復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的樁基持力層事故分析及處理

深圳市建工集團(tuán)股份有限公司 深圳 518048

1 工程概況

我公司承建的某項目位于素有深圳“地質(zhì)博物館”之稱的龍崗區(qū)[1]，龍崗區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而本工程樁基數(shù)量較多，樁型較多，樁徑1 000～1 800 mm，單樁豎向承載力特征值為1 500～9 900 kN。樁基工程設(shè)計施工前，業(yè)主單位委托了地質(zhì)勘探單位進(jìn)行了一樁一鉆的超前鉆探。盡管如此，最終樁基施工完成后在檢測階段，還是出現(xiàn)了問題，經(jīng)分析，導(dǎo)致出現(xiàn)問題的因素與樁基持力層有關(guān)。

1.1 承建項目所在區(qū)域工程地質(zhì)條件簡述

據(jù)詳勘及超前鉆資料，該場地巖土層主要呈現(xiàn)眾多成因 （石炭系沉積巖3 種巖性及7 個風(fēng)化層帶）。土層分布為：①人工填土，②粉質(zhì)黏土，③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，④粉砂，⑤含碎石粉質(zhì)黏土，⑥含角礫粉質(zhì)黏土，⑦粉質(zhì)黏土，⑧全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，⑨強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，⑩中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，全風(fēng)化炭質(zhì)泥（頁）巖，強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥（頁）巖，微風(fēng)化灰?guī)r。

1.2 樁基檢測階段發(fā)現(xiàn)問題

在樁基施工過程中，沖孔樁樁機(jī)施工沖進(jìn)速度正常，樁底入設(shè)計持力層后進(jìn)尺緩慢，正循環(huán)返渣芯樣與超前鉆資料吻合，未發(fā)現(xiàn)明顯異常情況。

在樁基檢測階段鉆孔抽芯檢測中，樁身完整性、沉渣厚度、混凝土密實(shí)度及強(qiáng)度均未存在任何問題，但樁底持力層卻發(fā)現(xiàn)了疑問：部分端承樁樁底持力層不符合設(shè)計基巖的要求。且隨著抽檢范圍擴(kuò)大，不斷發(fā)現(xiàn)類似情況。此時場內(nèi)樁基均已施打完成，如果承載力出現(xiàn)問題，后果不堪設(shè)想。持力層發(fā)現(xiàn)的疑問以其中2 根樁為例：301#樁設(shè)計前期所做超前鉆探，結(jié)果顯示自基巖面高程開始依次入微風(fēng)化灰?guī)r4.8 m，微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖2 m終孔；施工過程階段，該樁入巖后沖擊進(jìn)尺情況與設(shè)計持力層（微風(fēng)化）相符合，所撈取巖樣新鮮，經(jīng)鑒別判定為微風(fēng)化灰?guī)r無誤；檢測階段抽芯顯示，樁底僅0.2 m為微風(fēng)化灰?guī)r，以下為黏性土夾塊石，初步判斷為充填性溶洞。268#樁設(shè)計前期所做超前鉆探結(jié)果顯示，自基巖面高程開始入微風(fēng)化灰?guī)r至終孔；抽芯鉆孔一顯示樁底以下部分為黏性土夾碎石，揭露有2 個強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾層，其下入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，初步判斷為充填性溶洞；抽芯鉆孔二顯示樁底為微風(fēng)化夾中風(fēng)化灰?guī)r（部分碎塊狀）；兩孔相距僅40 cm，樁底地質(zhì)情況截然不同。

2 持力層問題解決過程[2,3]

2.1 原因及地質(zhì)情況分析

2.1.1 檢測樁底持力層與設(shè)計有差異的原因分析

樁基檢測的部分樁底持力層與設(shè)計持力層不符，未達(dá)到設(shè)計要求的中風(fēng)化或微風(fēng)化巖，其根本原因是項目所在區(qū)域的復(fù)雜地質(zhì)實(shí)際情況：

