某高層建筑部分樁基復(fù)核計(jì)算與補(bǔ)強(qiáng)

張 林

0 引言

廣州市區(qū)基底大部分是紅層，其巖性主要有泥質(zhì)粉砂巖、含礫粗砂巖、礫巖和粉砂質(zhì)泥巖。受地質(zhì)構(gòu)造、地下水等作用影響，廣州市紅層風(fēng)化巖比較復(fù)雜[1]，主要有強(qiáng)度變化大、顆粒不均勻、軟硬夾層、遇水易軟化等問(wèn)題。該高層建筑為17層框剪結(jié)構(gòu)大樓，基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁，單柱單樁，樁徑為1.2 m～1.6 m，樁長(zhǎng)為9.0 m～14.0 m。由于跨度較大，要求樁端進(jìn)入持力層(微風(fēng)化巖層)0.5 m。根據(jù)抽芯檢測(cè)報(bào)告，該部分巖芯試樣試壓結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求的樁端持力層均為含礫粗砂巖或者礫巖。抽芯檢測(cè)結(jié)果顯示:樁端持力層均判斷為新鮮完整微風(fēng)化礫巖，且無(wú)軟弱夾層，符合設(shè)計(jì)要求，但少數(shù)樁端持力層巖芯試樣試壓結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師經(jīng)過(guò)樁基復(fù)核計(jì)算，單樁豎向承載力不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因此，對(duì)該部分人工挖孔樁采用注漿法對(duì)樁端持力層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，以提高持力層的強(qiáng)度和減少樁基不均勻沉降。樁基加固后經(jīng)過(guò)樁基靜載荷實(shí)驗(yàn)，承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，沉降觀(guān)測(cè)結(jié)果符合規(guī)范要求。

1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

1.1 土層、巖層地質(zhì)情況

根據(jù)勘察報(bào)告，鉆探揭露的地層有第四系填土層、沖積層粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、粗砂、下伏基巖為下第三系寶月組(E2by2)礫巖。

1.1.1 土層部分

③淤泥質(zhì)土:灰黑色，飽和，流塑，含有機(jī)質(zhì)，層厚約1.1 m。

④粗砂、細(xì)砂:層厚約1.3 m，淺黃色，飽和，松散～稍密。

⑤殘積層粉質(zhì)粘土:以粉質(zhì)粘土為主，局部為粉土，層厚2.9 m ～11 m。

1.1.2 基巖部分(下第三系寶月組(E2by2)礫巖)

鉆孔揭露的基巖屬下第三系寶月組(E2by2)礫巖。場(chǎng)地基巖按風(fēng)化程度有比較明顯的垂直分帶性。各風(fēng)化巖層的特征如下:

①全風(fēng)化礫巖:褐紅色，原巖結(jié)構(gòu)可辨，巖芯呈堅(jiān)硬土柱狀，局部碎石土狀，層厚約1.8 m。

②強(qiáng)風(fēng)化礫巖:褐紅色，淺灰白間紫紅色，原巖結(jié)構(gòu)可辨，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀;局部夾有中風(fēng)化巖碎塊，層厚0.5 m～3.8 m。

③中風(fēng)化礫巖:暗紅色、棕褐色，淺灰白間紫紅色，礫狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較硬，裂隙較發(fā)育，巖芯呈柱狀、塊狀;層厚0.5 m～4.1 m。

④微風(fēng)化礫巖層:棕褐色，淺灰白間紫紅色，礫狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，膠結(jié)較好，膠結(jié)物為泥質(zhì)、鈣質(zhì)，遇鹽酸有起泡現(xiàn)象，巖質(zhì)較硬，礫徑大小不等，不均勻，巖芯多呈柱狀，少量為塊狀，層厚5 m～10.1 m。局部夾有中風(fēng)化巖，呈透鏡體狀，層厚0.5 m～3.8 m。

1.2 水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)況

場(chǎng)地地下水位埋深0.4 m～3.5 m。地下水類(lèi)型主要有孔隙潛水和基巖裂隙水?？紫稘撍饕植荚诖稚?、細(xì)砂層中，基巖裂隙水主要分布在強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化層裂隙中，總體來(lái)說(shuō)場(chǎng)地地下水水量不大。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性。

1.3 各巖土層的巖土參數(shù)建議值

根據(jù)土工試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入的試驗(yàn)成果，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，將各巖土層的巖土參數(shù)建議值列于表1。本工程人工挖孔樁的樁頭離地面1.1 m～2.2 m，樁內(nèi)積水，樁基抽芯檢測(cè)后未用純水泥漿回灌封孔，各風(fēng)化礫巖及其殘積土具有遇水易軟化的特點(diǎn)，軟化后其 fak，qsa，qpa等均降低。

表1 各巖土層的巖土參數(shù)建議值

2 樁基計(jì)算

2.1 單樁豎向承載力計(jì)算

根據(jù)規(guī)范[2]，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值N應(yīng)符合:

其中，Ra為單樁豎向承載力特征值。

本工程經(jīng)過(guò)樁基抽芯檢測(cè)，樁端持力層均判斷為微風(fēng)化礫巖，符合設(shè)計(jì)要求，但其中有三根樁(樁號(hào)分別為29，33，64)樁端持力層巖芯試樣的飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值試壓結(jié)果，未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的20 MPa，不符合設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 MPa

