厦门某工程大直径锤沉降管混凝土灌注桩设计

厦门某工程大直径锤沉降管混凝土灌注桩设计

1孤石质粉桩型大直径锤沉降管混凝土插销桩是指直径为560.700mm的机械螺纹桩。厦门岛是个燕山晚期花岗岩侵入后形成的,其大部分地区下覆的岩层适合采用这种桩型。但在花岗岩残积砂质粘土层中往往存在大小、数量不一的孤石,这些孤石的存在是这种桩型不利的地质条件;若处理不当,将给工程结构安全埋下隐患。下面介绍厦门某工程采用大直径锤击沉管混凝土灌注桩基础设计及施工中遇孤石夹层的处理方法。2项目介绍2.1住宅公寓建筑结构形式该工程位于厦门市湖滨南路西端与西堤南端交叉地段,为高层住宅公寓,地下1层,地上24层,建筑面积为19813m2,结构形式为框架—剪力墙结构。基础采用大直径锤击沉管混凝土灌注桩,桩径↣φ600mm,共190根。2.2岩面埋深41010m/s的岩面层结构该工程位于海湾滩地经填海成陆地段,各岩层自上而下(均全场地)分布如下:(1)杂填土层:厚度3.4~8m;(2)素填土(填砂)层:厚度为0.7~6.6m,渗透系数1.2×10-3cm/s;(3)海相淤泥层:厚度0.7~5.6m,呈流塑~软塑状;(4)粉质粘土(含砂)层:厚度0.7~7.0m,呈可塑~硬塑状;(5)花岗岩残积砂质粘土层:厚度0.6~12.3m,呈可塑~硬塑状,有少量孤石;(6)强风化花岗岩层:厚度为1.6~9.4m,其岩面起伏较大,埋深为10~20.3m;(7)中微风化花岗岩,其岩面埋深为12~21m;(8)基岩:全场地分布。2.3竖向设计值基础设计采用大直径锤击沉管混凝土灌注桩,桩径d=600mm,桩靴直径为D=700mm,桩端持力层为强风化花岗岩,单桩的竖向承载力设计值为3000kN。经现场试打桩后确定最后3阵每阵10锤的设计贯入度为≤15mm,桩身混凝土强度等级为C30,纵向配筋为12↣φ18通长。3单块开采和施工方法3.1程中遭遇的孤石桩身和桩身变化情况当桩打到残积土层有以下现象时,可判断桩基施工过程中遇到了孤石:桩长明显未达到设计要求或持力层埋深明显与地勘报告中反映的不一致,但贯入度已达到;桩身发生倾斜;贯入度发生剧变;桩管严重反弹。3.2孤石补桩的确定该工程桩施工中发现西南角5500m×4600m范围存在一块大孤石,按设计图纸的桩位布置,有5根桩落在这块孤石上,如图1所示。虽然经设计同意、在孤石范围以外补了3根桩,考虑桩的最小间距已基本无法再加桩,同时孤石上也浇筑了5根桩。原设计认为把这些桩以大承台连接在一起整体考虑,能满足设计要求不作其他处理。我们在质量监督过程中提出应补充地质勘探,在了解了孤石的厚度、坡度及孤石下卧软弱层的厚度、标贯等情况后,再研究决定是否进一步补桩处理。最后设计、建设等单位同意补充勘探,并确定补勘两个点:一个点在孤石中部附近,另一点在孤石边缘附近。3.3顶面覆盖下孤石为硬塑质粘土层经补勘表明:孤石中部附近厚度为2.8m,边缘附近厚度为0.5m,孤石底面标高(埋深12m)基本在同一平面上;两钻孔间距为2.2m,孤石顶面坡度为46.3°。孤石中部顶面覆盖流塑-软塑的淤泥,孤石边缘顶面覆盖可塑~硬塑的含砂粉质粘土层,厚度1.9m。孤石下卧层为残积砂质粘土,厚度5.2~5.9m,其标贯为9~25击(平均击数为17击)。3.4qper模型及桩侧阻力设计值根据补充地勘结果,桩端遇孤石(距桩端以下6D范围内)存在低于桩端持力层标准贯入击数的下卧软弱夹层时,以《大直径锤击沉管混凝土灌注桩技术规程》(广东省标准DBJ/T15-17-96,以下简称《规程》)提供的公式计算单桩竖向承载力设计值为R=cβpqpiAb+βsu∑qsili(1)R=cβpqpiAb+βsu∑qsili(1)式中:R为桩基中基桩的竖向承载力设计值;βp为桩端阻力修正系数(由桩端平面以上3D厚度范围土层平均标贯击数,按内插法查表);βs为桩侧阻力修正系数,一般取1.0,考虑桩端支于孤石上,摩擦力不能充分发挥,可酌情降低;qpi为桩端软弱下卧层i处端阻力设计值;qsi为第i层土的桩侧阻力设计值;Ab为桩靴平面面积;u为桩身周长;li为在第i层土中的桩长;c为软弱下卧层效应系数。取孤石边缘最不利的地层剖面进行计算:R=530kN<<3000kN(设计要求)。取孤石中部最不利的地层剖面进行计算:R=765kN<<3000kN(设计要求)。由此可见,孤石上已浇筑混凝土的5根桩基总的竖向承载力设计值约3300kN,即仅相当于原设计的一根桩的承载力设计值。若考虑到孤石顶面倾角达到46.3°,且孤石顶面局部上覆淤泥层,桩端的稳定性可靠度较差等因素,则这5根桩的竖向承载力还要折减。因此,孤石上5根桩基总的承载力远远不能满足原设计的要求。3.5沉管桩桩的评价从数量上看,设计部门认为再补两根钻孔灌注桩,即可满足原设计的要求,我们在质量监督过程中提出异议,认为这样补桩,尚不能完全满足原设计要求。