各类型桩基础需岩土工程勘察服务的主要内容和方法经验

岩土工程勘察服务的一些主要内容和方法经验桩基础专题1、概述岩土工程勘察服务于工程建设的全过程。“利用工程地质的基本理论并结合当地的工程地质条件，解决实际的工程地质问题，是土朩工程师的历史责任和应尽的义务”。（上世纪九十年代及以前，我刚毕业的时候，当时就叫工程地质勘察，主要是查清楚地基的地质情况，对岩土评价较少，对后期的设计、施工基本是不参与的，勘察报告是比较纯粹的“地质”报告）1、服务很重要很必要一个单位综合势力除了进行野外勘探、试验并提交的勘察报告外（由于规范、程序越来越完善，这一点，很多单位都做得不错），更重要的是体现的服务上，服务主要是解决一些实际的问题，问题解决的好坏，更能体现竞争力（替业主解决问题，让人印象深刻，与更多的相关人员交流，可以积累人脉关系，提高单位与个人的知名度）。同时，勘察人员参与工程建设的全过程，一方面能检验我们先期的勘察成果，及时发现问题，便于下次相类似工程不犯相同的错误，总结经验，提高勘察报告质量。同时熟悉与岩土相关的建设过程，拓展了知识面，从而能更好的理解各类岩土参数的适用条件。有了丰富的岩土工程知识和经验的前题，才有可能在岩土工程勘察时做到勘察工作量布置科学合理、工程地质条件清楚、反映问题全面、测试项目类型选择精准、所提参数符合实际、岩土评价到位、建议高明适用，对工程建设极具指导意义。桩基服务：首先介绍一下桩的类型及施工机械2桩型及桩机类型2.1型钢及植桩机（型钢有工字钢、槽钢、拉森钢板桩等，主要用于基坑围护，钢管桩用于大型桥梁、码头、石油平台等水上项目较多，要求荷载大，便于大型打桩船施工）型钢振动植桩机振动锤液压夹桩器型钢静压植桩机静压植桩机应用于高级公寓扩建工程钢管桩钢管桩平台拉森钢板桩2.2预制桩及沉桩机械2.2.1预制桩类型：现浇预制方桩、预应力管桩（PC、PHC、PTC）（预应力管桩PC、高强度预应力管桩PHC、预应力薄壁管桩PTC，《增强型预应力混凝土离心桩》图集，[2008浙G32]，T-PC、T-PHC、T-PTC）增强型预应力混凝土离心桩预应力混凝土大直径管桩预应力混凝土大直径管桩及承台2.2.2沉桩类型：静压法：采用滑轮组、液压机（静压法沉桩往往用于软土地区，采用桩架的重力，将桩压入土中）履带式静压打桩机（滑轮组、顶压）自行式液压静压打桩机（抱压）预制管桩桩头预制方桩及桩头（预制管桩大部分不用专门的桩头，呈开口式的，JGJ94-2008公式5.3.8-1中的λ“桩端土塞效应系数”，我们所提供的桩端承载力并未考虑的）锤击法：主要为柴油锤：分筒式柴油锤和导杆式柴油锤筒式柴油锤冲击式打桩机导杆式柴油锤冲击式打桩机振动+静压法（设备与沉管桩相类似，在上世纪90年代，同一设备一般为打沉管灌注桩与预制桩两用，桩架相对较小，自重可以要求较小，对穿过薄层的密实的粉土、砂层效果物别好，因振动使其液化，阻力大降低，随着预应力管桩，特别是薄壁型的广泛应用，抗剪强度较低，振动极易造成桩身产生裂纹，甚至断裂，现在使用较少。）2.3灌注桩及成桩机械（灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。）灌注桩施工机械使用范围及选用：灌注桩基础施工工艺过程繁多，在整个施工过程中，关键环节是钻孔。因此钻孔机械的选用尤为重要，其它工艺过程的机械随钻孔机械而进行配套。