大型储罐工程项目桩基检测成果与

大型储罐工程项目桩基检测成果与分析摘要：本文通过对大型储罐工程项目桩基检测试验成果的数据分析和理论计算与实际结果比较，正确评价桩基承载能力和工程特性，准确判定承载力特征值。1前言本项目大型储罐工程由国内外工程公司联合EPC总承包，国内两家岩土工程公司各分包一个储罐桩基施工。桩基施工采用旋挖钻机与冲击钻相配合成孔工艺。其成孔工艺是利用筒式钻头底部的斗齿，切削土体，并压入钻头内，然后钻杆提出钻头倾倒土体，当进入强风化或中风化花岗岩层旋挖钻机成孔困难时，用冲击钻配合钻进至入岩深度。施工过程中采用灌注桩桩孔检测系统,检测灌注桩桩孔的深度、孔径、垂直度、沉渣厚度。之后下设钢筋笼和导管，进行混凝土灌注。混凝土由搅拌站采购水泥、碎石、砂等拌制，混凝土采用导管法灌注，导管内径为250mm，两节导管之间丝扣连接，提升机械采用汽车式吊车。坍落度控制为180-220mm。每根桩做试块二组（3块），经7天、28天标准养护后，送试验机构进行抗压强度试验，混凝土强度等级达到C45。设计要求，外围桩抗压承载能力设计值应达到475吨(后改为400吨)，内桩则是310吨；对于抗拔，最外一圈桩抗拔承载能力设计值应达到420吨(后改为293吨)；竖向承载能力的安全系数均为2.0。对于水平力，设计估计极限承载能力180吨。储罐区首批4组试验桩每组5根，均采用钻孔灌注桩，桩数为20根，桩径为φ1000mm，桩长约20至40m不等，设计桩端持力层为层⑤全风化花岗岩(r52(3)c)、⑧中风化花岗岩(r52(3)c)及⑨微风化花岗岩(r52(3)c)，桩身材料采用C45砼。试验内容为竖向抗压静载、水平向抗剪静载、超声波及低应变检测。第二批5组试验桩进行单桩竖向抗拔试验及验证性检测。设计桩径Φ1000mm，桩长35m左右，桩端进入中风化或微分化花岗岩0.5m-3.0m，混凝土强度等级为C45。施工结束后，进行1%单桩竖向静力荷载试验，TANK-0201（西罐）共检测7根，其结果满足设计要求，进行所有基桩低应变检测，共测桩556根，合格率100%。TANK-0202（东罐）共检测6根，其结果满足设计要求，进行所有基桩低应变检测，共测桩557根，合格率100%。基桩检测结果均满足设计要求及现行规范规定。2场地地质概况本场地内地层由第四系覆盖层、风化粘性土和花岗岩组成，地质工程勘察将其分为9个层位：1）填砂：厚度11.0～13.5m，遍布场地表层，主要由中粗颗粒石英砂及贝壳碎片等组成。经振冲挤密处理，密实度及均匀性较好。2）淤泥混砂：厚度0.3～2.2m，透镜状，局部分布，主要由中粗砂及淤泥质土组成，力学及工程性能差。3）粉质粘土：厚度2.5～9.6m，硬塑状，局部可塑，主要由粘、粉粒及石英砂组成，砂砾含量约20%，属中等压缩性土，强度较高，工程性能较好。4）残积砂质粘土：厚度2.0～14.5m，硬塑，局部可塑，主要由长石风化的粘土矿物、适应颗粒及云母碎屑组成，属中等压缩性土，强度较高，工程性能较好。5）全风化花岗岩：厚度1.6～12.3m，局部缺失。成分主要由未完全风化的长石、石英、云母组成，岩心呈散体结构，坚硬状，低压缩性，工程及力学性能较好。6）砂砾状强风化花岗岩：厚度0.8～9.6m，变化大，局部缺失。成分主要由未完全风化的长石、石英、云母矿物组成，岩心呈砂砾状，坚硬状，低压缩性，工程及力学性能较好。7）碎块状强风化花岗岩：局部分布，变化较大，厚度1.2～13.3m，成分主要由未完全风化的长石、石英、云母矿物组成，岩心呈碎块状，低压缩性，工程及力学性能较好。8）中风化花岗岩：部分分布，变化较大，厚度1.1～6.7m，成分主要由未完全风化的长石、石英、云母矿物组成，岩心呈短柱状，低压缩性，工程及力学性能较好。9）微风化花岗岩：揭露层厚为4.2～13.7m，成分主要由未完全风化的长石、石英、云母矿物组成，岩心呈短柱、长柱状，具有良好的力学和工程性能。