持力层为基岩的lc桩复合地基技术

持力层为基岩的LC桩复合地基技术探讨DiscussionontechniqueoftheLCpilecompositefoundationwithbedrockbearingstratum0引言深圳某建设场地地质断面见图1，有几个特点：图1某工程典型地质断面Fig.1Atypicalgeologicalsectionofaprojectsite（1）微风化灰岩埋深较浅，距地表约为7~9m（全场地内为5~15m）；（2）全风化、强风化及中风化层缺失；（3）基岩上覆土层较软弱，地层自上而下分别为回填土、冲洪积粉质粘土、冲洪积细砂、溶槽堆积粘土，地表局部有淤泥出露；（4）地下水位高，水量丰富；（5）岩溶现象发育，基岩内溶洞及溶槽较多。这种上软下硬、基岩（本文指中风化及微风化岩石）埋深较浅、上覆土层较薄的地质状况在深圳市龙岗地区普遍存在，实际上，在全国也是常见现象。这种地质条件，建筑物采用低强度混凝土桩复合地基是否适宜？答案是肯定的。如果采用桩基，唯一可用的桩型即冲孔灌注桩。但是，这种地质条件下冲孔桩存在着几个缺点：①由于溶洞发育，每条桩下都需要超前钻以探明有无溶洞；②有溶洞时护壁泥浆会大量渗漏，施工非常困难，混凝土大量超灌且容易造成桩身混凝土质量缺陷；③容易卡钻、掉钻头；④工程造价高，工期较长，对于多层及小高层等承载力要求不高的建筑物而言工程造价过高。这种情况下，复合地基是适宜的选择。近些年发展起来的刚性桩复合地基因承载力高、工后沉降小、工程造价较低、质量可靠等优点，得到了较多应用。复合地基中常用的刚性桩形式有低强度混凝土桩（Leanconcrete桩，简称LC桩）、预应力管桩、预制方桩、钢筋混凝土桩等，其中LC桩包括素混凝土桩、CFG桩、废渣混凝土桩、矿渣混凝土桩等几种形式。受材料所限，深圳地区几乎只使用素混凝土桩，LC桩在深圳地区狭义上仅指这一种桩型。由于LC桩具有工程造价低、工期快、施工难度小等优点，在承载力要求不高时比桩基更具优势，成为了深圳地区近十来年多层及小高层建筑在这种地质条件下的首选基础形式，桩基只有在高层建筑不得已时才使用。1LC桩复合地基的技术可行性尽管已有不少成功案例[1]，但质疑LC桩复合地基在这种地质条件下可行性的声音一直存在。承台下桩土共同受力后，LC桩向上刺入褥垫层及向下刺入下卧层与土体间产生相对位移，这是桩土能够共同承担荷载形成复合地基的条件之一[2]。如果不能够刺入，则桩受力后沉降较小，桩所受荷载向土中转移量小，桩间土承载力发挥少，桩土受力性状类似于桩基，很难形成复合地基。因此，复合地基相关技术标准大都规定刚性桩复合地基中的桩应为摩擦桩，使地基有一定的沉降量，以保证桩与桩间土共同发挥承载作用。有质疑者认为：桩端为基岩时，桩不能向下刺入，只能向上刺入，形成复合地基的条件不充分，土对桩产生负摩阻力后增大了桩的荷载，导致桩土实际承载能力降低。雷撇开力的传递参机理，笔者想著从施工工艺及患成桩效果的角许度来讨论这一校问题。竿L看C详桩成孔工艺大冻体可分为排土顾及挤土两大类鹊，常见的排土友类包括长螺旋趴或短螺旋钻成横孔、人工或机沉械洛阳铲成孔怎、回转钻泥浆吩护壁钻成孔等洒几种，其中以虫长螺旋钻孔最步为常用；挤土杠类包括振动沉术管、锤击沉管环等几种，振动公沉管桩使用较戴多。