钻孔机械就是灌注桩基础施工的主导机械。钻孔机的种类有：旋转式钻孔机、冲击式钻孔机、冲抓钻机、套管钻机、潜水钻机等。各种钻机有其各自的工作特点和使用范围。灌注桩施工机械使用范围2.3.1沉管灌注桩：（沉管灌注桩是指利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中，然后边浇注混凝土（或先在管内放入钢筋笼）边锤击或振动边拔管而成的桩。前者称为锤击沉管灌注桩及套管夯扩灌注桩，后者称为振动沉管灌注桩）1）振动+静压法：振动沉管灌注桩自行式沉管桩打桩机（静压+振动）沉管桩预制桩头2）锤击沉管灌注桩（锤击较静压穿透能力强，常用作夯扩桩

）夯扩桩的成桩原理

3）干取土沉管灌注桩（沉入钢管干取土灌注桩是适用于软土地区。主要用于基础与深基坑围护工程。干取土沉管灌注桩为弱挤土桩型，它既克服了钻孔灌注桩孔底沉渣、废泥浆弃置困难和水下砼施工质量难以保证等缺点，又克服了沉管灌注桩挤土效应强而易对邻周环境造成不良影响，主要是为了解决挤土效应对周边建筑物的影响。）干取土沉管灌注桩施工2.3.2钻孔灌注桩钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。按成孔机械分类：冲击钻成孔、钻孔、冲抓成孔、旋挖成孔、人工挖孔。1）冲击钻成孔灌注桩冲击钻成孔机冲击钻钻头2）回转钻成孔灌注桩钻孔灌注桩施工反循环钻进成孔牙轮钻头三角合金钻头牙轮钻头、合金钻头*潜水钻成孔潜水动力装置由潜水电机通过减速器将动力传至输出轴，带动钻头切削岩土，工作时动力装置潜入孔底直接驱动钻头回转切削，钻杆不转只起连接传递抗扭、输送泥浆的作用。潜水钻机潜水钻机水下动力头3)冲抓钻成孔灌注桩冲抓钻成孔示意图冲抓钻钻机4）旋挖钻成孔灌注桩中国南车TR400C型旋挖钻机旋挖钻头（TR400C型旋挖钻机在施工深度、可靠性和稳定性等方面均取得了突破。设计钻进深度105m、桩径3m，成为大口径、深基础桩基工程的理想选择）5）人工挖孔桩人工挖孔桩6）挤扩钻孔灌注桩挤扩钻孔灌注桩2.4搅拌桩及成桩机械水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，是软基处理的一种有效形式，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高基础强度。实际上主要是一种软基处理方法。（本次讲座仅介绍一下施工机械）根据搅拌轴的多少分为单轴和多轴，多轴主要有两轴和三轴，其中三轴搅拌桩机械功率大、处理深度大，搅拌均匀性好，软土地区SMW功法一般使用三轴搅拌桩。单轴深层水泥搅拌桩机双轴深层水泥搅拌桩机三轴深层水泥搅拌桩机（真的很高大，目前处理最大深度大65m）

3各类型桩常遇需勘察人员解决的问题3.1型钢1）型钢主要用于基坑围护，土质边坡支护，作为永久性结构较少，我们勘察报告中几乎没有建议，因此遇到的问题较少。采用振动锤施工，穿透能力强，在软土地区，除塘坝、老厂区较厚的填土、多层填土，表层未能完全剥离外，一般沉桩问题不大。勘察时主要查明浅层埋藏物，在可疑的地方，除间距30m的钻孔外，根据需要采用麻花钻等小钻孔加密查浅层埋藏物。2）钢管桩一般用于码头和大型桥梁，采用大型打桩机，无论是锤击法还是振动法，其能量大，钢管桩强度高，穿透力强，一般的砂、卵（砾石）因顶板起伏不太大，且易进入，因此不会遇到太大问题。