联合检测法控制桩基质量的技术应用

刘万锋 杨永东 郭建博(陇东学院土木工程学院，甘肃 庆阳 745000)

1 工程概况

庆阳市某经济开发区办公楼工程为六层钢筋混凝土框架结构，建筑面积10150m2，基础采用钢筋混凝土预制桩和钢筋混凝土承台梁联合体。预制桩截面尺寸为300 m m×300 m m，桩长6 m，共628根。

1.1 地质特征

1)填土层：以褐色轻亚黏土为主，夹小卵石、砖块、碎屑、垃圾土等，厚度变化于0.5-1.2之间，稍湿。

2)轻亚黏土：褐黄色，具有虫孔孔隙，以黏土为主，含少量黏土团粒，2.0以下含水量增大，手捏可成团。硬塑一可塑一软塑，稍密一中密，稍湿一湿一饱和，厚度变化于2.15—3.10 m。

3)圆砾：杂色、料径小于2cm，以1cm 居多，含少量轻亚黏土和粉细砂，钻进容易。松散一稍密，含水。厚度变化于0.3-1.2 m。承载力标准值fk≤200kPa。

4)砂卵石：杂色，卵石、磨圆度较好，球度较差，以结晶岩为主，随深度增加，卵石粒径变大，粒径2-5cm的占50%，5-10cm的约占15-20%，个别达15cm，为各类砂充填，钻进困难，稍密一中密，含水，厚度变化于3.9-4.5 m，承载力标准值fk≤450kPa。

5)砂岩：砖红一橘红色，以长石、石英石为主，泥质胶结、坚硬、冲击钻进困难，在空气中遇水强烈风化，承载力标准值fk≤450kPa。

1.2 勘察结论

1)施工区域地貌单一，地层结构较为简单，卵石层顶层板埋深3.5—4.5m，厚度3.9—4.5 m，起伏不大，层位稳定。

2)场内地下水埋深2.5—2.8m，该水对混凝土无侵蚀性。

根据以上地质勘察资料综合考虑，决定将该桩设计为端承桩，持力层为砂卵石层，单桩竖向承载力设计值R=280kN。

2 确定单桩竖向承载力

正确确定桩基竖向承载力是关系到桩基设计与经济的前提和关键。目前在国内外，确定桩基竖向承载力的方法主要有：1)静载荷试验法；2)高应变动力检测法；3)打桩公式法(动荷载试验法)；4)经验公式法(按土的物理性质指标查表)；5)理论公式法(根据土层抗剪强度指标按不同计算图示估算法)[1]；6)参照本地区使用类似桩基实验估定法。但是，静载荷实验法费时、费力、费料；打桩公式法确定承载力有一定的离散性；经验公式法虽被有关规范、规程广泛采用，但它们是建立在大量静载荷试验资料分析的基础上；而高应变动力检测法确定单桩竖向承载力，经大量静动对比实验证实了其可靠性。所以本工程单桩竖向承载力采用了高应变动力检测法，即实测力的波动方程法。

2.1 用“经验公式法”估算单桩竖向承载力标准值

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)得知，该工程为二级建筑，桩为端承桩，则有：Rk=qp×Ap

式中：

Rk—单桩的竖向承载力标准值；

qp—桩端土的竖向承载力标准值，可按地区经验确定；

Ap—桩身的横截面面积；

已知Ap=0.09m2，取预制桩桩端砂卵石承载力标准值 qp=3500KPa；则 有 Rk＝ qp·Ap＝ 3500×0.09＝315(KN)根据GB50007-2011附录Q规定：Rk=Quk/2，即单桩竖向极限承载力标准值Quk/2=2QRK，则估算QRK=2QRK=2×315=630(KN)；根据 GJG94－ 2008的公式R＝QRK/rsp；查表取rsp＝1.65，估算R＝QRK/rsp＝630/1.65＝ 382(KN)。

2.2 用打桩公式法试算单桩竖向容许承载力[2]

