钢筋混凝土钻孔灌注桩应用研究.pdf

地基基础工程 GEOTECHNI CAL ENGI NEER I NG WORLDVOL112No1 收稿日期 钢 筋 混 凝 土 钻 孔 灌 注 桩 应 用 研 究 姜规模, 张思玉, 韦显呈 (西安市勘察测绘院, 西安710054) 摘要通过对西安市某建设工程钢筋混凝土钻孔灌注桩试桩试验资料的分析研究, 确定了桩基参数。 试验确定的桩周土极限侧摩阻力标准值和单桩极限承载力标准值比5建筑桩基技术规范6及该 工程岩土勘察报告提供的建议值分别高约 20 % 70% 和 50 % 。依据试验结果对工程桩进行了 优化设计。通过对工程桩的检测证明了该桩基工程设计科学合理。节约了费用和缩短了工期, 取得了良好的经济效益。为类似工程的建设积累了宝贵的经验, 在本地区有推广价值。 关键词灌注桩侧摩阻力标准值桩端阻力标准值极限承载力标准值 中图分类号: TU473. 1+4文献标识码: A文章编号: 1009- 5098(2009) 08- 0032- 04 0 前言 西安市某建设工程位于西安市城区。该建设 工程为住宅楼, 建筑面积 64335 m 2, 建筑层数为地 上 30层, 地下 1层, 建筑高度约 100 m, 框剪结构, 桩筏基础, 桩基为钢筋混凝土钻孔灌注桩。筏板 埋深约 - 8120m。为确定钢筋混凝土钻孔灌注桩 极限承载力标准值、 桩周土的侧摩阻力和桩端阻 力标准值, 为工程桩设计提供依据 1, 进行了试桩 试验。依据试桩试验结果对工程桩进行了优化设 计, 工程桩施工过程和施工后按规范要求进行了 质量检测。 1 场地岩土工程特征 建设场地地貌单元属于黄土梁洼。为非自重湿 陷性黄土场地, 该住宅楼基础埋深较大, 筏板以下地 基土均不具湿陷性。场地地下水水位埋深 11120 11160 m , 属潜水类型。场地主要地层结构、 岩性描 述如下: - 1黄土 (Q 2eol 3): 褐黄色, 土质均匀, 针状孔 隙较发育, 含少量钙质粉末, 见有蜗牛壳碎片。具有 湿陷性, 可塑状态, 中等压缩性。本层厚度 4130 8120m, 层底埋深 9140 11150 m。 - 2黄土 (Q 2eol 3): 褐黄色, 土质均匀, 针状孔 隙较发育, 含少量钙质粉末, 见有蜗牛壳碎片。可塑 状态, 中等压缩性。本层厚度 0140 2170 m , 层底 埋深5 5。 古土壤 (Q 1e l 3): 棕红色, 土质均匀, 针状孔隙 发育, 富含钙质粉末, 底部见较多钙质结核。可塑状 态, 中等压缩性。本层厚度 3180 4170 m, 层底埋 深 14110 15180m。 粉质粘土 (Q al+ pl 2): 褐黄色, 土质均匀, 孔隙 不发育, 含少量钙质粉末。可塑状态, 中等压缩性。 本层厚度 9190 12160 m , 层底埋深 24130 26170 m 。 粉质粘土 (Q a l+ pl 2): 黄褐色, 含铁锰质成份、 钙质结核。可塑状态, 中压缩性。本层厚度 10130 13120m, 层底埋深 37100 39100m。 中砂 (Q al+ pl 2): 灰黄色, 矿物成份为长石、 石 英等。密实, 该层分布不均匀。标准贯入试验实测 击数平均值为 5015击。本层厚度 0140 2120 m, 层底埋深 38130 42180 m 。 粉质粘土 (Q a l+ pl 2): 黄褐色, 含铁锰质成份、 钙质结核。可塑状态, 中等压缩性。本层厚度 3130 11120m, 层底埋深 41160 49170m。 场地主要地层物理力学性质指标统计值见表 1 。 2桩基设计和试桩试验 211桩基设计 依据建设场地岩土工程条件和该高层建筑上部 荷载的大小, 经技术和经济综合分析比较, 工程设计 采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。岩土工程勘察报告提 供的单桩极限承载力设计参数见表 1 、 提供的单桩 竖向极限承载力标准值估算成果见表 。 