據(jù)地質(zhì)資料，場地巖土層主要呈現(xiàn)眾多成因 （石炭系沉積巖3 種巖性及7 個風(fēng)化層帶），分布不均，巖面起伏大，厚度變化大，軟硬互層、夾層及局部地段巖溶發(fā)育，場地地質(zhì)條件復(fù)雜。地層變化大、地質(zhì)情況復(fù)雜的根本原因是本區(qū)地層成因，屬于“海-陸交互相砂泥質(zhì)碎屑巖建造”。該區(qū)地質(zhì)屬于“上古生界石炭系、下石炭統(tǒng)、大塘階測水組的下段”；該下段巖性為“灰、深灰色砂泥質(zhì)頁巖、粉砂巖夾炭質(zhì)粉砂巖含礫砂巖……靠近底部夾灰?guī)r透鏡體”?！皺M崗大運(yùn)會場址發(fā)現(xiàn)本層與下伏地層石磴子組（其巖性主要為白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，厚層狀灰?guī)r夾薄層狀灰質(zhì)白云巖）為假整合接觸”[1]。

2.1.2 場地巖性地質(zhì)評估

場地所見到的泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)泥巖可能屬陸相沉積巖，而灰?guī)r可能屬淺海相沉積巖。由于是海陸相交互沉積，其變化復(fù)雜、相互交錯，屬于正常沉積，不是斷層構(gòu)造所致。由于灰?guī)r薄含砂質(zhì)多、質(zhì)不純，呈透鏡狀分布，與下伏厚層、質(zhì)純白云質(zhì)灰?guī)r、大理巖相比，巖溶相對不發(fā)育。樁底為空洞巖溶的可能性不大。

2.1.3 分析與結(jié)論

持力層不符的每根樁，分析過程資料及監(jiān)理在監(jiān)督樁基施工過程中，未見掉樁錘、泥漿面下降等異?，F(xiàn)象，且終孔時進(jìn)尺正常。對比超前鉆資料、抽芯資料以及補(bǔ)充勘察資料可發(fā)現(xiàn)：超前鉆鉆孔與抽芯鉆孔、補(bǔ)充超前鉆孔與抽芯鉆孔，甚至一樁兩孔的抽芯鉆孔之間存在較大變化。在抽芯檢測過程中，確實(shí)出現(xiàn)一樁兩孔（間隔400 mm）芯樣相差懸殊的情況。

綜上所述，出現(xiàn)檢測樁基持力層與樁基設(shè)計不符的主要原因?yàn)椋旱刭|(zhì)巖面起伏大，軟硬互層、夾層及局部地段巖溶發(fā)育，同一樁底持力層巖性不一致，僅一樁一鉆的超前鉆探結(jié)果與抽檢的樁底持力層必然會出現(xiàn)差異。

2.2 承載力復(fù)核

出現(xiàn)這種情況，該場地的樁基承載能力已無法百分之百保證。為保證樁基承載力滿足設(shè)計要求，找出地質(zhì)原因后，還需進(jìn)行設(shè)計承載力復(fù)核。因摩擦樁樁長側(cè)阻力可滿足承載力要求，僅對場內(nèi)全部端承樁（樁底坐落于基巖上，設(shè)計時忽略側(cè)阻力）進(jìn)行承載力復(fù)核。

2.2.1 復(fù)核全部端承樁摩阻力

對于場內(nèi)全部端承樁按實(shí)際樁長復(fù)核摩阻力。雖地質(zhì)情況極為復(fù)雜，慶幸的是，地下巖層埋深較深，短樁較少，自身樁長所提供的摩阻力已基本可滿足承載力要求。經(jīng)設(shè)計復(fù)核，結(jié)果70%以上樁僅考慮摩阻力已可滿足承載力要求。對于摩阻力不滿足承載力部分的樁，考慮按照摩擦端承樁復(fù)核。

2.2.2 持力層端阻力特征值折減

既然發(fā)現(xiàn)持力層已非正常連續(xù)基巖狀態(tài)，其所能提供端阻力特征值也不能再按正常取值進(jìn)行復(fù)核。按廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DBJ15-13—2003）等有關(guān)規(guī)定，結(jié)合詳勘報告、超前鉆以及抽芯資料，對樁基持力層端阻力特征值qpa進(jìn)行折減取值。

端阻力特征值Rpa=C1frpAp，式中C1取0.3，折減系數(shù)取0.8，對樁端裂隙發(fā)育的微風(fēng)化灰?guī)r和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖單軸抗壓強(qiáng)度分別取20 MPa和15 MPa，故對樁端持力層承載力折減取值如下：裂隙發(fā)育的微風(fēng)化灰?guī)rRpa=4 800Ap，取qpa為4 800 kPa；中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖Rpa=3 600 Ap，取qpa為3 000～3 600 kPa；強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（炭質(zhì)泥巖）取qpa為1 200～2 000 kPa。