但之所以要用价格昂贵的钢管桩，除了施工条件限制外（如风急浪大的海上钻井平台），往往是地层复杂，单桩承载力要求很高的场地，因此不可掉以轻心。（如在宁波镇海的化工码头位于镇海口小岛岩质海岸附近，基岩面起伏大，多分布块石，采用钢管桩内钻孔锚杆锚固、内灌注砼的桩型，很难判定岩面，有的沉管后采用冲除桩内土层，再采用水鬼潜水探摸的方法。）3.2预制桩3.2.1预制（混凝土）桩静压法施工静压法施工对桩的强度要求最低，对桩的损伤最少，现浇预制方桩、预应力管桩（PC、PHC、PTC、T-PC、T-PHC、T-PTC）静压法施工都是可行的，从成本考虑，一般薄壁型预应力管桩（PTC、T-PTC）使用较普遍，缺点是受地层影响沉桩难度较大，因此施工时需要桩架有足够的配重反力。一、须要了解的内容打试桩或施工时需处理问题时，我们首先必须要了解的内容：=1\*GB3①单桩设计承载力、桩径、桩长、节数、各节长度、连接方法；=2\*GB3②地层条件：持力层性质、持力层以上可能沉桩困难的土层（浅部塘渣的粒径、埋藏物、长桩较深部黏性土中的粉土、砂夹层很重要）；=3\*GB3③施工参数：机架配重、压力表是否准确，设计一般有压桩力控制。二、必备的二点知识=1\*GB3①细粒土（黏性土）：特别是高灵敏度的软黏土，其灵敏度有时高达5～10，在压桩时的土体扰动，仅有桩端是原状，其强度低，侧壁的动摩阻力很，因此其压桩力要远小于静载试验承载力。通过隔时复压试验，得到饱和软黏土中静压桩承载力的增长曲线，前期增长快而后期较慢，25d时增长幅度在2.5倍以上，时间效应非常明显。=2\*GB3②粗颗粒土：这里指粉粒以上的土，与黏性土完全相反，瞬时的端阻力比静载时的承载力要高很多，一般要大于2～3倍以上，特别是粉细砂层，号称“铁板砂”，压桩时的超静孔隙水压力不易消散，一段时间消散后阻力会有惊人的降低。三、经常遇到的问题=1\*GB3①桩压不下去、=2\*GB3②桩太容易下沉，达不到压桩力控制指标、=3\*GB3③打好的桩承载力达不到设计要求四、解决常遇问题的方法及思路=1\*GB3①“桩压不下去”这是静压桩施工中最常遇到的问题，解决问题要从地质、设备、施工控制三个方法去查找原因，其中可能的原因有：桩配重不够（配重不是越大越好，成本提高、行走不便、地基土承载力不够易造成桩架倾斜、挤土破坏已施工基桩（压力表、设备大小、压块多少、经验判断））；功率不够、电压不足（很少碰到了）；土层原因：要穿过粗颗粒硬层、很厚的硬土层（可塑以上，厚度5m以上）、夹有粉土、粉砂层的黏性土层（这是我们需要重视的，在勘察时由于取芯率低、编录不认真往往被忽略的的质量事故，静探曲线能很好地反映情况）；桩头中带入大直径块石：塘渣粒径太大，沉桩前未清除，被桩头带入土中，在土层稍好时造成桩端面积太大，端阻力过大（从桩边孔隙可以判断）；桩头碰到埋藏物：基础设备地基、古树、桩头碰到邻桩（在同一承台，先施工的桩容易沉，后施工的桩沉不下去）、地下管线、地下工程等。总之桩沉不下是经常碰到的，而且原因太多，要多看、多分析，平常多积累，只有找到原因才能提出合理的解决办法。解决办法要比找到原因简单得多，无非是从进一步查明地层、调节设备配重、调节沉桩速率、复压、清除桩头大直径块石、机械成孔清除障碍物、拔桩重施工、补桩、更换沉桩方式、直至变更桩型。