根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，采用規(guī)范[2]計(jì)算嵌巖樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值:

其中，qsik為第i土層樁側(cè)的極限摩阻力;frk為樁端持力層端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;u為樁身外周長(zhǎng);li為第i層土的厚度;Ap為樁身截面面積。

采用表2中低值計(jì)算檢測(cè)樁的單樁豎向承載力，經(jīng)過(guò)計(jì)算:29號(hào)，33號(hào)，64號(hào)樁單樁豎向承載力不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2.2 樁基變形計(jì)算

樁基變形采用規(guī)范[5]的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)抽芯檢測(cè)報(bào)告，樁端不存在軟弱下臥層，經(jīng)計(jì)算最大的沉降量為s=s1+s2=3.7 mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3 樁基加固處理

根據(jù)基樁鉆孔抽芯檢測(cè)，樁端持力層均判斷為微風(fēng)化礫巖，且無(wú)軟弱夾層，符合設(shè)計(jì)要求，但少數(shù)樁端持力層巖芯試樣試壓結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求。含礫粗砂微風(fēng)化巖具有一定的裂隙發(fā)育，以及含礫粗砂巖顆粒分布的不均勻性等特點(diǎn)，由于樁基抽芯取樣時(shí)的偶然性和鉆孔抽芯的機(jī)械振動(dòng)，試樣泡水等因素，經(jīng)過(guò)多次組織相關(guān)專(zhuān)家論證，并綜合考慮上述因素，一直同意利用抽芯孔進(jìn)行壓力灌漿，即先在抽芯孔上段進(jìn)行埋管，采用靜壓灌漿法在孔內(nèi)注入純水泥漿，漿液在一定壓力驅(qū)動(dòng)下具有充填、壓密、滲透、擴(kuò)散而進(jìn)入風(fēng)化巖中的空隙和裂隙中，產(chǎn)生膠結(jié)作用形成結(jié)石體，改善風(fēng)化巖體的整體物理力學(xué)性質(zhì)，達(dá)到增強(qiáng)樁基持力層的強(qiáng)度的目的，由于含礫粗砂巖微風(fēng)化層具有一定的可灌性，可在樁端形成“擴(kuò)大頭”，增加樁端截面積。此外，流動(dòng)漿體在高壓力驅(qū)動(dòng)下擴(kuò)散滲透到樁側(cè)與巖(或土)的接觸面，提高樁側(cè)摩阻力。

對(duì)鉆孔抽芯發(fā)現(xiàn)巖芯試樣試壓結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求的樁，即29號(hào)，33號(hào)，69號(hào)樁，利用抽芯孔(樁徑1.2 m的樁2個(gè)孔;樁徑1.6 m的樁3個(gè)孔，孔徑101 mm)進(jìn)行壓力灌漿。

4 樁基加固效果

4.1 樁基加固后承載力檢測(cè)

根據(jù)上述壓力灌漿加固樁基的機(jī)制，樁基加固后提高樁端截面積Ap和樁端持力層端阻力特征值qpk，樁側(cè)的摩阻力特征值qsik也有一定的提高。為了檢測(cè)樁基壓力灌漿加固效果，本項(xiàng)目選取29號(hào)樁進(jìn)行豎向靜載荷實(shí)驗(yàn)，29號(hào)樁徑1.4 m(擴(kuò)大頭1.6 m)，根據(jù)靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，單樁承載力極限值能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.2 沉降觀(guān)測(cè)

在本工程影響區(qū)域以外埋設(shè)3個(gè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，在大樓的受力柱設(shè)置37個(gè)沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)。于2009年1月7日開(kāi)始觀(guān)測(cè)，建筑物每上一層觀(guān)測(cè)一次，2009年5月27日工程封頂，2009年10月16日開(kāi)始使用，觀(guān)測(cè)至沉降穩(wěn)定，最后一次觀(guān)測(cè)時(shí)間是2010年8月12日。工程封頂后沉降觀(guān)測(cè)超過(guò)一年，觀(guān)測(cè)結(jié)果沉降最大值為3.10 mm，沉降最小值為0.16 mm。建筑物的地基變形允許值滿(mǎn)足規(guī)范[3]要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)基樁鉆孔抽芯檢測(cè)，進(jìn)一步查明場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，為樁基計(jì)算提供各巖土層的巖土計(jì)算參數(shù)。含礫粗砂微風(fēng)化巖具有它自身的特點(diǎn):一定的裂隙發(fā)育，以及含礫粗砂巖顆粒分布的不均勻性等，由于樁基抽芯取樣時(shí)的偶然性和鉆孔抽芯的機(jī)械振動(dòng)，試樣飽和泡水等因素，極有可能判斷為微風(fēng)化巖而抽芯試樣試壓結(jié)果不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。樁基加固后經(jīng)過(guò)靜載實(shí)驗(yàn)，承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，沉降觀(guān)測(cè)結(jié)果符合規(guī)范要求，說(shuō)明樁基補(bǔ)強(qiáng)加固是有效的。

[1]伍四明.廣州市紅層風(fēng)化巖的某些特征及其巖土工程評(píng)價(jià)[A].區(qū)域性土的巖土工程問(wèn)題學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C].北京:原子能出版社，1996:207-208.

[2]JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].