2.2.3 摩擦端承樁復(fù)核

對于摩阻力無法滿足承載力的端承樁，按照摩擦端承樁復(fù)核。持力層承載力特征值以折減后承載力取值。

經(jīng)復(fù)核，絕大部分樁基承載力計算值均超過承載力設(shè)計值。即絕大部分樁基可滿足承載力要求。僅有極少數(shù)樁基無法通過復(fù)核。那么，如何保證理論的折減取值及理論復(fù)核計算的可靠性？

2.2.4 靜載試驗(yàn)

雖絕大多數(shù)樁基已通過復(fù)核驗(yàn)算，但畢竟是理論取值，折減取值亦缺乏足夠的實(shí)踐支撐。為進(jìn)一步驗(yàn)證折減取值及復(fù)核驗(yàn)算的可靠性，選取復(fù)核中最不利的部分樁（計算值與設(shè)計值較為接近）進(jìn)行靜載試驗(yàn)，以試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其理論復(fù)核結(jié)果的可靠性。

樁基靜載試驗(yàn)，它是通過在試驗(yàn)樁的樁頂逐漸增加持續(xù)的荷載，一般采用混凝土塊壓重平臺反力裝置，加載系統(tǒng)是由精密油壓表和千斤頂組成的，采用慢速維持荷載法，就是每級加載為預(yù)定試驗(yàn)荷載最大值（承載力特征值的1.5～2 倍）的十分之一，分級加載。然后記錄荷載、位移與時間的關(guān)系，最后分析相關(guān)數(shù)據(jù)確定單樁承載能力的一種方法。

為充分保證折減取值和復(fù)核驗(yàn)算的準(zhǔn)確性及可靠性，選取最不利的2 根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，預(yù)定試驗(yàn)荷載最大值取承載力特征值的2 倍，即17 600 kN。試驗(yàn)結(jié)果，樁基承載力滿足設(shè)計要求。這就說明，折減取值與復(fù)核驗(yàn)算的結(jié)果是可靠的。

2.3 對于無法通過驗(yàn)算的樁基的處理

驗(yàn)算無法通過，證明承載力達(dá)不到設(shè)計要求。此時不建議采用靜載試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，需討論方案進(jìn)行處理。這種情況，一般可采用加樁補(bǔ)強(qiáng)法、樁底注漿補(bǔ)強(qiáng)法，或原樁位重新成孔加長樁長法等進(jìn)行承載力補(bǔ)強(qiáng)處理。

2.4 案例中最終處理方案

關(guān)于該項目中復(fù)核無法通過的極少數(shù)樁，經(jīng)過方案比對，對工期、經(jīng)濟(jì)投入等各方面綜合考慮，最終決定采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁以錘擊施工法進(jìn)行加樁補(bǔ)強(qiáng)處理，利用管樁所能提供承載力，加大承臺面積，與原樁共同起承載作用。

管樁類型為摩擦端承樁，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖，端阻力特征值qpa=3 500 kPa。采用AB型500 mm×125 mm管樁，單樁承載力特征值要求達(dá)到1 500 kN。強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖遇水易軟化，要求樁施打完畢后立即往管內(nèi)填灌C30細(xì)石混凝土，灌注高度不少于1.5 m。

補(bǔ)樁完成后，仍需驗(yàn)證其承載力。待管內(nèi)混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后，依然采用靜載試驗(yàn)方法，取2 倍承載力的試驗(yàn)荷載，對補(bǔ)強(qiáng)后的“群樁組合”進(jìn)行荷載試驗(yàn)。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，結(jié)果滿足設(shè)計承載力要求。至此，該項目因樁基礎(chǔ)持力層問題可能導(dǎo)致的質(zhì)量隱患已全部排除，該問題成功得到解決。

3 復(fù)雜地質(zhì)中進(jìn)行工程勘察、設(shè)計的建議

3.1 復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的地質(zhì)勘探

在地質(zhì)情況較為復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行建設(shè)，設(shè)計前的地質(zhì)勘查階段是尤為重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是巖溶發(fā)育地區(qū)是地質(zhì)勘探相對困難的一種地質(zhì)結(jié)構(gòu)。巖層分布不均，巖面起伏大，厚度變化大，軟硬互層、夾層及局部地段巖溶發(fā)育，巖層會有裂隙或斷層，勘探時較難探到連續(xù)發(fā)育的巖層，一般布孔分散的地質(zhì)勘探較難反映真實(shí)巖層情況，就會容易導(dǎo)致施工過程對持力層的誤判。如在此類地區(qū)設(shè)計有樁基礎(chǔ)，堅決不能因?yàn)榭紤]經(jīng)濟(jì)原因而省略勘探環(huán)節(jié)、偷工減料甚至弄虛作假。在施工前期，需加密加深超前鉆探范圍，同一個樁位，設(shè)2～3 個超前鉆孔，且深度必須達(dá)到要求，以掌握詳盡的地質(zhì)情況，這是相當(dāng)必要的。仔細(xì)進(jìn)行地質(zhì)勘探，真實(shí)詳盡地記錄勘察報告，是復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行工程建設(shè)的基本保證。