采用weisback公式：

式中：Ra—单桩竖向容许承载力；

AP—桩的实际截面面积；

E—桩的弹性模量；

WH—打桩机的锤重力；

H—桩锤落下高度；

L—桩长；

已知选用D18筒式柴油打村机打桩，锤重力WH＝18KN，桩锤落下高度H＝0.08m，桩的弹性模量E＝2.1×107kpa，桩的实际截面面积Ap＝0.09m2，桩长L＝6m，根据经验取贯入度S＝0.004m，使用Weisback公式(打桩公式)，求单桩竖向容许承载力Ra：

根据GB50007-2011附录Q规定，试算该工程桩的单桩竖向极限承载力标准值为：QUK＝2Ra＝2×301＝602(KN)，而试算R＝QUK/rsp＝602/1.65＝365(KN)。

2.3 高应变动力检测法确定单桩竖向承载力和最终贯入度

1)检测桩是试验桩，也是工程桩，随机指定3根(即216号、135号和19号)。

2)检测的试验桩施打采用D18式柴油锤，锤心重量18KN，锤垫为200mm厚硬木，桩垫为50mm厚草袋垫。

3)根据实测结果，通过分析计算，得出试验各桩竖向极限承载力值和标准值(见表1)。

表1 试验各桩竖向极限承载力值和标准值

利用插入法推算最终贯入度为38mm/10击的单桩竖向承载力标准值QUK＝777KN，单桩竖向承载力标准值RK＝314KN。

4)表1所列单桩竖向承载力标准值(RK)是将极限值扣除湿陷性土层的桩周负摩阻力后除以安全系数2.0后取值。

表2 估算值、试算值与检测结果

5)检测结论

(1)本桩基的单桩竖向承载力，从实测资料分析，并根据现有的施工场地条件，结合考虑施工中的不均匀性，当施工最终贯入度控制在≤40mm/10击时，单桩竖向承载力标准值RK可满足单桩竖向承载力设计值R＝280KN的要求。(即根据GB50007-2011公式R＝1.2Rk＝1.2×314 ＝ 377KN，377KN ＞ 280KN)。

(2)本桩基施工中，最终贯入度的控制是一项主要的指标，一定要保证其测量的准备。

6)根据表1计算，试验检测所得扣除湿陷性土层对桩的负摩阻力后的单桩竖向极限取载力标准值为：216号桩—808KN；135号桩—958KN；19号桩—716KN，推算桩—628KN，则有R406＝808/1.65＝409KN；R254＝ 958/1.65＝ 581KN；R48＝ 716/1.65＝434KN；R推＝628/1.65＝381KN。

表3 控制打桩数据统计

2.4 估算值、试算值与检测结果的比较

利用经验公式法[3]，打桩公式法和高应变动力检测法得出的估算值、试算值与检测结果比较见表2。

由表2可以看出，估算、试算和检测所得单桩竖向承载力设计值均满足设计要求的单桩竖向承载力设计值。

3 用最终贯入度控制打桩质量

由于估算、试算和检测所得单桩竖向承载力设计值均满足设计要求的单桩竖向承载力设计值，所以确定用打桩最终贯入度为主，控制打桩质量。

用最终贯入度(最后10击)控制打桩数据统计见表3。

根据以上统计说明：

1)504根桩的打桩最终贯入度全部满足10s≤40mm试桩检测结论。

2)由于504根桩的10s≤40mm，可以推断504根桩的单桩竖向承载力设计值全部满足单桩竖向承载力设计值R＝280KN。

4 结 语

通过用经验公式法估算钢筋混凝土预制桩单桩竖向承载力标准值、竖向极限承载力标准值和竖向承载力设计值；通过打桩公式法试算单桩竖向容许承载力值、竖向极限承载力标准值、竖向承载力设计值和打桩经验贯入度；通过高应变动力检测法检测单桩竖向极限承载力标准值、单桩竖向承载力标准值、换算竖向承载力设计值和最终贯入度，经过三种确定单桩竖向承载力和打桩贯入度方法相结合，三种单桩竖向承载力设计值均满足了设计者给定单桩竖向承载力设计值280KN的要求。从而确定用打桩最终贯入度s≤40mm控制打桩质量，使桩基施工质量验收合格。

[1]汪正荣，朱国梁.简明施工计算手册 [M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[2]建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)[S].北京: 中国建筑工业出版社,1995.

[3]徐伟，苏宏阳.建筑工程分部分项施工手册[M].北京:中国计划出版社,2000.