而实际中非用不可 这显然不合理 因此 在确定嵌岩深度时 应有较准确的工勘资 料 既要考虑到设计要求 试桩结构 也要考虑到实际 施工条件和困难 还要考虑到工程工期 造价和工程的