不管哪种梅工艺，受机械乐设备入岩施工网能力限制，钻涝头或桩尖（以夫下合称钻头）距与基岩全断面需良好结合的概恋率都很低，之痒间会夹着一层雹被扰动过的土握，本文称之为蛋桩尖夹土（并星非排土桩桩底腊沉渣），如莲图跃2群所示。为利于溜排土进尺，驱桩机钻头一般兄呈均萝卜形，愁理想状态下，保尖顶部位率先章与基岩接触，锁接触后即停止妄进尺，达到终膛孔条件。此时国钻头除尖端局皆部外大部分与疾基岩并无接触玉（由于基岩表滑面起伏不平，烤有时并非是钻敲头尖顶部位与膝基岩率先接触茎）。实际上，龙进尺过程中桩阳尖下土颗粒被垃不断挤压，向庄更深处及四周滨位移，同时土熊体本身亦被压聚密；接近基岩器时土颗粒无法掠再向下位移，丛土体压密程度陵进一步提高。址桩尖夹土强度催提高到一定程秧度后，阻碍了嗓桩尖的进尺，评从而隔断了桩殿尖与基岩的良箱好接触。这已凝经被多个工程撤的区L爷C到桩抽芯检验及赞低应变检测结如果所证实。这铅就是上述几种楚工艺不能作为祝桩基工程嵌岩距桩施工工艺的姨原因。摩图暗2负钻头（桩尖看）与基岩持力狱层的关系陪Fig.尊2蹲午Relati溜on赔ofth离epile涂toea洪ndthe熊bedr烟ock诵bearin大gstra茂tum梁桩尖夹土的厚按度不一，即使晓同一种施工工艇艺相差也会较机大，一般几厘陷米至二、三十驳厘米，与多种准因素有关，如黎机械入岩能力驱、成孔工艺、锯桩间土的力学紧性状、基岩上两覆土的强度、溜桩长、技术人它员对持力层的挎判断、终孔标暗准、终孔清土科工艺（排土桩并）、施工作业晕人员的责任心案等。与原状土杆相比，当采用淡挤土工艺时，召桩尖夹土的强双度一般提高较唉多（经验判断私应能达到强风愿化岩以上的强峡度），采用排余土工艺时不一把定，基本不变宏、有所提高或绍有所降低的情鸦况都有。郑桩尖夹土的存布在提供了条件今，使桩受力后昏能够产生向下缝的刺入位移，近故前述地质条投件下刚性桩复劝合地基技术上无是可行的。骤2尾阵洋单桩承载力的贴设计方法泻桩尖夹土的存溉在是不争的事杠实，但会令人搅产生困惑：设悉计时，还能够姻假定基岩为持仿力层吗？桩端泪承载力应按基候岩选取还是按气土？转只能按基岩。稀在保证施工质却量的前提下，辉桩尖夹土即使器强度没有大幅斜度提高，因厚介度很薄，并不悄会在桩端荷载盘作用下失稳，方其压缩变形量免也不大，对桩拳的承载力总体宽影响不大。这民已经被大量工妻程实践所证实辽。在这种地质滋条件下，单桩就设计为端承桩队或摩擦端承桩风、取基岩承载遵力来计算桩端芦承载力、使桩艘端承载力在总举承载力中占较唐大比例，这样哪的设计模式才灵是合理的，才饺不会低估单桩盯的承载力，才星不会低桥估特L编C劲桩复合地基的遭承载力。亦当然，也不能浸过高估算单桩俭承载齿力堡R漠a开。现行技术标园准管中矩R毒a室的估算方法通晌常为：制R锦a朱＝环u缎Σ狮q挽sia临l桥i窑＋洁q述pa红A烘p锄幻悉府播扇（很1孙）率u蒜Σ钞q特sia仇l颤i尊为桩侧摩阻力诉，俊q州pa俊A忍p拥为桩端承载力娃。这种估算方宴法适用于摩擦旨桩及端承摩擦黎桩，当用于估冬算持力层为基枪岩的刚性桩复霉合地基中的单宪桩承载力时，情估算结果过高鬼，导致工程不府安全。这与桩犬基工程中的基丑桩情况不同，室基桩入岩一般歪采用冲孔、铣语孔或人工挖孔净工艺（裂隙发搁育的中风化岩评中有时也采用谣钻扩孔工艺）批，能保证桩端拉嵌入岩层并与雷基岩结合良好墙。复合地基中松刚性桩做不到息、也无需与基狭岩良好结合。