嵌岩灌注桩在岩石场地的应用

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(太原市聚川都市建筑工程设计有限公司，山西 太原 030001)

引言

山西汇丰兴业焦煤集团有限公司联合建筑位于山西省临县三交镇焉头煤矿。该建筑集储物、洗浴、餐饮、办公于一体，共4层，为框架结构，主要功能为给煤矿工人提供生活便利。该工程东西方向共5跨，每跨跨度8m，总长40m；南北方向共2跨，每跨10m，总长20m，柱网规整。屋面顶板高度为16.8m。

工程所在场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，场地土类别为Ⅱ类。基本风压W0=0.45kN/m2，基本雪压S0=0.30kN/m2(按照50年一遇)，地面粗糙度类别为B类。

1 地质条件

(1)地层岩性及地基均匀性。根据《临县焉头联合建筑综合楼场地岩土工程勘察报告》，拟建建筑物天然地基属于不均匀地基，地层岩性见表1。

表1 地层岩性表

(2)该场地在勘察过程中未发现地下水，该建设场地属自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级(中等)，无液化影响。

2 地基处理和基础设计方案

该工程天然地基持力层为①-1层杂填土至①-2层素填土，地基承载力特征值仅为65～75kPa，且①-2层素填土尚未固结，最大深度达12.8m，因此从沉降稳定和承载力要求等方面看天然地基显然不能满足设计要求。经比较，该工程最终采用嵌岩灌注桩基础，持力层为第④层强风化砂岩，桩基施工时采用人工成孔。

3 桩基设计的相关参数要求

3.1 初选桩径

初选桩径为800mm，有效桩长视现场情况而定，桩端持力层在地面下第④层强风化砂岩。

3.2 桩身材料

(1)混凝土：桩身混凝土强度等级为C30。粗骨料为粒径<50mm，并且小于钢筋间最小净距的1/3的卵石或碎石，细骨料为干净的中粗砂。

(2)钢筋：HPB300级；HRB400级。

(3)焊条：HPB300级钢焊接采用E4303焊条，HRB400级钢焊接采用E5003焊条。

4 桩基设计

4.1 桩长

由于持力层第④层砂岩表面起伏较大，该工程选取最不利的一处进行设计。根据地质报告工程剖面图10-10，K11对应的第④层砂岩顶面高程为941.0m，而该工程桩顶高程为960.5m，则此处桩的总长度为：960.5-941+1(入岩深度)=20.5(m)。

4.2 桩身配筋计算

沿桩身周围均匀配置12Φ16mm钢筋，总配筋率为0.48%，符合JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》的要求。由于持力层上部除少量混合土外其余全部为未固结的回填土，因此沿桩身全长箍筋采用Φ8@100mm。

4.3 桩身强度计算

桩身混凝土设计强度等级为C30，根据JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》，该工程桩正截面受压承载力为：

N=ψcfcAps+0.9f'yA's≈7 216.184(kN)

4.4 桩底持力层验算

根据地质报告，桩底持力层第④层强风化砂岩的饱和单轴抗压强度标准值为13MPa。由于该工程桩底持力层上部为杂填土、素填土、湿陷性黄土等，计算桩的极限承载力标准值时应考虑上部土层的负摩阻力(qsik=15kPa)。由JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》知，Quk=Qsk+Qrk。

Qsk=μ∑qsikli=-0.8×3.14×19.5×15≈-734.76(kN)Qrk=ζrfrkAp，利用插入法计算得出ζr=0.848；而frk=13MPa，Ap=1.538m2(扩底面积)，则：

Qrk=0.848×1.3×104×1.538≈16 954(kN)

Quk=16 954-734.76=16 219(kN)

再扣除桩身自重约268kN，则：

Quk=16 219-268=15 951(kN)

因为Quk>N，故桩端持力层满足要求。

嵌岩灌注桩桩身截面大样见图1。

图1 嵌岩灌注桩桩身截面图

4.5 桩位布置

根据上述计算结果，该工程嵌岩灌注桩单桩竖向承载力特征值暂定为4 500kN(最终以试桩结果为准)。根据结构设计软件PKPM中JCCAD的计算结果，该工程框架柱最大轴力设计值为6 452kN。该工程中框架柱轴力设计值≮4 500kN的按照柱下两桩承台设计，其余则按照柱下单桩承台设计。

5 灌注桩施工要求

5.1 灌注桩施工要求

(1)灌注桩施工前，应在场地附近进行试桩，试桩合格后方可施工工程桩。

(2)为核对地质资料、检验成孔设备等，施工前应在楼座基础附近进行试孔，试孔数量不少于2个。试孔合格后方可大面积挖孔，挖孔结束应逐孔验收。

(3)桩底嵌入岩石的全断面深度宜≮1m。桩体施工时应一次成桩，不得留施工缝。为保证桩头质量，工程桩超灌长度≮800mm。

(4)桩体施工完毕，在凿除预加高度混凝土时，应注意不得损坏桩头及钢筋。

5.2 钢筋笼制作安装质量要求

(1)钢筋笼主筋沿箍筋均匀分布，距钢筋笼两端1m以内箍筋应与主筋焊接。

(2)分段制作的钢筋笼，其接头采用焊接或机械连接，并符合JGJ107—2010《钢筋机械连接通用技术规程》、JGJ18—2010《钢筋焊接及验收技术规程》和GB50204—2002(2011版)《混凝土结构施工质量验收规范》的规定。

(3)加劲箍筋应设在主筋外侧，当施工工艺有特殊要求时，也可置于内侧。加强箍每隔2m设1道。

(4)钢筋笼混凝土保护层厚度为50mm。

(5)搬运和吊装钢筋笼时，应防止其变形，安放时应对准孔位，就位后立即固定。

6 验收

(1)人工挖孔终孔时，每根桩均应对桩底以下5m深度范围内的持力层进行岩性、强度等检验，并且查明是否存在空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件。

(2)根据JGJ106—2003《建筑基桩检测技术规范》的规定，该工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。

(3)单桩竖向抗压极限承载力应通过钻芯法确定，要求桩身混凝土的轴心抗压强度标准值≮20.1MPa，桩底不得有沉渣出现。在该工程需进行钻芯取样的桩共计2根。

(4)工程桩施工完成后，应根据JGJ106—2003《建筑基桩检测技术规范》的规定，对所有桩的完整性进行低应变检测。桩体的完整性检测应在承载力检验之前进行。

(5)钻芯取样的钻头宜采用外径为91mm的钻头，每根桩钻1个孔，孔中心距桩中心100～150mm，钻孔完毕应采用0.5～1MPa的压力由孔底往上用回灌水泥浆封闭。所用水泥为P·S32.5水泥，水灰比为0.6。

7 结语

岩石作为嵌岩灌注桩的持力层有很大的承载能力，能大大减小整个建筑物的沉降。建设场地无地下水或地下水埋深较深时，采用人工成孔工艺更能保证桩身质量，减少桩底沉渣。当不考虑桩身侧阻力时，嵌岩灌注桩的桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度、桩身完整性和桩端岩土性状可采用钻芯法检测。

参考文献：

[1]JGJ94—2008，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2]GB50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]JGJ106—2003，建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[4] 朱丙寅，娄宇，杨琦.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.