=2\*GB3②“桩太容易下沉，达不到压桩力控制指标”，这样的问题也是经常碰到的，这个问题主要有两个方面原因：一是设计教条，制定的压桩力指标太高不合理，监理（包括业主）没经验，实质是不懂地质，岩土施工经验没有，没弄清桩的承载力与压桩力间的关系（前述过，黏性土的压桩力要远小于极限承载力，可以小于0.4倍以下）；另一个原因就是原地质条件没查清，如有重要持力层局部缺失或性质变差，或所提的承载力参数偏高。对于这条，原因比较好找，但要给出定量的结论很难，首先要保证自己的勘察资料的准确，这是前提。在充分了解地层的基础上，在确保承载力可满足设计要求的前提下，确定合理的压桩力控制指标（需要足够的知识和工作经验，同时承担风险）；对于可能的局部持力层缺失、变差，造成压桩力变小的，同时承载力不能满足要求的，采取补桩、增加桩长补救，必要时进一步查明地层变化情况；对于建议的承载力参数偏高的情况要按试打桩及静载成果，对参数建议值进行修正，并确定合理的压桩力。=3\*GB3③打好的桩承载力达不到设计要求第一种是因施工方法不当或条件限制，未能达设计的入持力层深度，如以粗颗粒土作桩端持力层的，在超静孔隙水压力消散后进行复压（俗称“跑桩”）；另一种是达到设计要求后承载力不够，需补桩，这是岩土工程师需要避免的，至少在打试桩的阶段要解决。3.2.2预制（混凝土）桩锤击法施工锤击法施工桩的穿透能力强，对要穿过厚层硬土、粗颗粒土效果较好（瞬时液化效应），但由于噪音大，受施工环境限制。施工对桩的强度要求较高，有关标准对不同的桩型都有对锤击冲能及总锤击数的限制，以避免对桩的冲击破坏和疲劳破坏。为保证桩的质量选定的桩锤的原则是重锤小行程。在需要穿过难度较大土层时，需要大的冲击能和较多的锤数时，不宜选用薄壁型管桩。较好的持力层顶板起伏太大和软土层与硬质基岩间无过渡层的不应选用管桩，更不宜选用锤击法施工。一、须要了解的内容需要了解的内容大部分同静压法相同，包括桩的规格、设备及地层，其中地层中较难穿越的地层和桩端持力层尤为重要。了解桩锤的参数，为确定打桩标准如贯入度、标高和调整锤参数提供依据。二、经常遇到的问题=1\*GB3①桩沉不下去、=2\*GB3②沉桩贯入度达不到控制指标、=3\*GB3③打好的桩承载力达不到设计要求三、解决常遇问题的方法及思路=1\*GB3①锤击法施工一般比较容易贯入，在主要持力层或需要穿透的土层粗颗粒较大时，需要更换较大的锤重，不宜一味增大行程和无节制的增加锤击数，避免桩身损坏，对有疑问不放心的桩，要建议重点检测和进行静载试验。对特别异常的无法沉桩的，要立即停止锤击（可能有未查明地下工程、埋藏物或斜桩桩头偏向已施工桩），查明原因后再研究解决，避免酿成大事故。在可能有基岩隆起的场地，不可盲目施工（方案建议就要否定掉，不过总有顽固的业主）。=2\*GB3②“桩太容易下沉，达不到贯入度控制指标”：一是要选择合适的锤击参数；二是原地质条件没查清，如有重要持力层局部缺失或性质变差；三要避免桩端遇到太硬的持力层，如基岩或块石、漂石，或桩身有缺陷，已入土桩体破坏，上面边锤击贯入，桩端边损坏，象个无底洞一样到不了底，这样的桩需要动测测桩的完整性和桩长。=3\*GB3③基桩承载力达不到设计要求除地质因素外，桩体损坏的因素比较大。