索那么，这种地辉质条件下应如浑何估腾算裁R弄a商？笔者的经验质是，在美式旬1怕基础上对桩端画承载力进行经法验折减，如筑式茫2响所示，度使膜R老a戒总在体在蚕合理（可按墙地区经验链）烈范围内。蝶R册a版＝丹u猴Σ锁q般sia恢l膛i痛＋测ξ姐q吸pa蔬A勺p拳墙视已祝狼（困2数）辰但折减系数辩ξ幼取多大，不同妥省市、不同地堂质条件、不同毅施工工艺、不递同设计者等经惊验不同，目前村尚无值得推广庭的成熟经验，禽尚需进一步积宜累资料。泉3斧选箱工程实例会3窃.1示工程概况极在建深圳飘XX棋学院福暨射201博1稼年世界大学生封夏季运动会运春动员村位于深贫圳市当XX虏区新中心区，杂占地面积乳约蜂9才2悄万言m恳2垮，建筑面积塔约迫58.盈8值万惩m澡2凝。校区分为东掉、南、北三大前区，经专家论业证后，东校区刚及南北校区内蚕的高层建筑物堂采用冲孔桩基驰础，南北校区胜内的多层建筑骑物采阻用助L分C寸桩复合地基。唇采用复合地基姥的单体建筑驳共锣1邮2斤栋，除个别为爆条形基础外，伐绝大多数为独污立基础。复合促地基设计指标悉为：承载力特抄征宋值跑f扯spk剪≥铲220kP叫a吊，变形模谈量搁E费0覆≥淘20~25M彻P狐a庙。浓设计参数如下国：柴C2胜0期素混凝土灌注境桩计持约迈520啄0璃余条，桩护径跟420~蜡450mm勉，平均面积置肚换率哲为绑3~5肥%锋。巨约暂70您%晶的桩（北校纲区浸10颠0椅％，南校区矮约丈5词0际％）以基岩为深持力层，典型赠地质断面即为讯图去1品所示（地质钻坦孔揭露溶洞见摄洞率春达稍2浙0追％以上），桩以长饶5~芝10m乓，设计单桩承观载力特征侧值屯R凡a拒=520k趟N码，计算时桩端隆承载力折减系光数圆ξ滋取模0.5~0.忠8运。其余以全风衔化糜棱岩或残丘积土为持力层部，桩趋长居12~叔15m少，扩R辞a改=370k校N煮，茎ξ回取雁1.瘦0垃。桩顶设置脑250mm声厚石粉渣褥垫之层。溶洞采用充注浆处理。此律方案颠工程造价仅约兼为原桩基方案示的欲40乐%乞。眼场地表层填土贞较厚且土中含垃有块石，大部听分区域已经过石强夯处理，强掠夯设计指标为嫂地基承载力特雕征曲值摄140kP抄a象。璃L街C姐桩施工选用了购穿透能力较强讲的振动沉管及炉锤击沉管工艺凭。振动沉管桩萄主机功率较大酷，扣为栽90~110旅k淘W扶，困终孔标准逮为问激振电流达挎到梨200因A阳且持续上升达鉴到挑1感0础秒钟变，或养桩机持续振动外上抬达汤到结1扶0渔秒钟灾；乏锤击桩锤才重俯3.25银T刺，落偿距奥2.5侵m杆，终孔标准为原最吗后小1榴0旅击贯入度监不大于棵30mm日。妹成桩后按桩总坦数段1达0统％进行了低应静变检测，约按证0.5槐%辣进行竖了篇2m×2途m型方板复合地基却静荷载试验。买由于对低应变扛检测结果认为盒的俩II竞I丘、冰I递V忌类桩增加了试晴验数量，最终使静荷载试验比嘱例约为总桩数伏的库0.宁旺8止%得。即3王.2悄孙检测成果总结房分析箭对些52析0心个低应变检测通结果班、孤4对2挖个荷载试验结竖果及试验过程弄总结分析如下摘：交（潜1习）宋静荷载试验结舒果均合格匙，慨1挤2陵栋单体建筑物惊均已封顶，目苹前锋1烫1剩栋勿正在装修，暴1霜栋已竣工，助监测最大沉降建量不超过艳3绩0mm且，效果良好，眯表明设计参数冬取值基本合理凶、安全、可行题；伯（蹈2参）膊荷载试验加载合至交220kP于a诵时，承压板沉哲降量阁为封1.14~1蹈7.92m迈m械，加载丹至矿440kP反a辩时填为位3.18~7而3.21m限m胀，离散性很大突。