聯(lián)合檢測(cè)法控制樁基質(zhì)量的技術(shù)應(yīng)用

劉萬(wàn)鋒 楊永東 郭建博(隴東學(xué)院土木工程學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745000)

1 工程概況

慶陽(yáng)市某經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)辦公樓工程為六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑面積10150m2，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土預(yù)制樁和鋼筋混凝土承臺(tái)梁聯(lián)合體。預(yù)制樁截面尺寸為300 m m×300 m m，樁長(zhǎng)6 m，共628根。

1.1 地質(zhì)特征

1)填土層：以褐色輕亞黏土為主，夾小卵石、磚塊、碎屑、垃圾土等，厚度變化于0.5-1.2之間，稍濕。

2)輕亞黏土：褐黃色，具有蟲(chóng)孔孔隙，以黏土為主，含少量黏土團(tuán)粒，2.0以下含水量增大，手捏可成團(tuán)。硬塑一可塑一軟塑，稍密一中密，稍濕一濕一飽和，厚度變化于2.15—3.10 m。

3)圓礫：雜色、料徑小于2cm，以1cm 居多，含少量輕亞黏土和粉細(xì)砂，鉆進(jìn)容易。松散一稍密，含水。厚度變化于0.3-1.2 m。承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk≤200kPa。

4)砂卵石：雜色，卵石、磨圓度較好，球度較差，以結(jié)晶巖為主，隨深度增加，卵石粒徑變大，粒徑2-5cm的占50%，5-10cm的約占15-20%，個(gè)別達(dá)15cm，為各類(lèi)砂充填，鉆進(jìn)困難，稍密一中密，含水，厚度變化于3.9-4.5 m，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk≤450kPa。

5)砂巖：磚紅一橘紅色，以長(zhǎng)石、石英石為主，泥質(zhì)膠結(jié)、堅(jiān)硬、沖擊鉆進(jìn)困難，在空氣中遇水強(qiáng)烈風(fēng)化，承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk≤450kPa。

1.2 勘察結(jié)論

1)施工區(qū)域地貌單一，地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，卵石層頂層板埋深3.5—4.5m，厚度3.9—4.5 m，起伏不大，層位穩(wěn)定。

2)場(chǎng)內(nèi)地下水埋深2.5—2.8m，該水對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性。

根據(jù)以上地質(zhì)勘察資料綜合考慮，決定將該樁設(shè)計(jì)為端承樁，持力層為砂卵石層，單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R=280kN。

2 確定單樁豎向承載力

正確確定樁基豎向承載力是關(guān)系到樁基設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)的前提和關(guān)鍵。目前在國(guó)內(nèi)外，確定樁基豎向承載力的方法主要有：1)靜載荷試驗(yàn)法；2)高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法；3)打樁公式法(動(dòng)荷載試驗(yàn)法)；4)經(jīng)驗(yàn)公式法(按土的物理性質(zhì)指標(biāo)查表)；5)理論公式法(根據(jù)土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按不同計(jì)算圖示估算法)[1]；6)參照本地區(qū)使用類(lèi)似樁基實(shí)驗(yàn)估定法。但是，靜載荷實(shí)驗(yàn)法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)料；打樁公式法確定承載力有一定的離散性；經(jīng)驗(yàn)公式法雖被有關(guān)規(guī)范、規(guī)程廣泛采用，但它們是建立在大量靜載荷試驗(yàn)資料分析的基礎(chǔ)上；而高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法確定單樁豎向承載力，經(jīng)大量靜動(dòng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其可靠性。所以本工程單樁豎向承載力采用了高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法，即實(shí)測(cè)力的波動(dòng)方程法。

2.1 用“經(jīng)驗(yàn)公式法”估算單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)得知，該工程為二級(jí)建筑，樁為端承樁，則有：Rk=qp×Ap

式中：

Rk—單樁的豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值；

qp—樁端土的豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定；

Ap—樁身的橫截面面積；

已知Ap=0.09m2，取預(yù)制樁樁端砂卵石承載力標(biāo)準(zhǔn)值 qp=3500KPa；則 有 Rk＝ qp·Ap＝ 3500×0.09＝315(KN)根據(jù)GB50007-2011附錄Q規(guī)定：Rk=Quk/2，即單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk/2=2QRK，則估算QRK=2QRK=2×315=630(KN)；根據(jù) GJG94－ 2008的公式R＝QRK/rsp；查表取rsp＝1.65，估算R＝QRK/rsp＝630/1.65＝ 382(KN)。

2.2 用打樁公式法試算單樁豎向容許承載力[2]

