墩基础的概念及其检测方法的探讨

2017-06-01沈园园洪文宝乔稳庆石泉

中华建设 2017年5期

沈园园洪文宝乔稳庆石泉

墩基础的概念及其检测方法的探讨

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墩基础虽然在很多工程上得到应用，但是其概念与原有国内外相关文献的定义是有本质区别的，主要表现在设计计算方法和构造尺寸要求上。其新概念的形成主要衍生于地方经验，并已得到设计和施工单位越来越广泛的应用，但是在我国工程技术规范中还未见对墩基础的定义，因此对其概念的解释是十分必要的，有助于工程技术人员的掌握。与此同时，对于这种特殊的基础形式采取何种检测方法对其承载力、完整性进行检测，从而做出正确评价也是值得探讨和借鉴的。

一、墩基础的概念

1.墩基础的概念形成

墩基础在国内外一些主要的技术文献中均指通过人工挖孔或钻孔后形成的大直径灌注桩。而目前学术界与工程界广泛使用的墩基础的概念与之前的定义有很大的区别，其中最具代表性的定义为通过人工挖孔或钻孔而形成的埋深H＞3m，直径D≥800mm，且埋深与墩身直径之比H/ D＜6或埋深与扩底直径之比的独立刚性基础，并规定墩身有效长度宜墩端直径不宜大于墩身直径的2.5倍。在我国除了湖北省地方标准及大量文献有涉及墩基础的规定外，在国家规范中并未有墩基础的相关规定。故其新概念的形成主要是衍生于地方经验的总结，是实践过程中的概念重塑，对于它的研究正处在不断完善的过程，定义的提出还缺乏充足的理论依据。

2.墩基础的破坏模式

墩基础是介于浅基础和桩基之间的一种特殊的基础形式。浅基础的破坏模式主要表现为整体剪切、局部剪切和刺入破坏，桩基的破坏模式主要表现为整体剪切和刺入破坏，而墩基础埋深浅、直径大，且大部分采用扩大头的设计方法，其破坏模式主要表现为局部剪切和刺入破坏。墩基础是以墩端受力为主，墩身侧摩阻力根据墩基础沉降量大小及埋深情况可能处于不发挥、得不到充分发挥和充分发挥的状态。另外对于普遍采用的扩大头墩基础随着荷载的增加，位移量增大，墩端四周出现拉应力区，扩大头与上方土体出现脱空现象。因此墩基础受力状态较浅基础和桩基复杂。

3.墩基础的计算方法

墩基础承载力特征值的计算方法主要有三种思路，但是由于研究的还不够深入，目前采用的均为经验公式，与墩基础实际受力状态下的承载力还是具有一定的误差，是存在过于保守或高估的风险。

（1）按浅基础修正公式计算，参见《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011，即：

该计算方法是目前主要的设计计算依据，该法不考虑墩侧摩阻力，墩端阻力采用深宽修正后的地基承载力特征值或按抗剪强度指标确定承载力特征值，从破坏模式来看该计算方法是过于保守的。在工程实践当中该计算方法常被用作区分墩基础还是桩基的依据。

（2）按桩基公式计算，参见《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，即：

该计算方法是依据大直径扩底桩计算墩基础承载力，并根据埋深及上覆土情况判断是否考虑敦侧摩阻力，但该计算方法比较少见。还有文献提出是将式（1）与式（2）计算结果比较取低值。

（3）按修正后的公式计算，即通过理论推导或大量的载荷试验数据对现有的计算式（1）或式（2）提出修正系数和。

根据墩基础的破坏模式及复杂的受力机理可知墩基础计算若是采用浅基础计算公式是过于保守的，若是采用桩基公式显然其侧摩阻力和桩端阻力的发挥成度目前也是无依据的，一般是高估了墩基础的承载力。因此采用合理的修正系数来计算墩基础承载力是十分必要的，有待进一步研究总结，该计算方法为主要的研究方向。

二、墩基础的检测方法

对于目前墩基础的检测设计一般是不做要求的，因为大多数的设计采用的计算理论是基于浅基础，是一种保守的设计方法，且浅基础地基承载力的研究也是比较充分的，工程设计上确实很少做检测要求，普遍认为地勘参数已经具有较高的安全性，同时也是为了节约工期。

但是目前墩基础的承载力设计值一般较高，施工方法大多采用旋挖机械成孔的方式，适用条件也由原来简单地质条件发展到在复杂地质条件下的运用，比如岩溶区、泥岩区等。因此不确定的因素也越来越多，能采取正确适当的检测方法对其承载力、完整性进行检测，从而作出正确评价保障工程质量安全刻不容缓。

墩基础的承载力主要是由墩端持力层来提供，因此正确判断墩端持力层的承载力是十分关键的。对此目前提出的检测方法主要是对墩端持力层采用墩底平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验等。从上述墩基础设计、施工、地质条件的变化来分析，简单采用上述检测方法或不做检测是不能保证墩基础质量且不具说服力的。为此笔者提出如下建议：

（1）对于墩基础的竖向承载力，在有条件的情况下应该采用静载试验检测，吨位较大的墩基应事先选用墩底平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验等其中一种方法来作为承载力检测手段。

（2）对于已经施工的墩基可采用钻芯法、触探、岩芯抗压等来验证墩底持力层的性质。

（3）对于墩基础的水平承载力，由于墩基础埋深较浅抵抗水平力的能力较差，若建筑物可能受到的水平力较大时应进行水平承载力检测。

（4）墩基础的墩身完整性与桩基一样重要，墩身质量和墩底成渣是决定墩的承载力能否得到发挥至关重要的因素，但是墩基础埋深浅，低应变法可能大多数墩长是不适用的，一般可采声波透射法或钻芯法进行检测。