3 122009- 02- 19 81 091 0 m2 2 岩土工程界第 12卷第期地基基础工程 表 1场地主要地层物理力学性质指标统计表 地层名称w/%C/kN# m- 3Cd/kN# m- 3eSr/% IpIla1- 2/MPa- 1fak/kPaqsik/kPaqpk/kPa - 1黄土2311161113111 10486112190128014716072/ - 2黄土2718171613180 19348113140158012715060/ 古土壤2511181815110 17679012140147012518070/ 粉质粘土2518191315130 17319612150156012216065/ 粉质粘土2510191615170 16949713140138011919075/ 中砂/220901000 粉质粘土2312191415170 170392141401190124200801000 表 2单桩竖向极限承载力标准值估算成果表 桩型桩长 /m桩径 /m 单桩极限承载力标准值 /kN 估算值建议值 灌注桩28 100163745 39643800 0174424 46794500 36 100175809 61895900 0186702 71376800 根据场地岩土工程条件和地区经验, 设计试桩 及锚桩桩径均为 600 mm, 试桩桩长为 36100 m , 桩 端持力层为粉质粘土, 设计预估单桩竖向抗压极 限承载力 6700 kN。施工采用机械旋挖钻成孔工 艺, 水下导管灌注混凝土成桩, 混凝土强度等级 2 为 C45 。设计试桩桩顶标高 - 8120 m。设计要求通 过试桩试验提供在试验条件下的单桩竖向抗压极限 承载力和桩周土极限侧阻力标准值和桩端阻力标准 值, 为工程桩设计提供依据。 212 试桩试验 21211 试验方法及技术要求 试桩试验依据 5建筑基桩检测技术规范 6 3和 5建筑桩基技术规范 6 4执行。成孔质量测试采用 孔径仪、 孔斜仪、 沉渣测定仪, 对试桩成孔质量进 行了桩孔深度、 孔径、 沉渣厚度和垂直度检测。成 桩质量测试方法为低应变弹性波反射法。桩周土 侧摩阻力及桩端阻力测试采用 HXG- 1型钢筋应 力计, 在试桩桩身主筋预定位置上绑扎钢筋应力 计。钢筋应力测试与静载荷试验同步进行, 静载 荷试验加载前读取钢筋应力计初读数, 每级荷载 施加后及桩顶沉降稳定后各测量一次读数。各钢 筋应力计的埋深位于地层分界处。钢筋应力计埋 设参数见表 3 。 试桩试验结果分析 依据试桩试验资料分析, 3根试桩 S、 S 和 S3 成孔质量的桩孔深度、 沉渣厚度和垂直度偏差均 表 3钢筋应力计埋设参数表 地层序号地层名称层底深度 /m 钢筋应力计埋设参数 线长 /m间隔 /m - 1黄 土9106 10016 - 2黄 土10188 11118 古土壤15111215413 粉质粘土251317151012 粉质粘土371929101216 中 砂40103715211 粉质粘土46163910415 满足规范 5及设计要求, 平均孔径为 620 636 mm, 稍大于设计桩径。从 3根试桩 S1、S2和 S3的低应 变反射波实测曲线分析, 3根试桩桩身完整, 均为 类桩。 根据静载荷试验资料分析, 3根试桩 S1和 S2在 8040 kN荷载下、 S3在 6700kN(荷载加到 7370 kN 时, 锚桩钢筋拉断, 无法继续试验 )荷载下, Q - S 曲 线均呈缓变状, 未达到极限破坏状态, 桩顶最终沉降 量分别为 17130mm、 16139mm 、 12188 mm, 见图 1 。 根据国家行业标准 5建筑基桩检测技术规程 6, 3根 试桩在试验条件下的单桩竖向抗压极限承载力分别 为 8040 kN、 8040 kN和 6700 kN。 图试桩载荷试验 QS曲线 33 21212 12 1- 地基基础工程 GEOTECHNI CAL ENGI NEER I NG WORLDVOL112No1 21213 桩周土侧摩阻力及桩端阻力测试结果分析 研究 ( 1)桩身轴力测试结果分析 根据现场钢筋应力计实测资料及各钢筋应力计 的率定曲线参数, 可确定出钢筋笼主筋的轴向力。 根据钢筋与混凝土应变谐调条件, 可按下式计 算出各断面处的桩身轴力。 Qi= Ei# Ei# Ai 式中 Qi) 桩身第 i断面处轴力 ( kN); Ei) 第 i断面 处应变平均值; Ai)第 i断面处桩身截面面积 , 根 据实测孔径计算; Ei)第 i断面处桩身材料弹性模 量 ( kPa)。 从实测资料计算结果绘制的桩身轴力分布图 2 、 3 、 4看, 在桩顶荷载作用下, 各桩身轴力均随深度 的增加而递减, 到桩端时已很小, 反映出各桩均以摩 擦桩为主的承载特性。 ( 2)桩周土侧摩阻力测试结果分析 根据计算的桩身轴力分布图可得到桩身各测点 截面的轴力 Q ( N)。 桩第断面与第+断面间的侧摩阻力 q ()可按下式计算 图 4S3桩身轴力分布图 qsi= Qi- Qi- 1 u# li 式中 u)桩身周长 (m), 根据实测孔径平均值计算。 li)第 i断面与第 i断面之间的桩长 (m)。 根据计算得到的各试桩在极限承载力下的地基 土侧摩阻力发挥值见表 4 。 