承压板的沉诱降越量凯s款由桩顶垫层压兰缩淘量亿s林1太、桩身压缩出量昂s哑2进及桩端下卧土香层沉降兄量惜s订3文组成，荷载试疫验慕时滔s族1叶敢及在s何2急均很小腹，肤s稳3杨在倘s栏中所占比例较病大。而基岩的建沉降很小，故财推魄断户s晃3乎主要是桩尖夹玻土的压缩量杰，船s投差异较大主要革是因羊为哨s怠3输变化较大所致医，而这正是桩汤尖夹土厚度不乖一介、可控性差隔造成的；咽（书3间）进低应变确定脏的咱II壤I叶类（缺陷严重遇）装、忌I堆V池类（断桩）较冻多，计外约幅2图3丸％。这是深圳行地闹区奴L俱C党桩复合地基工灯程中存在的普斑遍现象。怒对创3钞0慈％化的融I读V届类桩及部碍分挪II它I塑类桩进行了荷掌载试验，结果酸合格，且承压斥板沉降量与其首它桩无明显区昂别，说明断桩字对复合地基承环载力无明显影狗响，不需另外乖补桩；同时也伟说明了此类桩堤的低应变法检锤验成果不宜作丹为质量验收的煌主要评判依据老；垦（轨4洋）粱导贺致算II黄I怎、堡I围V团类桩出现的可帖能因素较多。粒桩顶部及上半继部分有严重缺朵陷主要可能是山桩浇灌后桩机令及混凝土车辆姑在桩顶及附近嫁行走所致；强鼻夯效果较好、共土层坚硬的填围土底面附捏近第II弄I峰、蚊I监V店类桩有较明显丢的搞缺陷回集中现象，推柴断主要是硬土耗中的挤土效应泰所致；终（产5妙）氏低应变检测结预果只有少量桩静有桩底反射波福。从波形杰结合牺其它条件可推大断出：杨部分腔桩尖下土层强催度明显低于桩纱身混凝土，可忆间接证实桩尖守夹土的存在；棋推断个别桩桩盒尖下土层强度娇高于桩身混凝输土，游可能是桩尖与报基岩结合较好永所致。甩绝大多数桩无帅桩底反射波，样很难判断桩身捧完整性及桩端睁土性状，不过烦也能大致表明狮桩尖下土层强楚度应置于上述起两种状况之间惰；健（激6丰）水锤击沉管桩与希振动沉管桩试宰验结果无明显他区别。锤击沉香管桩机械效率阻较低，但简单挖耐用，机械故遭障率较低，土介层中夹有较多畅填石时穿透能忧力好于振动沉副管桩；夹（赏7鲜）雅长桩复合地基友试验结果与短嘉桩复合地基无煮明显区别。经蛛验表明，试验驳荷载相同时，溪通常鹊沉降量越小，板极限承载力越门大。长桩复合容地基沉降量并尊没有明显高于骂短桩地基，故银推断其极限承期载力也不会明羽显高于短桩复页合地基；揉（闲8明）辱桩端持力层为潮微风化灰岩的遵试验结果与持价力层为全风化最糜棱岩残积土牌的无明显区别惨。这个结论多淋少有些意外，酬但球可间接证实桩阶尖夹土的存在荷；化（谢9芳）礼开工日期界为皱200问9衔年须4达月，深圳开始卫进入雨季，因忙工期紧迫，工丰程早期部分荷系载试验在雨中冈或雨后进行。唤这类试验的承雪压板沉降量明逐显偏大，个别岛试验需要中止冒后重做；阶（逮1珍0嚷）亮在未强夯及强瞒夯效果较差地纷层的试验与在腰强夯效果较好和地层（从制桩搏吃力程度可以雷判断）试验相义比，承压板沉猛降量明显偏大薯，证实了桩间摧土对复合地基养承载力影响较漂大；配（薯1躬1岭）樱沉管桩极难进慌尺的区域采用盯了等直径桩管饺引孔技术（即岸采用无桩尖桩蒸管预成孔，以矩松动土层及套炸取出少量桩孔租土，将挤土桩令变为半挤土桩吨），引孔桩与钱未引孔桩试验嫂结果无明显区怎别，表明地基庄土坚硬时，挤陈土与半挤土工汁艺对复合地基字承载力无明显芦影响；玉（瓦1绩2望）粗由于工期紧张毛，少量桩在成嗓桩疗10~1蛾5深天后即进行了悉荷载试验，此辫时桩身混凝土羊强度已高于试晚验荷载强度，灵试验结果与满酒龄期桩复合地刷基无明显差别会。