深圳地區(qū)花崗巖地層鉆(沖、旋挖)孔灌注樁側(cè)摩阻力參數(shù)的取值探討

張欣海

(深圳市勘察研究院有限公司，廣東 深圳 518026)

1 前 言

樁的側(cè)摩阻力和端阻力是樁基設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要巖土參數(shù)。國(guó)家規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011、廣東省規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DBJ 15-31-2016、深圳市規(guī)范《地基基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)規(guī)范》SJG01-2010對(duì)于樁基的設(shè)計(jì)計(jì)算公式相同，只是樁的側(cè)摩阻力和端阻力經(jīng)驗(yàn)值不同而已。

在深圳地區(qū)由于花崗巖分布面積廣、殘積土和風(fēng)化層厚，大多摩擦端承樁以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層作為樁端持力層。廣東省規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DBJ 15-31-2016規(guī)定花崗巖地層中的泥漿護(hù)壁鉆(沖、旋挖)孔灌注樁側(cè)摩阻力按軟塑黏性土(0.75

2 典型工程實(shí)例分析

在深圳后海、前海地區(qū)為填海造地地區(qū)，場(chǎng)地基巖為花崗巖地層，殘積土及風(fēng)化層厚，工程樁大多采用摩擦端承樁，樁型為鉆(沖、旋挖)孔灌注樁。

2.1 實(shí)例1

深圳南山科技園某22層科技研發(fā)樓高度為 99.05 m，工程設(shè)計(jì)采用旋挖灌注樁，樁徑 1.0 m，樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了3根樁的靜載試驗(yàn)?？辈靾?bào)告提供的有關(guān)巖土參數(shù)及地層分布如表1所示。

設(shè)計(jì)要求的承載力、按照規(guī)范計(jì)算和實(shí)際檢測(cè)的3根樁的單樁承載力如表2所示。

注：表中側(cè)摩阻力()中數(shù)據(jù)為按廣東省規(guī)范DBJ15-31-2016表10.2.3-1備注5說(shuō)明的取值，下同。

實(shí)例1樁的承載力情況 表2

注：規(guī)范DBJ15-31-2016計(jì)算單樁承載力為：Ra=u∑qsiali+qpaAp，下同。

由表2可以看出：

(1)設(shè)計(jì)值應(yīng)該是按花崗巖側(cè)摩阻力不折減計(jì)算的，設(shè)計(jì)值大體為按規(guī)范計(jì)算值的90%；

(2)根據(jù)靜載試驗(yàn)的結(jié)果，檢測(cè)值均低于設(shè)計(jì)值，檢測(cè)值只有設(shè)計(jì)值的0.73～0.96倍，也就是說(shuō)設(shè)計(jì)值是偏大的。但若按規(guī)范DBJ15-31-2016花崗巖殘積土和風(fēng)化層側(cè)摩阻力參數(shù)按軟塑黏土取值，樁的承載力則明顯低于實(shí)際檢測(cè)值，計(jì)算值只有檢測(cè)值的0.6～0.75倍。

(3)此例表明，靜載試驗(yàn)的檢測(cè)值介于按花崗巖側(cè)摩阻力折減與不折減的規(guī)范計(jì)算值之間。

2.2 實(shí)例2

深圳南山某高架平臺(tái)全長(zhǎng)718 m，高架平臺(tái)高 6 m，寬 20 m，場(chǎng)地位于深圳灣填海區(qū)，原始地貌單元為淺海漫灘，采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)。本工程前期進(jìn)行了3根試驗(yàn)樁的靜載試驗(yàn)，樁端持力層為全風(fēng)化層、殘積土層?？辈靾?bào)告提供的有關(guān)巖土參數(shù)及地層分布如表3所示。

設(shè)計(jì)要求的承載力、按照規(guī)范計(jì)算和實(shí)際檢測(cè)的3根樁的單樁承載力如表4所示。

實(shí)例2基樁設(shè)計(jì)參數(shù)及試驗(yàn)樁位地層分布 表3

實(shí)例2樁的承載力情況 表4

由表4可以看出：

(1)設(shè)計(jì)值應(yīng)該是按花崗巖側(cè)摩阻力不折減計(jì)算的，設(shè)計(jì)值大體為按規(guī)范計(jì)算值的83%～88%(2#樁設(shè)計(jì)值高出計(jì)算值)；

