鎮(zhèn)江某商務區(qū)大直徑泥質(zhì)軟巖嵌巖樁承載力研究

摘 要：在鎮(zhèn)江地區(qū)廣泛分布的泥巖是一種軟巖，按現(xiàn)行鉆探取樣方法取得的力學指標結(jié)果通常偏低。以該工程為例對泥質(zhì)軟巖嵌巖樁承載力的確定方法進行比較研究，提出以現(xiàn)場天然巖石抗壓強度作為入巖控制依據(jù)，采用預埋荷載裝置法進行大直徑端阻力載荷試驗結(jié)果作為承載力設(shè)計依據(jù)的建議。經(jīng)沉降檢測，現(xiàn)該主體建筑物已達穩(wěn)定標準。

關(guān)鍵詞：軟巖 嵌巖樁 承載力

中圖分類號：TU473.11 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）010-005-02

1 引言

某商務區(qū)位于鎮(zhèn)江南徐大道，由5幢21-23層的框剪結(jié)構(gòu)的高層建筑組成，建筑總面積約13萬m2。設(shè)計前進行詳細勘察，并有6根機械鉆孔樁的試樁靜載試驗確定承載力為設(shè)計提供依據(jù)。設(shè)計共布樁1007根，其中機械鉆孔樁841根，樁徑800mm，單樁豎向承載力特征值4700kN；另有主樓柱下設(shè)人工挖孔樁166根，樁徑800mm至1600mm，其樁端擴大尺寸為1800mm至3800mm，單樁豎向承載力特征值9400kN至34000kN。持力層均為泥巖中風化帶。

2 工程地質(zhì)勘察情況

2.1 據(jù)地質(zhì)報告該工程場地較平整

場地地貌場屬階地內(nèi)賦古沖溝，主要由填土、第四系新近沉積粘性土、一般粉質(zhì)粘土、下蜀組粉質(zhì)粘土組成，下伏志留下統(tǒng)高家邊組泥巖風化帶。根據(jù)鉆探共分五大層，土的物理及地基土強度指標如表1。

2.2 巖石單軸抗壓強度試驗

⑤-1泥巖強風化帶有樣本6個，飽和抗壓強度0.69-3.04 MPa，平均值1.72 Mpa，標準值0.85Mpa。⑤-2泥巖中風化帶有樣本4個，飽和抗壓強度0.92-9.52 MPa，平均值2.27 Mpa，標準值0.88Mpa。

2.3 持力層樁端阻設(shè)計參數(shù)

據(jù)地質(zhì)勘察報告：⑤-1泥巖中風化帶機械鉆孔樁極限端阻力標準值為2000Kpa；⑤-2泥巖中風化帶機械鉆孔樁極限端阻力標準值為7200KPa，人工挖孔樁極限端阻力標準值為5200KPa。

3 機械鉆孔試樁靜載試驗情況

試驗采用單樁豎向抗壓試驗慢速維持荷載法進行了6根試樁的靜載試驗，持力層為⑤-2泥巖中風化帶的3根樁埋設(shè)了傳感器進行了樁身內(nèi)力測試。加載反力采用為壓重平臺反力裝置。各儀表均在檢定有效期內(nèi)。機械鉆孔樁靜載試驗結(jié)果匯總表如表2。

4 人工挖孔樁進入持力層的確定

建設(shè)及設(shè)計單位考慮現(xiàn)場施工條件后采用了人工挖孔樁作為建筑物的基礎(chǔ)。在工程施工階段，人工挖孔樁在確定⑤-1泥巖強風化帶和⑤-2泥巖中風化帶時根據(jù)現(xiàn)場挖出的巖樣很難劃分。經(jīng)討論并結(jié)合天然濕度的正方體抗壓強度試驗，勘察單位依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）2009版，泥巖和半成巖可不進行風化程度劃分的規(guī)定，將⑤-1泥巖強風化帶和⑤-2泥巖中風化合并為⑤泥巖風化帶，其人工挖孔樁極限端阻力標準值為4500KPa。各有關(guān)方以現(xiàn)場方便置樣的天然濕度的正方體抗壓強度值作為控制手段，以正方體抗壓強度值大于4500 KPa的深度作為人工挖孔樁的擴大的起始控制點進行施工，2.0m后如泥巖完整時終孔并采用干硬混凝土封底。人工挖孔樁共進行了221組施工控制檢測達4500KPa要求的有159組。終孔深度標高較原⑤-2泥巖中風化帶上升了5.0m-10.0m。為確保工程質(zhì)量，在前期施工的4根樁中采用了預埋荷載裝置法進行大直徑端阻力載荷試驗，最大加載值達6234KPa時均未破壞，可取最大加載值的作為端阻力極限值。各點的檢測結(jié)果均達到設(shè)計的人工挖孔樁極限端阻力標準值為5400KPa的要求。

5 驗收試驗靜載及沉降檢測數(shù)據(jù)

工程驗收進行的機械鉆孔樁和人工挖孔樁的靜載試驗結(jié)果均達到設(shè)計要求。最高的23層建筑在主體封頂后12個月時，最大累計下沉量為18.15mm，最小累計下沉量為15.43mm，平均值為16.48mm，沉降速率小于0.01mm/d，已達到穩(wěn)定標準。