3.2 復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的應(yīng)對措施

擬建工程項目如在復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)，當(dāng)確有軟硬互層、夾層及局部地段巖溶發(fā)育、溶蝕等現(xiàn)象存在時，在工程設(shè)計階段盡可能不要采用單柱單樁設(shè)計，可以根據(jù)工程的實(shí)際情況通過縮小樁徑并選擇淺層風(fēng)化巖石作為持力層和擴(kuò)大承臺面積降低單樁承載力來應(yīng)對建筑困難。

4 復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中樁基施工[4-7]

4.1 施工過程把握

沖孔灌注樁（巖溶地區(qū)成樁常規(guī)采用沖擊成孔施工工藝）在沖孔的過程中，泥漿機(jī)和單臺樁機(jī)要一一對應(yīng)，不能夠2 臺或多臺樁機(jī)共用一個泥漿池，以避免誤判。要及時清理泥漿溝和泥漿池，對于施工過程中出現(xiàn)的碴樣，需要從孔底或溢漿口撈取，以保證施工質(zhì)量。

4.2 持力層巖性判定

巖屑的新鮮程度可以反映出是否達(dá)到了中（微）風(fēng)化巖面。如果施工過程中鉆孔得到的巖樣表現(xiàn)不新鮮、風(fēng)化程度高，就可能是塊狀強(qiáng)風(fēng)化或是砂卵石層中的卵石被沖了下來，此時需要置換樁孔中的泥漿，重新沖擊后再取樣判定；如果得到的巖屑比較新鮮， 巖屑呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，那么就是真正的中（微）風(fēng)化基巖。在判定出中風(fēng)化巖面界定后，繼續(xù)沖擊直到滿足設(shè)計要求。

終孔時，對持力層巖性的判定要果斷但必須謹(jǐn)慎，遇特別復(fù)雜地質(zhì)，驗(yàn)孔建議通知地質(zhì)勘探專業(yè)人員到場檢驗(yàn)巖樣進(jìn)行判定。判定巖樣要根據(jù)科學(xué)的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)來保證復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中持力層判定準(zhǔn)確度，以保證樁基的工程質(zhì)量。而沖孔樁驗(yàn)樁也是一項過程繁瑣的工作，尤其對于較多數(shù)量的樁時， 要做到判斷準(zhǔn)確、減少漏判誤判是難度較大的，這更需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，無論樁數(shù)量再多，對待每一根樁基都必須做到工程質(zhì)量滿足設(shè)計使用要求。

5 復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中樁基承載力檢測與判斷

5.1 樁基承載力的檢測

樁基承載力的檢測方法主要有靜載法、高應(yīng)變動測法、取芯法和超聲波法等。一般最常用及可靠的為文中提及的樁基靜載試驗(yàn)，如能通過靜載試驗(yàn)，該樁基的承載能力是可以保證的。

5.2 持力層有疑問時應(yīng)采取的措施

對于樁基礎(chǔ)，需嚴(yán)格按照相關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行檢測工作。特別是復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)地區(qū)的樁基礎(chǔ)，更需對承載力進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)檢測及復(fù)核驗(yàn)算。如持力層未能達(dá)到設(shè)計要求且復(fù)核不滿足要求時則需要重新采取承載力補(bǔ)強(qiáng)措施。一般可采用加樁補(bǔ)強(qiáng)法、樁底注漿補(bǔ)強(qiáng)法，或原樁位重新成孔法，加深樁長，保證樁底坐落于連續(xù)基巖面上。

6 結(jié)語

在復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中建造建筑物，樁基持力層的判定以及承載力計算是十分重要的。地質(zhì)復(fù)雜多變的地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，需進(jìn)行詳盡的超前鉆探取得較全面準(zhǔn)確的地質(zhì)資料才能為設(shè)計施工提供有效依據(jù)。本文工程中遇到的實(shí)際問題和處理經(jīng)驗(yàn)，可供同行研究人員借鑒。