3受检桩有关参数试桩受检桩有关参数桩号桩长（m）设计桩径（mm）设计桩端持力层试验内容备注S134.501000中风化花岗岩(rr52(3)cc)竖向抗压、超声波波、低应变S231.901000微风化花岗岩(rr52(3)cc)竖向抗压、低应变变S328.251000全风化花岗岩(rr52(3)cc)竖向抗压、超声波波、低应变S430.251000竖向抗压、超声波波、低应变S536.111000中风化花岗岩(rr52(3)cc)竖向抗拔S634.201000竖向抗拔S728.761000竖向抗拔S831.701000竖向抗拔S936.241000竖向抗拔W135.101000微风化花岗岩(rr52(3)cc)低应变W235.201000水平静载、低应变变W339.971000微风化花岗岩(rr52(3)cc)低应变W434.841000低应变E129.401000低应变E226.201000中风化花岗岩(rr52(3)cc)低应变E330.201000微风化花岗岩(rr52(3)cc)低应变E427.301000中风化花岗岩(rr52(3)cc)低应变M128.481000低应变M220.201000低应变M327.471000低应变M421.271000微风化花岗岩(rr52(3)cc)低应变N125.381000中风化花岗岩(rr52(3)cc)水平静载、低应变变N234.321000低应变N325.211000低应变N433.701000低应变TANK-0201（西罐）受检桩有关参数桩号桩长（m）设计桩径（mm）设计桩端持力层委托最大测试荷载（kN）备注W20845.081000⑦碎块状强风化花岗岗岩(r52(3)cc)-b、⑧中风化花岗岗岩(r52(3)cc)6200W24644.2010006200W13540.7810006200W29637.4010008000W34441.1010008000W40744.2010008000W52938.1010008500TANK-0202（东罐）受检桩有关参数桩号桩长（m）设计桩径（mm）设计桩端持力层委托最大测试荷载（kN）备注E20837.611000⑦碎块状强风化花岗岗岩(r52(3)cc)-b、⑧中风化花岗岗岩(r52(3)cc)6200E11636.8010006200E26628.5210006200E31833.8010008000E43133.3210008000E49438.20100080004桩基检测成果4.1单桩竖向抗压静载荷试验依据设计要求，对施工编号为S1、S2、S3、S4的4根桩进行单桩竖向抗压静载荷试验。这4根桩的最大试验荷载均按14250kN进行。静载试验按国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)的有关规定进行，试验静荷载由安装在桩顶的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由锚桩横梁反力系统（4根锚桩）承担，桩顶沉降由对称方向安装的大量程百分表测读，试验过程中并对锚桩上拔量进行监测。单桩竖向抗压静载试验装置示意图（见附图1）。附图1单桩竖向抗压静载试验装置示意图试验加荷方式为慢速维持荷载法。S1#桩每级荷载增量为500kN或1000kN，最大试验荷载加至13000kN，在13000kN桩顶荷载作用下观测60min后有一根锚桩被拔起而终止加载。S2#桩每级荷载增量为500kN或1000kN，最大试验荷载加至10500kN，加荷至10500kN观测30min后有一根锚桩被拔起而终止加载。S3#桩每级荷载增量为500kN或1000kN，最大试验荷载加至8500kN，加荷至8500kN后有一根锚桩被拔起而终止加载。S4#桩每级荷载增量为1425kN，最大测试荷载加至8550kN后，压力无法稳定，沉降持续增加，达到试验要求而终止加荷。S1、S2、S3、S4的4根试桩静载试验结果桩号最大测试荷载（kN）最大测试荷载下桩桩顶沉降（mm）残余变形（mm）单桩竖向极限承载力（kN）极限承载力下桩顶顶沉降(mm)备注S11300062.1651.121144250.00/S21050042.5336.16≥10000//S3850010.643.65≥8000//S4855080.26/712523.58/注：四根试验桩在最大测试荷载作用下，桩顶沉降均尚未达到极限状态。