理由是:原桩基为沉管桩,桩的挤土效应对桩的竖向承载力具有一定的贡献;若补桩采用泥浆护壁钻孔桩基,在钻进施工过程中,会使已挤密的土层内部应力释放,其周边已施工的沉管桩桩周土颗粒结构将重新排列,土的挤密效应的作用将会减少,其沉管桩的承载力也将会降低。为此设计单位同意在孤石范围共补4根钻孔灌注桩,如图1所示。4设计与补充桩的计算4.1补偿桩的设计技术要求钻孔桩桩身混凝土等级为C30,桩径d=700mm,桩持力层为中风化花岗岩,桩嵌岩深度为≥1m。4.2竖向承载力设计值根据《工程地质勘察报告》提供数据:中风化花岗岩桩端极限阻力标准值为12000kPa;粉质粘土(含砂)层、残积砂质粘土层、花岗岩强风化层桩侧极限阻力标准值分别为35,50,60kPa。以《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94,以下简称《规范》)提供的公式,即根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系公式计算钻孔桩单桩竖向承载力设计值:R=3703kN>3000kN(设计要求)。经补桩后,多余的两根桩作为其周边沉管桩竖向承载力因挤土应力释放的补偿和安全储备之用。这样的设计处理使整个承台桩的结构安全度得到可靠的保证。4.3桩身混凝土轴线抗压强度根据《规范》规定取桩身混凝土施工工艺系数ψc=0.8,桩身平面面积Ap=0.385m2,桩身混凝土轴心抗压强度设计值fc=15×103kPa。则ψcfcAp=4620kN>3000kN(设计要求),钻孔桩桩身承载力满足规范和设计要求。5大直径沉管桩施工工艺和主要技术要求5.1桩底定桩基础轴线放样→放置桩靴→桩机就位→吊装桩管→测定桩管垂直度→锤击沉管→打桩记录→按收锤标准收锤→探灯检查孔底情况及处理→放置钢筋笼→再次探灯检查孔底情况→浇注混凝土→振动抽管和测桩径→收管并冲洗桩管→完成整桩和全部记录。5.2桩管及开桩过程控制要点(1)沉管顺序原则上由中间往外打。当群桩基桩中心距小于4倍桩靴直径时,应按地质情况,认真考虑打桩顺序以保证邻桩桩身混凝土质量。(2)每次打桩前应清除桩管内壁污垢物。(3)桩底有可能进泥进水时,应在桩管与桩靴间采取止水措施,若桩管进泥进水严重,应采取有效措施清除干净。(4)打桩过程应尽量避免中途停止施打。(5)桩管出现倾斜和移位,情况不太严重时,可根据工程条件将桩管拔出或桩管调正后继续将桩完成。(6)场地内的地面隆起严重或邻桩发生严重移位时,应根据工程条件调整打桩顺序。(7)当沉管深度远未达到设计桩长要求而出现反弹严重或发生倾斜、移位时,可根据工程条件,将桩管拔出或暂时终止沉管,经设计等有关部门研究同意后,调整桩位继续将桩完成。若又出现类似的情况,则应在桩的邻近补充地质勘察,探明情况后提交设计及有关部门研究处理,不得私自处理。(8)沉管收锤时,若桩长达到设计要求,但贯入度仍不能满足收锤的设计要求时,应根据工程条件,由施工单位提出处理意见并经设计及相关部门研究处理。(9)在浇筑桩混凝土时,在软弱土层和软硬交界处拔管速度要放慢,在流动淤泥层中甚至要停拔,待混凝土扩散到一定程度后再拔管;桩管底拔至承台底标高0.5m以上后方可停止振动。6对桩底板质量的检验和评价6.1低应变动力试验研究该工程沉管桩施工竣工后,共完成203根。按持力层埋深,地质情况及结构受力情况对工程桩进行分类随机抽样,共抽选65根作低应变动力检测试验,占总桩数的32.02%(其中一桩一柱的取100%检测)。检测结果为:Ⅰ类桩37根,占总检测数的56.92%;Ⅱ类桩28根,占总检测数的43.08%;桩基低应变检测均合格。6.2单桩静荷载试验根据低应变检测结果,并结合工程桩的结构受力情况,在Ⅱ类桩中随机抽选具有代表性的3根(桩号分别为40#,77#,159#)桩作单桩静载荷检测试验。静载结果:3根桩最大加荷均为5100kN,其Q-S曲线图均未出现陡降,S-lgt曲线图较均匀未出现明显跳跃;3根桩中累计沉降最大为19.62mm,最小为12.92mm。单桩竖向极限承载力标准值均≥5100kN,满足设计要求。6.3桩身承载力验算后补的4根钻孔灌注桩中随机抽选1根进行钻芯取样检测试验,取芯检测结果:桩身混凝土芯样采取率100%,桩底无沉渣,持力层为中微风化花岗岩;桩身混凝土芯样试块取3组,其抗压强度平均值为31.1MPa,最小值为24.0MPa。以桩身混凝土芯样试块抗压强度最小值,核算钻孔桩桩身承载力:ψcfcAp=3696.0kN>3000kN(设计要求)。经设计部门确认钻孔桩能满足结构安全和使用功能的要求。6.4工程桩的验收综上检测结果,并核查有关工程桩的技术资料,其质保资料基本符合要求,该