3.2.3预制（混凝土）桩振动+静压法施工振动沉桩施工在有的地层，如粉土、砂、细砾层因液化作用，桩的穿透能力比锤击法还强，但对桩的破坏较强，特别是预应力管桩，振动后三类桩、四类桩较多，一般是采用静压施工，为了穿透某个硬层，局部使用振动。现在很少用。3.3沉管灌注桩：3.3.1振动+静压法：振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩施工与上述的预制桩相类似，但适用性要比预制桩大得多，因为成桩时其外面是刚性、强度和韧度都很高的钢管。因为不是预制的，桩长易控制，特别是在荷载要求不太大，持力层起伏很大的地方特别适用。但桩的质量受施工影响很大，具体的施工工艺及桩的检测有专门的书籍，有机会以后再谈。在试成桩时主要是标高和抬架来控制的，在黏性土做桩端持力层时以标高控制为主，是否抬架控制为辅，在粉土、砂层中双指标都很重要，在碎石土或风化基岩中，以抬架控制为主。因此桩架的配重很关键（注意事项与预制桩架相类似）。在软层直接到达硬桩端持力层，顶板起伏很大的场地，为了桩的稳定性，需要桩端尽量嵌入硬层，在风化岩分布区进入很困难，很容易抬架，需配合振动沉桩，如果振动10～20秒内无明显下沉（小于10mm左右），应停止振动，否则混凝土预制桩头会破坏，可能发生两种情况：一、桩头破碎，地下水土进入桩管内，造成桩身和桩头间巨厚软土、桩身夹泥；二、桩头嵌入桩管内，拔管时将桩头带上，造成桩头未达持力层。最终的同一个结果是基桩的承载力达不到设计要求。3.3.2锤击沉管灌注桩、干取土沉管灌注桩（锤击沉管灌注桩，常用作夯扩桩

，在嘉兴很普遍，我没接触过，需要学习）（在整个工地均采用了沉管桩，有局部靠近已有建筑而采用了麻花钻干取土，然后施工沉管桩的，减少挤土效应的。）3.4灌注桩3.4.1泥浆护壁成孔灌注桩成孔机械及钻头的类型不同，施工中遇到的问题及入桩端持力层深度的判断有很大的不同。旋转式钻孔机、冲击式钻孔机、冲抓钻机、套管钻机、潜水钻机等。各种钻机有其各自的工作特点和使用范围。冲击钻成孔灌注桩冲击钻成孔是靠冲锤的的在重力作用下对岩土体产生冲击破碎，在冲锤的搅动下泥浆将岩渣悬浮出，同时间断地进行捞渣，保持冲锤直接作用于被被碎岩土体。冲锤作用效能与岩体的完整性、强度关联外，与冲锤的重量、速度的平方成正比。对岩体的冲力与速度及弹性系数成正比，与锤重的平方根成正比。落距及泥浆的稠度、比重决定锤速，锤重应尽量大，但受孔径、动力限制，孔底岩渣对钻进效率起到关键性作用。E0=（mv2ρ）/2；KY2/2=E0；K为垫层的弹性系数，Y为变形；P=KY=√(2E0K)=VK√(mρ)根据碎岩机理，可以了解其中可塑以上的黏土层，因土层柔韧性好，易消能，K值小，钻进效率不高；坚硬的岩石，其它的钻进方法成本高、效率低，因其K值很大，冲击钻进显示了其的优越性，在判定桩端嵌岩情况时主要从捞出的岩渣的新鲜程度、磨圆度、均匀性，综合地质、钻进参数进行判定。不考虑上部岩渣影响下，进入新鲜完整基岩时，岩渣是新鲜、棱角分明、均匀性较好，一般呈长短轴差距不大的多面体。遇到最多的问题是桩打不下去，且与勘察报造地层差异很大，eg.温州藤桥项目比较典型。地层：黏性土、卵石（局部含漂石）、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中～微风化花岗岩，嵌岩桩，钻进：回转合金三角钻至卵石层打不动后改用冲击钻，冲击钻钢块采用铁路钢轨。