TANK-0201（西罐）静载测试结果类型桩号最大测试荷载（kN）最大测试荷载下桩顶沉降（mm）残余变形（mm）单桩竖向极限承载力（kN）备注内圈W20862006.002.636200内圈W246620013.5311.746200内圈W13562005.113.616200外圈W296840061.2352.837588外圈W344800015.519.268000外圈W40780008.545.168000外圈W529850017.6611.718500TANK-0202（东罐）静载测试结果类型桩号最大测试荷载（kN）最大测试荷载下桩顶沉降（mm）残余变形（mm）单桩竖向极限承载力（kN）备注内圈E20862008.195.25≥6200内圈E11662003.701.19≥6200内圈E266620036.5033.77≥6200外圈E31880006.362.54≥8000外圈E431800033.2627.48≥8000外圈E494800010.824.00≥80004.2单桩水平向抗剪静载试验依据设计要求，对施工编号为N1#、W3#的2根桩进行水平静载试验。这2根桩的最大试验荷载均按1800kN进行。水平静载试验按国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)的有关规定进行，试验水平推力由油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由相邻桩承担，在水平力作用平面的受检桩两侧对称安装两个大量程百分表测读桩的水平位移，单桩水平静载试验装置示意图（见附图2）。-1--1-附图2单桩水平向抗剪静载试验装置示意图试验加荷方式为单向多循环加载法。N1#桩每级荷载增量为150kN，最大试验荷载加至1800kN，试验进展顺利，仪器设备未出现异常现象；W3#桩每级荷载增量为80kN，最大试验荷载加至1800kN，试验进展顺利，仪器设备未出现异常现象。N1#、W3#的2根试桩进行水平静载试验结果桩号最大测试荷载（kkN）最大测试荷载下水水平位移（mm）单桩水平临界荷载载（kN）水平临界荷载所对对应的位移(mm)单桩水平极限荷载载（kN）水平极限荷载所对对应的位移(mm)备注加荷卸荷N1180092.5860.734509.3683030.44/W21800147.1852.154808.8288031.08/4.3单桩竖向抗拔静载试验依据设计要求，对施工编号为S5、S6、S7、S8、S9的5根桩进行单桩竖向抗拔静载试验。这5根桩的最大试验荷载均按10000kN进行。试验加载装置:采用电动油泵—油压千斤顶加载,利用基桩做支座反力,反力桩为钻孔灌注桩2根，单桩竖向抗拔静载试验装置示意图（见附图3）。穿心千斤顶穿心千斤顶主梁支承墩或支承桩主筋百分表基准梁试桩支承桩反力梁试桩表座测微表球铰液压千斤顶球铰液压千斤顶≥4D且>2.0m≥4D且>2.0m基准支承桩垫块附图3单桩竖向抗拔静载试验装置示意图荷载与沉降量测仪表布置方法与竖向抗压试验相同。试验加载方式采用慢速维持荷载法,即逐级加载,每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载,直到试验桩破坏。S5#桩每级荷载增量为300kN或1000kN，当试验荷载加至5700kN，该级压力始终达不到要求对应的压力值，上拔量持续增加，累计上拔量超过140mm，达到试验要求而终止加载。S6#桩每级荷载增量为300kN，当试验荷载加至4500kN，该级压力始终达不到要求对应的压力值，上拔量持续增加，累计上拔量超过110mm，达到试验要求而终止加载。S7#桩每级荷载增量为500kN，当试验荷载加至3500kN后观测180min，上拔量已超过前一级荷载作用下桩顶上拔量的5倍，已经满足终止加荷条件，应委托方要求，在位移未稳定的情况下以250kN分级荷载增量继续加荷，直至加荷到4250kN后，桩顶上拔量超过100mm，终止试验。S8#桩每级荷载增量为500kN，当试验荷载加至3500kN后每级荷载增量改为250kN，当试验荷载加至4500kN后桩周土已明显开裂，但经补压，且上拔量在历时较长时间观测能达到相对稳定，后几级情况雷同，加荷到6500kN后，该级压力始终达不到要求对应的压力值，上拔量持续增加，累计上拔量超过100mm，达到试验要求而终止加载。S9#桩每级荷载增量为500kN，当试验荷载加至3500kN后每级荷载增量改为250kN，当试验荷载加至4500kN观测210min，上拔量已超过前一级荷载作用下桩顶上拔量的5倍，已经满足终止加荷条件，应委托方要求，在位移未稳定的情况下继续加荷，直至加荷到5000kN后桩顶上拔量超过150mm，终止试验。