6 幾個問題的討論

（1）根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）（以下簡稱規(guī)范）第5.3.9，樁端置于完整、較完整基巖的嵌巖樁單樁豎向極限承載力，由樁周土總極限側(cè)阻力和嵌巖段總極限阻力組成。當根據(jù)巖土單軸抗壓強度確定單樁單樁豎向極限承載力標準值時，可按下列公式計算：

式中：Qsk、Qrk分別為土的總極限側(cè)阻力標準值、嵌巖段總極限阻力標準值；qsik為i層土的極限側(cè)阻力。frk為巖土飽和單軸抗壓強度標準值，黏土巖取天然濕度單軸抗壓強度標準值； r樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)與嵌巖深徑比hr/d巖石軟硬程度和成樁工藝有關(guān)，可按表5.3.9采用；對干作業(yè)成孔（清底干凈）和泥漿護壁成孔后注漿，應取表列數(shù)值的1.2倍。

（2）軟巖巖樣的取樣方法。黏土巖規(guī)范要求取天然濕度巖樣。對于下伏的基巖風化帶巖樣一般采用回轉(zhuǎn)取芯鉆進法獲得。由于泥質(zhì)軟巖遇水軟化，加之在取芯鉆進中加載卸載，以及在現(xiàn)場保存運輸過程中的暴露的情況下會順著內(nèi)部裂隙風化，崩解，室內(nèi)獲得的巖樣的無側(cè)限單軸抗壓強度與實際情況下的成分結(jié)構(gòu)無破壞時候的三向應力狀態(tài)下的抗壓強度相比會大大降低。本工程巖樣飽和抗壓強度（深部，原的⑤-2泥巖中風化帶）在0.92Mpa-9.52 Mpa之間，平均值frc為2.27MPa。施工控制的天然抗壓正方體強度在4.5MPa～19.3MPa之間，其平均值f為9.5MPa。

（3）天然濕度抗壓強度與飽和抗壓強度的對比。本工程巖樣飽和抗壓強度（深部，原的⑤-2泥巖中風化帶）在0.92Mpa-9.52 Mpa之間，平均值frc為2.27MPa。施工控制的天然抗壓正方體強度在4.5MPa～19.3MPa之間，其平均值f為9.5MPa。由于巖石試件的尺寸效應，根據(jù)文獻[2]對于軟巖來講高徑比為2：1與高徑比為1：1的強度比值為0.71-0.84；修正后的天然抗壓正方體強度為在3.2MPa～16.2MPa之間，其平均值f為7.36MPa。frc/f=0.288-0.588，飽和抗壓強度平均值僅為天然濕度抗壓強度平均值的0.308。嚴格講巖石三軸抗壓強度較單軸抗壓強度更科學。根據(jù)文獻[3]巖石強度與所處的應力狀態(tài)有如下：

（4）嵌巖深度。本工程通過3根機械鉆孔樁樁身內(nèi)力測試表明1-A1#和1-A3#樁均進泥巖風化帶約10d時，當至最大加載值10000kN時，測得的端阻分別為總阻力的2.80%和36.3%；1-A2#樁均進泥巖風化帶約8d時，端阻為為總阻力的20.8%。同樣進入持力層10的，1-A1#和1-A3#樁端阻發(fā)揮相差10倍以上，1-A1#樁測得的端阻的僅為1-A3#樁的7.71%。這可能與1-A1#樁稍長以及巖石性質(zhì)差異有關(guān)，但另一方面應與進入持力層的起始點的人為判別有關(guān)，本工程嵌巖深度與端阻的發(fā)揮非定值，以后應進一步研究。

7 結(jié)論

（1）泥質(zhì)軟巖巖樣的室內(nèi)飽和無側(cè)限單軸抗壓強度應反映在該施工工藝所反映巖石的真實狀態(tài)。在干作業(yè)人工挖孔樁施工時采用用方便現(xiàn)場置樣的天然濕度立方體抗壓強度是可行的，較飽和單軸抗壓強度更為準確反映人工挖孔樁工藝情況。天然濕度立方體抗壓強度與巖石三軸抗壓強度的實際數(shù)值關(guān)系以后須進一步研究。

（2）干作業(yè)人工挖孔樁用泥質(zhì)軟巖巖樣的天然濕度抗壓強度控制入巖深度，以預埋荷載裝置法進行大直徑端阻力載荷試驗結(jié)果作為承載力設(shè)計依據(jù)的方法，經(jīng)該工程實踐取得較好的效果。

（3）預埋荷載裝置法大直徑端阻力載荷試驗在加載至預計最大加載值時未出現(xiàn)破壞，今后應采取加大載荷等措施加載至極限，以期充分挖掘泥質(zhì)軟巖的潛力，達到安全適用、技術(shù)先進，經(jīng)濟合理的目的。

參考文獻：

[1] JGJ94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 呂軍.廣州地區(qū)軟巖承載力的討論[J].巖土工程技術(shù)，2002（1）：4-7.

[3] 高磊.礦山巖石力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.