嵌岩灌注桩单桩垂直荷载理论计算值与实测值的差异

嵌岩灌注桩单桩垂直荷载理论计算值与实测值的差异

钟振楠1钟振华2

1山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队；2山东科建质量检测评价技术有限公司

摘要：文章通过嵌岩灌注桩基的工程实例，运用单桩垂直静载荷试验资料，充分证明了嵌岩灌注桩单桩竖向承载力理论计算值与实测值之间存在的差异，为类似工程场地积累了一定的工程经验。

关键词：嵌岩灌注桩；桩基载荷试验；单桩竖向承载力

1概述

某市玻璃厂拟建中的浮法生产线由市玻璃工业设计院设计，因该工程场地的工程地质条件复杂，而熔化成型工段锡槽对不均匀沉降敏感，故该工程基础拟采用大直径嵌岩灌注桩。根据《某市玻璃厂高透明玻璃浮法生产线岩土工程勘察报告》，按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），通过理论计算，设计灌注桩桩径为800mm和600mm两种，嵌岩深度均为5m。为确定准确的单桩承载力、沉降量及嵌岩深度，现场进行单桩垂直荷载试验。试桩数量定为3根，采用工程桩作为锚桩。

试桩平面布置图见图1。

图1勘察钻孔平面及试桩平面布置图

图2地质剖面图

2工程地质概况

根据《某市玻璃厂高透明玻璃浮法生产线岩土工程勘察报告》，场地地层由杂填土、海陆交互相形成的淤泥质粉土、粉土以及冲洪积形成的中粗砂、粉细砂和基岩花岗岩组成，简述如下。

2.1杂填土：厚度为0.60~0.80m，颜色杂，松散，建厂时所填，土质不均，含有水泥块等建筑垃圾。

2.2粉细砂：厚度为2.40~2.80m，浅黄色~土黄色，饱和，松散，以粉细砂为主，局部为砂质粉土、粉土，表层含有植物根系。

2.3淤泥质粉土：厚度为2.80~4.00m，灰~灰黑色、浅灰色，底部灰绿色，稍湿~湿，含有腐植质（灰黑色、浅黄色芦苇根等），以淤泥夹粉细砂或粉砂夹淤泥等形式出现，顶部以黑色淤泥质土形式出现。

2.4中粗砂：厚度6.00m左右，黄灰色间灰白色、棕褐色，饱和，中密~密实，颗粒级配较好，随深度增加颗粒变粗，近基岩面处有棱角状碎石，粒径3-80mm。标贯击数平均19.10击，地基承载力特征值fak=275kPa。

2.5花岗岩：灰白色、灰黄色，中粗粒花岗结构，块状构造，主要矿物有斜长石、钾长石、石英、黑云母等；按标贯击数划分为全、强、中风化。

①全风化：厚度1.70~4.70m，已风化呈松散砂土状，易钻进，标贯击数平均24.6击。地基承载力特征值fak=320kPa。

②强风化：厚度7.00~13.00m，岩石破碎，呈块状及碎块状，标贯击数平均40.20击。地基承载力特征值fak=420kPa。

③中风化：岩石破碎，岩心呈短柱状，不易击碎，岩石饱和单抽抗压强度为16.56MPa，地基承载力特征值fak=1650kPa。

生产线车间勘察钻孔平面布置图及地质剖面见图1、图2。

3试桩方法

本工程采用不同桩径、不同嵌岩深度的试桩三根，编号为P1、P2、P3，为划分嵌入基岩部分的桩测摩阻力与桩端阻力，在每根桩的嵌岩面及桩底各埋设两支钢筋应力计，并在桩头也埋设两支，用以对钢筋应力计进行率定。为了校核桩端阻力，还在桩底埋设了土压力传感器。试桩主要参数见表-1。

表-1试桩主要设计数据

4垂直静载试验资料

4.1根据试验结果分别绘制P-S、S-lgP、S-lgt曲线见图3-9。

图3P1桩S-lgP曲线图4P1S-lgt曲线

图5P2桩P-S曲线

图6P2桩S-lgP曲线

图7P2桩S-lgt曲线

图8P3桩P-S曲线

图9P3桩S-lgt曲线

4.2试桩嵌岩部分总阻力与桩底端阻力根据桩顶钢筋应力计率定曲线得到，并根据桩径实测数据加以修正。

4.3试验数据表明，本工程桩的承载力仍以摩阻力为主，端承作用只有当桩发生较大沉降时才能充分发挥。这是由于强风化岩层较厚，桩端嵌岩部分全部处于该层中，且桩底有一定厚度的沉碴。对于这种较大直径的嵌岩桩，尚无统一的承载力判定标准，宜采用多种方法综合确定。现用以下几种常用方法：

（1）P-S曲线第二拐点法。

（2）S-lgP曲线陡降直线段起始点法。

（3）S-lgt法。

（4）总沉降为最小桩径的10%所对应的荷载为极限荷载，即Pa≤1/2Pu，Su=0.1d，其中Pa为容许荷载，Pu为极限荷载。

（5）总沉降为20~25mm对应的荷载为极限荷载，即Pa≤1/2Pu，Su=20~25mm。

（6）总沉降为10~15mm对应的荷载为容许荷载，即Pa＝Ps，Sa=10~15mm。

单桩垂直承载力判定值见表-2。

表-2单桩垂直承载力判定值

注：表中沉降量指容许荷载下对应沉降值

4.4各桩极限荷载下嵌岩部分阻力见表-3。

5结论

5.1试验所得三根试桩的垂直承载力见表-4。

表-3极限荷载下桩底阻力实测值

表-4单桩承载力试验值

5.2嵌岩灌注桩在强风化花岗岩中的极限摩阻力为：基岩面下2.5米内平均为110kPa，基岩面下2.5米至5.0米内平均为200kPa。极限端承力为：嵌岩2.5米为1800kPa，嵌岩5.0米为2000kPa。

5.3根据本工程实测资料综合判定，对本工程嵌岩灌注桩，当桩基施工严格按施工规程进行确保施工质量时，直径800毫米的桩，嵌岩深度4.0米，其单桩竖向承载力特征值可取2500kN；直径600毫米的桩，嵌岩深度3.0米，其单桩竖向承载力特征值可取1700kN。

参考文献：

[1]《工程地质手册》，中国建筑工业出版社，1993年；

[2]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），中国建筑工业出版社，2009年；

[3]《玻璃厂浮法生产线嵌岩灌注桩单桩垂直及水平静荷载试验报告》，2008年；

[4]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），中国建筑资讯网，2009年。

[5]《某市玻璃厂高透明玻璃浮法生产线岩土工程勘察报告》威海地质工程勘察院2008年。