竖向抗拔静载测试结果试桩编号最大测试荷载（kN）最大测试荷载上拔量（mm）单桩抗拔极限承载力（kN）备注S55700143.865400S64500112.314200S74250109.253000S86500102.324250S95000146.3642504.4基桩低应变动测基桩低应变法检测按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的有关规定进行，其原理是在桩身顶部施加低能量瞬态激振，应力波沿桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等部位）或桩身截面积变化部位（如缩颈或扩颈），将产生反射波，经接收放大，滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位反射信息，据此判断桩身的完整性，推断缺陷的类型及其在桩身中的位置。试桩低应变动力检测结果类别试桩编号比例%Ⅰ类S2、E1、E2、E3、N2、N3、W1、W440%Ⅱ类S1、S3、S4、E4、M1、M2、M3、M4、N1、N4、W2、W360%工程桩低应变动力检测结果：TANK-0201（西罐）检测结果，Ⅰ类桩377根，占67.81%；Ⅱ类桩179根，占32.19%。无Ⅲ类、Ⅳ类桩。TANK-0202（东罐）检测结果，Ⅰ类桩356根，占63.9%；Ⅱ类桩201根，占36.1%。无Ⅲ类、Ⅳ类桩。5试验成果分析本项目桩基检测以低应变动力测试判断桩身的完整性，推断缺陷的类型及其在桩身中的位置，确定桩身质量。采用静载试验确定桩的承载能力，即确定桩的允许荷载和极限荷载，查明桩基础强度的安全储备，以确保桩基础的安全性与经济性。所有低应变检测，表明桩身质量完好，合格率为100%。本文不再进行低应变成果分析，重点对静载试验成果进行分析。5.1单桩竖向极限承载力（1）根据单桩竖向静载试验成果分析：S1#桩最大试验荷载加至13000kN，最大荷载下桩顶沉降62.16mm，虽然在13000kN桩顶荷载作用下观测60min后有一根锚桩被拔起而终止加载。可以看出，最大沉降已经超过60mm，可取S=0.05D（D为桩端直径）对应的荷载值。确定其竖向极限承载力为11440kN。S2#桩最大试验荷载加至10500kN，观测30min后有一根锚桩被拔起而终止加载，最大荷载下桩顶沉降42.53mm，可见其竖向极限承载力≥10000kN，可以确定竖向极限承载力为10000kN。S3#桩最大试验荷载加至8500kN后有一根锚桩被拔起而终止加载，最大荷载下桩顶沉降10.64mm，桩顶沉降量还比较小，可见其竖向极限承载力≥8000kN，可以确定竖向极限承载力为8000kN。S4#桩最大试验荷载加至8550kN，最大荷载下桩顶沉降80.26mm，达到终止条件，停止加载。确定其竖向极限承载力为7125kN。（2）理论计算与实际结果比较：理论计算基于详勘中冲孔灌注桩“地基土设计参数建议表”所提供数据：极限侧阻力标准值：填砂：90kPa，淤泥混砂：20kPa，粉质粘土：65kPa，残积砂质粘性土：60kPa；全风化花岗岩：65kPa；砂砾状强风化花岗岩：80kPa；碎块状强风化花岗岩：100kPa；中风化花岗岩：180kPa（砂砾状强风化花岗岩跟全风化花岗岩一样岩芯手捏即散）。极限端阻力标准值：中风化花岗岩：10000kPa；微风化花岗岩：18000kPa。岩石饱和抗压强度：中风化花岗岩：44.50MPa；微风化花岗岩：75MPa。抗压极限承载力理论计算与实际结果比较桩号桩长(m)入岩深度(m)理论计算极限承载载力(kN)测试极限承载能力力(kN)极限承载力下沉降(mm)备注S134.20.5嵌岩桩：Q摩擦=9128Q端端承=157228Q=Q摩擦+Q端承=248856大直径桩：Q摩擦=7275Q端端承=72911Q=Q摩擦+Q端承=14566611442250锚桩拔起（桩沉降降62mm）测测试结果取550mm沉降降对应值S231.93.1施工记录严重失真真，相应理论论计算不准确确≥1000040.77锚桩拔起(桩沉降降43mm）测测试结果取锚锚桩拔起前一一级的加载值值S327.80Q摩擦=5806桩端止于AugeerReffusal≥800010.11锚桩拔起（桩沉降降10.6mmm）测试结结果取锚桩拔拔起前一级的的加载值S429.50Q摩擦=6124桩端止于AugeerReffusal712523.66陡降型沉降，取拐拐点处荷载值值(下一级荷载载作用下沉降降为80.33mm）嵌岩桩承载能力往往由桩的沉降决定的,或者说是由沉渣厚度决定的，基岩自身的抗压承载能力并不容易发挥出来。