结果在卵石底部无法钻进，施工单位坚信已经嵌岩，不肯继续钻进。分析原因：1、卵石层厚，粒径大、岩质强度高；2、卵石下巨厚全风化花岗岩K值小，冲击能损耗大；3、铁路钢轨的硬度不够高；4、泥浆质量差，岩渣不易排走。造成软硬相间的保护层，钻进象弹棉花，钻头钢块损耗大，掉落的钢块进一步阻当钻进，造成恶性循环。根据原因采取相应对策：用磁铁捞净废钢、改善泥浆，增加捞渣量、采用高硬钢块。效率明显改善。岩渣放大图（干）岩渣放大图（湿）冲击钻成孔灌注桩岩渣2）回转钻成孔灌注桩回转钻一般是利用钻杆带动钻头扭转进行破岩的，其中潜水钻的动力电机在钻头上，有节能优势，但功率做不大，一般嵌岩是不可能的，对密实的碎、卵、砾石土也很困难。回转钻进的，根据碎岩机理不同，主要有两种钻头：一是合金三角钻，利用硬质合金在在一定的钻杆轴向压力下，轴心旋转，具体的每一颗合金是作圆形线状运动，对岩土体进行刻划、切削。适用性较广，对于Q2以后沉积中细粒的碎、卵、砾石，基本对岩质颗粒不进行破碎，只是松动带离，因此岩渣容易与勘探岩芯对比判断的，对于大颗料卵石、及块石、漂石，要综合钻机反应、钻进速度稳定性、岩渣的纯净度、风化程度、磨度、均匀性综合判定。新鲜完整的基岩岩渣是岩质新鲜、棱角分明、呈扁平状为主、均匀性较好。具体颗粒大小同岩质、钻机动力、钻头有关。岩体较破碎局部放大图三角合金钻头较硬岩的岩渣回转钻进的另一种常主要钻头是牙轮钻，牙轮钻其在黏性土中工作效率不高，因其价格昂贵，一般只用在嵌岩桩的嵌岩部分。其工作机理是钻头钻杆带动钻头胚体上的牙轮滚刀在岩面上滚动，每一牙齿滚动冲击岩体就象一把独立的尖头铁锤或凿子一样压入岩体，对正下方岩体产生冲击力，对两侧产生挤压剪切力，如下图所示。在新鲜完整的岩体上产生的岩渣应该是岩质新鲜、颗粒较小（一般不大于牙轮齿间距），棱角不太分明、呈长圆胼状，扁平状为主、均匀性较好。从放大图看，断口特征明显，尤其是细粒的侵入岩、熔结凝灰岩，具贝壳状断口。牙轮钻的碎岩机理牙轮钻较硬岩岩渣岩渣放大图（干）岩渣放大图（湿） 强风化岩的岩渣不管什么钻头，要保证钻进速度，除了设备因素、地质因素外，最关键的一点是要保证钻头与岩面间的有效接触，及时排除岩渣才能保证钻头的有效工作，同时大减少回转阻力。除了泥浆参数合理外，最有效的方法是采用反循环钻进。正循环由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流人泥浆池，经沉淀处理返回循环池。反循环喷

正循环钻进反循环钻进反循环钻机是在桩尖抽浆，造成负压，在不稳定的地质中慎用，当反循环泥浆不能及时从泥浆沟流进桩口，造成泥浆面太低，易造成塌孔。因反循环是将渣直接从泵管抽出，钻进速度理论上讲是反循环钻进速度快。3)冲抓钻成孔灌注桩冲抓钻所采取的岩芯具有一定的原状结构，一般对埋深20m以浅的松散卵、砾石层工作效率较高，所采取的岩渣容易判断。对密实的碎石土层、可塑以上的黏土、基岩效率低，或根本无法钻进。有的设备能钻到孔深60m以上，但深孔综合功效不太好。3.4.2旋挖钻成孔灌注桩旋挖钻所采取的岩芯具有一定的原状结构，对于黏性土很明显，卵石、砾石、强风化硬质岩等比小口径岩芯钻机取芯还是更加直观、明显，容易判断。在软质岩中，由于施工单位、监理人员的经验不足，还有可能施工按工作量结