(2)根據(jù)靜載試驗(yàn)的結(jié)果，除1#樁檢測(cè)值滿足設(shè)計(jì)要求外，2#、3#樁大大低于設(shè)計(jì)值，檢測(cè)值只有設(shè)計(jì)值的40%；也就是說(shuō)設(shè)計(jì)值是明顯偏大的；但若按規(guī)范DBJ15-31-2016花崗巖殘積土和風(fēng)化層側(cè)摩阻力參數(shù)按軟塑黏土取值，本來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求的1#樁承載力計(jì)算值明顯低于檢測(cè)值，而2#、3#樁的承載力計(jì)算值仍大于實(shí)際檢測(cè)值1.4倍～1.6倍。

(3)此例表明，靜載試驗(yàn)的檢測(cè)值1#樁接近不折減的計(jì)算值，2#、3#樁檢測(cè)值還低于花崗巖側(cè)摩阻力折減后的計(jì)算值。

2.3 實(shí)例3

深圳前海自貿(mào)區(qū)某項(xiàng)目擬建3棟150 m的高層建筑物，采用旋挖鉆孔樁，樁端持力層為塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。本工程一期進(jìn)行了3根樁的靜載試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)在基坑底進(jìn)行。結(jié)果2根樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)值?？辈靾?bào)告提供的有關(guān)巖土參數(shù)及地層分布如表5所示。

設(shè)計(jì)要求的承載力、按照規(guī)范計(jì)算和實(shí)際檢測(cè)的3根樁的單樁承載力如表6所示。

實(shí)例3基樁設(shè)計(jì)參數(shù)及試驗(yàn)樁位地層分布 表5

實(shí)例3樁的承載力情況 表6

由表6可以看出：

(1)設(shè)計(jì)值應(yīng)該是按花崗巖側(cè)摩阻力折減后計(jì)算的(設(shè)計(jì)值略高于計(jì)算值可能與分析參考的鉆孔稍有差異有關(guān))；

(2)根據(jù)靜載試驗(yàn)的結(jié)果，除Q-45樁檢測(cè)值滿足設(shè)計(jì)要求外，Q-115、Q-157樁檢測(cè)值只有設(shè)計(jì)值的60%～68%，大大低于設(shè)計(jì)值；也就是說(shuō)設(shè)計(jì)值偏大；

(3)此例表明，靜載試驗(yàn)的檢測(cè)值Q-45樁接近折減的計(jì)算值，Q-115、Q-157樁檢測(cè)值只有花崗巖側(cè)摩阻力折減后的計(jì)算值的0.64倍～0.70倍。

3 問(wèn)題分析

從上面3個(gè)實(shí)例，進(jìn)一步歸納如表7所示。

3個(gè)實(shí)例對(duì)比說(shuō)明 表7

表7的歸納分析表明：花崗巖側(cè)摩阻力折減了檢測(cè)還有不滿足設(shè)計(jì)要求的、折減了檢測(cè)值有明顯高于設(shè)計(jì)值的；花崗巖側(cè)摩阻力不折減也有檢測(cè)合格的。到底如何提供上述指標(biāo)呢？

樁靜載試驗(yàn)的曲線(如圖1～圖3所示)，可以看出，3個(gè)實(shí)例試驗(yàn)曲線Q～s關(guān)系的變化基本相同；除試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求的實(shí)例2的1#樁、實(shí)例3的Q-45樁外，都是在荷載超過(guò)一定值后變形增量迅速增加，達(dá)到終止試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1實(shí)例1靜載試驗(yàn)Q-S曲線

圖2 實(shí)例2靜載試驗(yàn)Q～S曲線

樁的低應(yīng)變或超聲波、鉆芯法檢測(cè)表明，樁身完整性為Ⅰ級(jí)，樁底沉渣厚度滿足設(shè)計(jì)要求。這就說(shuō)明樁的承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求不是樁身質(zhì)量的問(wèn)題。圖1～圖3Q～s試驗(yàn)曲線，除實(shí)例3的Q-157樁最后一級(jí)發(fā)生明顯陡降，取前一級(jí)載荷值為樁的承載力檢測(cè)值外，其他樁的試驗(yàn)曲線基本為緩變型Q～s曲線，也可以說(shuō)明不是樁底沉渣導(dǎo)致變形增加。筆者曾撰文分析[4]樁的端阻力的變化對(duì)樁的承載力影響是有限的，影響樁承載力的敏感因素是土層的側(cè)摩阻力。從表2、表4和表6也可以看出，按花崗巖地層的側(cè)摩阻力參數(shù)進(jìn)行折減計(jì)算出樁的承載力大體為不折減的一半，說(shuō)明花崗巖地層的側(cè)摩阻力參數(shù)對(duì)樁的承載力的影響是非常大的。