基于上述原因，嵌岩桩承载能力的计算，采用大直径桩的计算模式结果更真实。非嵌岩桩（外方公司定义为AugerRefusal）顾名思义是旋挖机不能再下挖的深度，现场两种类型的旋挖机，一种是德国产Boer,其AugerRefusal应该到中风化/微风化岩面，（甚至可以入中风化岩层一定深度）；另外一种是国产的，其AugerRefusal应该到碎块状强风化层表面。S3和S4的测试结果比理论计算值高，主要原因为理论计算未考虑碎块状强风化层或中风化岩面（微风化岩面）提供的端承力，从测试结果分析，S3桩端持力层为中风化或微风化岩层表面，该层提供承载力估计能达500吨至600吨，合计6500kN/m2至7600kN/m2；S4桩端持力层为强风化层，该层提供承载力约100吨，合计1300kN/m2。（3）竖向极限承载力评价综上所述，由于试桩桩长不等，且数量少，难以确定桩基竖向极限承载力特征值。S1#和S2#桩桩端持力层分别为中风化花岗岩（10000kPa）和微风化花岗岩（18000kPa），结合理论计算与实际结果分析比较和场地实际情况分析，桩长＞30m，且桩端持力层为中风化花岗岩或微风化花岗岩，可以确定竖向极限承载力特征值为10000kN。有较大的安全储备，可以确保桩基础的安全性。S3桩桩端持力层为中风化或微风化岩层表面，S4桩端持力层为强风化层，也有一定的端承力，结合理论计算与实际结果分析比较和场地实际情况分析，桩长＞30m，且桩端持力层为强风化花岗岩，可以确定竖向极限承载力特征值为7000kN。5.2单桩水平向抗剪承载力（1）设计水平承载能力基础承台采用固接，考虑群桩效应，不考虑地震作用，工程桩水平承载能力为861kN/984kN。基础承台采用铰接，考虑群桩效应，不考虑地震作用，工程桩水平承载能力为332kN/379kN。（2）测试成果分析和地基土抗力系数比例系数推导试验桩配筋率高，为2.87%,测试后的桩身完整性结果证明：桩身没有破坏。根据水平力-位移曲线和荷载差-位移差曲线判断，因桩侧土局部塑变而引起曲线陡变现象不明显，经计算，以10mm计，桩水平承载能力分别为450kN和480kN，对应地基土抗力系数比例系数分别为12.5MN/m4和15.4MN/m4，。影响深度范围2(d+1)内为填砂，地勘资料：“填砂主要由中粗颗粒石英砂及贝壳碎片等组成”；“回填砂经专门振冲密处理，呈中密状，局部稍密状。该层标贯试验修正后击数范围为16.8－24.8，平均21击。密实度及均匀性较好”。S5和S6钻勘结论：“填砂：稍密-中密，粒径>0.25mm达到50%以上”规范JGJ94-94表中密的中粗砂对应m值为35－100MN/m4,对应位移2－5mm。试验结果证明：实际值比经验值大。（3）水平承载力评价：因设计没有明确允许水平位移，根据规范以10mm水平位移对应值为临界荷载，以30mm水平位移对应值为极限荷载，N1#试桩单桩水平临界荷载为450kN；水平极限荷载为830kN；W3#试桩单桩水平临界荷载为480kN；水平极限荷载为880kN。设计应考虑上部结构对水平位移的敏感程度以及试验桩水平承载力所对应的位移量酌情选用。5.3单这竖向抗拔承载力（1）根据单桩抗拔静载试验成果分析：S5#桩最大测试荷载5700kN，上拔量超过140mm，试验终止，通过对荷载—变形（U-Δ）曲线图分析，判定极限抗拔力5400kN。S6#桩最大测试荷载4500kN，上拔量超过110mm，试验终止，通过对荷载—变形（U-Δ）曲线图分析，判定极限抗拔力4200kN。S7#桩当试验荷载加至3500kN后观测180min，上拔量已超过前一级荷载作用下桩顶上拔量的5倍，已经满足终止加荷条件，应委托方要求，在位移未稳定的情况下以250kN分级荷载增量继续加荷，直至加荷到4250kN后，桩顶上拔量超过100mm，终止试验，判定极限抗拔力3000kN。S8#桩当试验荷载加至3500kN后每级荷载增量改为250kN，当试验荷载加至4500kN后桩周土已明显开裂，但经补压，且上拔量在历时较长时间观测能达到相对稳定，后几级情况雷同，加荷到6500kN后，该级压力始终达不到要求对应的压力值，上拔量持续增加，累计上拔量超过100mm，达到试验要求而终止加载。判定极限抗拔力4250kN