采用weisback公式：

式中：Ra—單樁豎向容許承載力；

AP—樁的實(shí)際截面面積；

E—樁的彈性模量；

WH—打樁機(jī)的錘重力；

H—樁錘落下高度；

L—樁長(zhǎng)；

已知選用D18筒式柴油打村機(jī)打樁，錘重力WH＝18KN，樁錘落下高度H＝0.08m，樁的彈性模量E＝2.1×107kpa，樁的實(shí)際截面面積Ap＝0.09m2，樁長(zhǎng)L＝6m，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取貫入度S＝0.004m，使用Weisback公式(打樁公式)，求單樁豎向容許承載力Ra：

根據(jù)GB50007-2011附錄Q規(guī)定，試算該工程樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為：QUK＝2Ra＝2×301＝602(KN)，而試算R＝QUK/rsp＝602/1.65＝365(KN)。

2.3 高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法確定單樁豎向承載力和最終貫入度

1)檢測(cè)樁是試驗(yàn)樁，也是工程樁，隨機(jī)指定3根(即216號(hào)、135號(hào)和19號(hào))。

2)檢測(cè)的試驗(yàn)樁施打采用D18式柴油錘，錘心重量18KN，錘墊為200mm厚硬木，樁墊為50mm厚草袋墊。

3)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，通過(guò)分析計(jì)算，得出試驗(yàn)各樁豎向極限承載力值和標(biāo)準(zhǔn)值(見(jiàn)表1)。

表1 試驗(yàn)各樁豎向極限承載力值和標(biāo)準(zhǔn)值

利用插入法推算最終貫入度為38mm/10擊的單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值QUK＝777KN，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值RK＝314KN。

4)表1所列單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值(RK)是將極限值扣除濕陷性土層的樁周負(fù)摩阻力后除以安全系數(shù)2.0后取值。

表2 估算值、試算值與檢測(cè)結(jié)果

5)檢測(cè)結(jié)論

(1)本樁基的單樁豎向承載力，從實(shí)測(cè)資料分析，并根據(jù)現(xiàn)有的施工場(chǎng)地條件，結(jié)合考慮施工中的不均勻性，當(dāng)施工最終貫入度控制在≤40mm/10擊時(shí)，單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值RK可滿足單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R＝280KN的要求。(即根據(jù)GB50007-2011公式R＝1.2Rk＝1.2×314 ＝ 377KN，377KN ＞ 280KN)。

(2)本樁基施工中，最終貫入度的控制是一項(xiàng)主要的指標(biāo)，一定要保證其測(cè)量的準(zhǔn)備。

6)根據(jù)表1計(jì)算，試驗(yàn)檢測(cè)所得扣除濕陷性土層對(duì)樁的負(fù)摩阻力后的單樁豎向極限取載力標(biāo)準(zhǔn)值為：216號(hào)樁—808KN；135號(hào)樁—958KN；19號(hào)樁—716KN，推算樁—628KN，則有R406＝808/1.65＝409KN；R254＝ 958/1.65＝ 581KN；R48＝ 716/1.65＝434KN；R推＝628/1.65＝381KN。

表3 控制打樁數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.4 估算值、試算值與檢測(cè)結(jié)果的比較

利用經(jīng)驗(yàn)公式法[3]，打樁公式法和高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法得出的估算值、試算值與檢測(cè)結(jié)果比較見(jiàn)表2。

由表2可以看出，估算、試算和檢測(cè)所得單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值均滿足設(shè)計(jì)要求的單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值。

3 用最終貫入度控制打樁質(zhì)量

由于估算、試算和檢測(cè)所得單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值均滿足設(shè)計(jì)要求的單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值，所以確定用打樁最終貫入度為主，控制打樁質(zhì)量。

用最終貫入度(最后10擊)控制打樁數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)說(shuō)明：

1)504根樁的打樁最終貫入度全部滿足10s≤40mm試樁檢測(cè)結(jié)論。

2)由于504根樁的10s≤40mm，可以推斷504根樁的單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值全部滿足單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值R＝280KN。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)用經(jīng)驗(yàn)公式法估算鋼筋混凝土預(yù)制樁單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值、豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和豎向承載力設(shè)計(jì)值；通過(guò)打樁公式法試算單樁豎向容許承載力值、豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值、豎向承載力設(shè)計(jì)值和打樁經(jīng)驗(yàn)貫入度；通過(guò)高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法檢測(cè)單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值、單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值、換算豎向承載力設(shè)計(jì)值和最終貫入度，經(jīng)過(guò)三種確定單樁豎向承載力和打樁貫入度方法相結(jié)合，三種單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值均滿足了設(shè)計(jì)者給定單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值280KN的要求。從而確定用打樁最終貫入度s≤40mm控制打樁質(zhì)量，使樁基施工質(zhì)量驗(yàn)收合格。

[1]汪正榮，朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè) [M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[2]建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ94-2008)[S].北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995.

[3]徐偉，蘇宏陽(yáng).建筑工程分部分項(xiàng)施工手冊(cè)[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2000.