弊4哪凯有关探讨横4.尤1罩势桩顶垫层厚度秃问题酿复合地基思荷载试验时东桩顶垫层辜的剑厚度隔是一个值得关朋注的难点，因享其萄对骂承压板赛沉降量有较大且影响。臣本世纪护以前的规范中半，对检测时桩妹顶垫层的厚度施没有规定，刑是将其作为找伶平层使用的，拢工程实践中一征般参照地基土北静载荷方法，屡不超兼过薯20m毁m帜。胆200似0贿年以后多本新锄修编的规范误[理3贫]赚[谜4棋]云[遮5搅]抹要求垫层厚度白为振50~由150mm搁。笔者曾质疑袖过这个规定爹[分6谅]陶：荷载试验时鱼压板面积较小昼，垫层只能用却轻、小型机械嫩压实，蝇压实度较低窗，在试验荷载极作用下，垫层勤继续被压缩变铸形。有的试验挂采倡用眯1~贴2伯级试验荷载进艳行预压，同样铲无法保证压实混度。此外，试随验时压板四周岔无侧限，垫层裁材料在压力作务用下颗粒被侧境向挤出，加大谈了竖向变形量钞。本工程再次体证实了这一点迟，遭少量业试验垫待层较厚，加载斯后抵承压板避沉降量偏大，坛有的酒已按最大试验碎荷载的一半进季行了预压，仍体无济于事，最届终只能把垫层此减薄农后重新试验。迷最终垫层厚度锣定熄为晕20~50m但m换，尽量薄，仅备作为找平层，骨这也是目前深任圳地区复合地系基静荷载的实垮际普遍作法。捷但防垫层薄有另外时的问题。垫层筋很薄时，桩顶贪很难向上刺入胁变形，可认为恼桩与桩间土沉嫩降量相同，这需时桩间土的承旋载力不能够完佩全发挥，框可能会为加大桩的荷载窝。本场地强夯伏施工图后捎L安C径桩施工前由同度一检测单位扛用煮2m×2暮m拦承压板对地基钳土进行了晃静载荷试验，告刚好南校区有辆一个检测点与涉某单桩（设计果单桩承载力特俊征值筛为贸370k露N梨）复合地基（香承台尺寸恰好歼与承压板相同场）检测点位置检接近，两个检兽测授点份Q胆－棚s混曲线见捧图位3恒。童图得3亩同一位置地菠基土及复合地林基载荷试验曲朋线暖Fig.3茅Q-sc盟urves娇ofthe叙岸natura舟lsoil化andt商hecom龄posite话found右ation请onthe闷same折site浅图中曲雁线爬1域为地基土的试凝验曲线，曲丹线贱2券为复合地基的投。不考虑因打笼桩而使桩间土州的承载力得到献提高。当沉降农量为特15.33m冲m逃、即试验荷载蔽达师到讲440kP盯a级时，查曲卫线图1阿，约健为情230kP讯a荷，而原设计期彻望此时桩间土努能提中供秘2搅倍承载力特征戴值、傻即秋280kP眨a少。因变形不足姻，桩间土没有沃提供足够的承尚载力，该不足胁部分、础即浓50kP甜a倦转移到桩承担严，这样，该桩撒承担了划约催940k录N耕的荷载，是原券设计单桩极限驻承载力落（牢2辛倍设计承载力肆特征值，笨即测740k构N慨）雅的稀1.2吼7漠倍。从本例可咱看出，当桩顶建垫层较薄、不姻能够充分发挥现桩间土的承载饰力时，桩分担枝的试验荷载可野能会超过其极套限承载力，从娘而可能会造成擦破坏。不少学纱者主张，由于兼试验时受承压舌板尺寸限制，柜受检复合地基序的面积置换率挖往往与设计不衫同，应按相同忆的置换率进行纠试验。汽但贸如果这样做，我