表 4 地基土侧摩阻力发挥值 /kPa 地层 /桩号 S1S2S3 - 1黄土778072 - 2黄土737268 古土壤889279 粉质粘土959887 粉质粘土11811997 中砂156154125 粉质粘土11912292 ( 3) 桩端阻力测试结果分析 根据桩底埋设的钢筋应力计, 可以测出各级荷 载下的桩端轴力。试验极限荷载下桩端轴力测试结 果见表 5 。 表 5桩端轴力发挥值 试验桩号S1S2S3 实测端轴力 /kN31930885 占桩顶荷载比例 /%319318113 由表 5可见, 钢筋混凝土钻孔灌注桩在试验极 限荷载下, 桩端阻力占桩顶荷载的百分比为 113 % 319 %, 比例很小。反映本次试桩试验桩顶荷载主 要由桩侧阻力承担。 根据桩端实测的轴力 Qn( kN)和桩端面积 A0 ( 2 ), 可按下式求出桩的极限端阻力 q ()。 q = Q 3 ik ii1 si kPa: m pkPa p n A0 4 岩土工程界第 12卷第期地基基础工程 依据计算结果, 3根试桩在试验极限荷载下的端 阻力发挥值分别为: 1010 kPa 、 1020 kPa和 765 kPa 。 根据桩身应力测试结果, 分析计算后确定的桩周 土极限摩阻力标准值和桩端极限阻力标准值见表 6 。 表 6侧摩阻力标准值和端阻力标准值 地层 qsik/kPaqpk/kPa - 1黄土78 - 2黄土72 古土壤90 粉质粘土96 粉质粘土118 中砂155 粉质粘土1201000 3 工程桩检测 311 工程桩优化设计 依据试桩试验和桩身内力测试结果分析计算。 设计工程桩桩径为 600 mm, 桩长为 33100 m时, 可 以满足单桩竖向抗压极限承载力标准值为 6700 kN 的设计要求, 比试桩桩长减少 3100 m。工程桩桩身 混凝土强度等级为 C40, 桩顶标高 - 8120 m , 桩端为 粉质粘土 (Q al+ pl 2)层。设计工程桩总数为 500 根, 施工工艺和试桩相同。 312 工程桩检测结果 工程桩施工过程和施工后, 进行了成孔质量检测、 低应变动力检测和单桩竖向抗压静载荷试验检测。 桩孔成孔质量测试结果表明该工程钢筋混凝土 钻孔灌注桩成孔质量的桩孔深度、 桩径、 垂直度偏差 和沉渣厚度均满足规范要求。 低应变测试结果表明桩身混凝土实测波速在 3447 4032m# s - 1之间, 其平均值为 3684 m# s- 1, 桩身结构完整。 单桩竖向抗压静载荷试验结果表明, 5根试验 桩 S1S5在 6700 kN荷载下, Q- S 曲线均呈缓变 状, 未达到极限破坏状态, 桩顶最终沉降量分别为 13129 mm 、1211 mm、1313 mm、13147 mm、 14149mm, 见图 5 。根据 5建筑基桩检测技术规 程 6, 5根试桩在试验条件下的单桩竖向抗压极限承 载力均为 6700 kN, 该建筑钢筋混凝土钻孔灌注桩 竖向抗压极限承载力统计值为 6700 kN。工程桩检 测结果表明该设计方案科学合理。 图 5检测载荷试验 Q - S曲线 4结论 通过对西安市某建设工程钢筋混凝土钻孔灌注 桩的应用研究, 得出下列结论。 ( 1)根据试桩试验和桩身应力测试结果表明, 该场地钢筋混凝土钻孔灌注桩桩端阻力占桩顶荷载 的比例很小, 桩顶荷载主要由桩侧阻力承担, 反映出 各桩均以摩擦桩为主的承载特性。 ( 2)试桩试验测试的桩周土侧摩阻力标准值和 单桩极限承载力标准值比 5建筑桩基技术规范 6和 岩土工程勘察报告提供的建议值分别高 20 % 70 %和 50 %。 ( 3)依据试桩试验桩身内力测试结果, 对工程 桩进行了优化设计, 设计工程桩桩长为 33100m, 比 试桩桩长减少 3100m。 ( 4)通过对工程桩的检测说明, 该桩基础设计 科学合理。节约了资金和缩短了工期, 取得良好的 经济效益。为类似工程的建设积累了宝贵的经验, 在本地区有推广价值。 参考文献 1 中国建筑科学研究院. 建筑地基基础设计规范 (GB50007- 2002) S1 北京: 中国建筑工业出版社, 2002. 2 中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范 (GB50010- 2002) S1 北京: 中国建筑工业出版社, 2002. 3 中国建筑科学研究院. 建筑基桩检测技术规范 ( J GJ103- 2003 J256- 2003) S1 北京: 中国建筑工业出版社, 2003. 4 中国建筑科学研究院. 建筑桩基技术规范 ( JGJ94 - 94) S. 北京: 中国建筑工业出版社, 1995. 5 中华人民共和国建设部. 建筑地基基础工程施工质量验收规 范 (GB50202- 2002) S1北京: 中国计划出版社, 2002. 35