巖土參數(shù)側(cè)摩阻力最準(zhǔn)確的是采用靜力觸探試驗(yàn)，即使這樣，因?yàn)榛◢弾r地層的軟化作用，靜力觸探試驗(yàn)的結(jié)果盡管較經(jīng)驗(yàn)值準(zhǔn)確了，但也不一定能使樁的承載力的計(jì)算值與樁的靜載試驗(yàn)檢測(cè)值相同或接近。何況在深圳前海、后海地區(qū)花崗巖地層埋深大、厚度大，靜力觸探試驗(yàn)的深度也達(dá)不到如此深度。

樁的靜載試驗(yàn)結(jié)果是評(píng)價(jià)樁承載力的直接指標(biāo)，工程技術(shù)人員一般會(huì)以靜載試驗(yàn)的結(jié)果去校核勘察報(bào)告提供的參數(shù)。從上述典型實(shí)例看，盡管有極少數(shù)樁花崗巖地層的側(cè)摩阻力參數(shù)不進(jìn)行折減能達(dá)到設(shè)計(jì)值，但從工程安全角度考慮花崗巖地層的軟化、泥皮效應(yīng)，對(duì)花崗巖地層側(cè)摩阻力進(jìn)行適當(dāng)折減應(yīng)該還是需要的。問(wèn)題的關(guān)鍵是按照規(guī)范DBJ15-31-2016給出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行折減(即按照軟塑黏性土(0.75

勘察單位提供的花崗巖地層側(cè)摩阻力大多都是經(jīng)驗(yàn)值(規(guī)范查表而得)，不同的人經(jīng)驗(yàn)不同給出的參數(shù)可能不同。上述3個(gè)典型實(shí)例，相同地貌單元和地層結(jié)構(gòu)勘察報(bào)告提供的參數(shù)并沒(méi)有太大差異，應(yīng)該說(shuō)是合理的，但靜載試驗(yàn)的結(jié)果差異還是非常明顯。以靜載試驗(yàn)的結(jié)果反算地層的側(cè)摩阻力，相同的地層其值也相差較大。

影響樁基承載力的因素很多，樁基縮徑、擴(kuò)徑影響承載力的大?。煌N樁型由于施工工藝不同、甚至施工班組不同都會(huì)對(duì)樁的成樁質(zhì)量產(chǎn)生極大的差別。可以認(rèn)為花崗巖地區(qū)鉆(沖、旋挖)孔灌注樁的承載力關(guān)鍵在于施工工藝，套管護(hù)壁或泥漿護(hù)壁以及泥漿的性能都會(huì)明顯影響樁的承載力。因此在深圳前海、后海地區(qū)，采用強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化層做樁端持力層的鉆(沖、旋挖)孔灌注樁，不同的項(xiàng)目、不同的施工工藝、甚至不同的施工班組施工的樁基進(jìn)行靜載試驗(yàn)的結(jié)果都不盡相同。因此勘察技術(shù)人員或?qū)彶閹煂?duì)花崗巖地層的鉆(沖、旋挖)孔灌注樁側(cè)摩阻力指標(biāo)宜根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總體把控，勘察報(bào)告所提參數(shù)僅供設(shè)計(jì)初步計(jì)算樁的承載力，無(wú)論多“精準(zhǔn)”的取值可能由于施工工藝的不同都會(huì)導(dǎo)致樁的靜載試驗(yàn)結(jié)果的差異。事實(shí)上，由于巖土的不均勻性、試驗(yàn)的代表性以及計(jì)算承載力所參考鉆孔(地層)的準(zhǔn)確性，都很難進(jìn)行“精準(zhǔn)”取值。為確保工程質(zhì)量，在此類地區(qū)為提高樁的承載力一般需要采用后注漿技術(shù)提高樁的側(cè)摩阻力。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)深圳花崗巖地層分布區(qū)鉆(沖、旋挖)孔灌注樁側(cè)摩阻力參數(shù)因軟化作用、泥皮效應(yīng)取值準(zhǔn)確難度較大。但根據(jù)大量工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)花崗巖地層樁側(cè)摩阻力參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)折減是需要的；勘察報(bào)告提供的參數(shù)不能作為樁基設(shè)計(jì)的唯一依據(jù)，尚應(yīng)通過(guò)樁的靜載試驗(yàn)進(jìn)行校核。

(2)由于巖土體的復(fù)雜性，巖土工程本身是一門(mén)經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，勘察報(bào)告提供的鉆孔灌注樁側(cè)摩阻力參數(shù)一般是規(guī)范給定的經(jīng)驗(yàn)范圍值內(nèi)的一個(gè)特定值。由于樁基施工工藝等不同靜載試驗(yàn)的結(jié)果也會(huì)有較大差異。筆者認(rèn)為勘察單位提供的參數(shù)只要在合理的范圍即可，可以認(rèn)為樁基巖土參數(shù)不具有唯一性。