预制桩在覆盖型岩溶区建设工...以繁昌中医医院工程项目为例_彭建林.pdf
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1、第 32 卷第 4 期2022 年 12 月安徽地质Geology of AnhuiDec.2022Vol.32 No.4文章编号:1005-6157(2022)04-0引言岩溶在我国分布范围很广,其中以碳酸盐类岩石的岩溶为主。岩溶类型一般可分为地表岩溶地貌和地下岩溶地貌1,形态复杂多变。岩溶问题也常常给建设工程的基础设计施工带来较大的困难2。目前,针对岩溶区勘察主要采用工程地质测绘和调查、地球物理勘探、钻探及取样。设计岩溶地基基础时,可根据覆盖层地质情况设计天然地基,当天然地基不满足要求时,采用复合地基或桩基以及进行岩溶地基处理,常见方法包括充填法、跨越法、桩基法3,其中桩基法运用最为普遍。
2、以芜湖市繁昌中医医院工程项目为例,研究区为覆盖型的隐伏岩溶区,该场地覆盖层平均厚度约为20 m,地层分布从上到下依次为填土、淤泥质粉质黏土、含砾粉质黏土(可塑)、石灰岩。石灰岩岩溶强发育,完整石灰岩分布深度超过40 m。拟建医技楼单桩荷载较大,场地无天然地基持力层,只能采用桩基础,考虑施工安全、质量、造价及工程进度,不采用以深部完整石灰岩为桩基持力层的钻孔灌注桩基础方案,而是充分利用上部土层,采用浅埋基础4,以含砾粉质黏土层为持力层的预制桩基础方案。根据桩基载荷试验、结合理论计算(等效分层总和法)和FLAC3D数值模拟对基础进行承载力及沉降研究。1工程概况繁昌中医医院项目位于芜湖市繁昌区,浮峨
3、路以北,繁阳大道以东,项目用地总面积为 33 337.2 m2。2020年911月对该院区的医技楼进行了岩土工程勘察。该建筑物采用框架结构,概况见表1。表1医技楼工程概况Table 1.General information about the medical technologybuilding engineering建筑物名称医技楼层数3F正负零标高/m10.95基础拟埋置深度/m1.50建筑高度/m13.80 m建筑面积/m22 766.0预估荷载/(kN/柱)4 0002地形地貌及水文条件繁昌区境内平原按其特征分为圩区平原和少量河谷平原。圩区平原地势低平,水网密布,一般标高为610 m
4、,是该区主要农业生产基地。河谷平原,俗称“冲田”,一般高程为830 m,包括孙村赤沙河流域龙塘湾至九连圩一带、水口山至九连圩一带以及荻港收稿日期:2022-5-18作者简介:彭建林(1989),男,四川巴中人,水、工、环地质工程师,注册土木工程师(岩土),主要从事勘查技术与工程研究工作。E-mail:摘要:芜湖市繁昌区东北区域工程建设场地地质情况复杂,通常上部有一定厚度的覆盖层,下部基岩为灰岩,岩溶强发育。对于一些荷载不太大而天然地基承载力又不够强的基础工程,若采用以深部完整灰岩为基础持力层的灌注桩基础,可能存在成孔困难、混凝土灌注时材料流失、夹渣断桩等情况,且工期长、基础成本高,因此从工程质
5、量、造价、工期等方面综合考虑,类似工程可采用预制桩方案以充分利用上部土层为桩基础持力层,采用短桩,从而在施工中避开深部岩溶区,但应评价基础底部岩溶对基础稳定性是否有不利影响。本文从地质条件、基础选型、现场试验、结合理论计算(等效分层总和法)和模型试验等方面,研究基础承载力及沉降、附加应力影响深度,讨论在灰岩地区岩溶强发育、有一定的覆盖层深度时,充分利用上部土层为基础持力层的可行性。关键词:覆盖层;岩溶;基础;承载力;沉降;FLAC3D中图分类号:P642文献标志码:B预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区
6、建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在
7、覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用预制桩在覆盖型岩溶区建设工程中的应用以繁昌中医医院工程项目为例彭建林(安徽省核工业勘查技术总院,安徽芜湖241002)355-5安徽地质2022年古家冲、繁阳长形冲、范冲、峨山毛塘等地5。本工程场地地势较为平坦,整体地貌为长江东岸二级阶地。峨西河以
8、北东流向从场地北侧经过,并在场地东侧形成支流。本场地按地下水的赋存形式可分为上层滞水、孔隙性潜水、基岩裂隙水及岩溶水。上层滞水主要埋藏于第层填土中,一般无稳定的自由水面,主要受大气降水及河流补给,以蒸发和径流排泄为主,少量向下渗入,地下水位随季节变化,降水后水位明显上升,干旱季节大幅下降,年变化幅度在1.00 m左右;第层粉质黏土、第层淤泥质粉质黏土含孔隙性潜水,透水性差,其活动形式以渗透径流为主;第层含砾粉质黏土为相对隔水层;基岩裂隙水及岩溶水赋存于下部基岩中。第、层地下水与第层基岩中地下水存在越流补给关系。地下水位埋深约为2.5 m,地下水位标高约为8.1 m。3工程地质层划分(1)本区勘
9、察深度范围内,地层自上而下分为 5大层,编号第层本场地缺失。第层为第四系冲洪积层(Q4al+pl),第层为三叠系中统铜头尖组(T2t)石灰岩。第层填土(Q4ml):灰色、灰褐色、黑色、黄褐色,稍湿饱和,稍密,软可塑,含碎石,富含植物根系。根据调查,该填土的回填年限超过 7 年。层底埋深为3.505.60 m,平均为4.47 m,平均厚度为4.47 m。第层粉质黏土(Q4al+pl):灰色、灰黄色,软塑为主,含少量高岭土,切面较光滑,无摇振反应,干强度及韧性中等。层底埋深为6.007.30 m,平均为6.53m,平均厚度为2.06 m。fak=110 kPa。第层淤泥质粉质黏土(Q4al+pl)
10、:灰灰黑色,软流塑,含腐殖质,有异臭味,切面较光滑,无摇振反应,干强度及韧性中等,局部夹淤泥质粉土、淤泥及薄层粉细砂。场区普遍分布。层底埋深为11.3015.00m,平均为12.91m,平均厚度为6.38m。fak=60 kPa。第层含砾粉质黏土(Q4al+pl):黄褐色,可硬塑,砾石含量为 30%40%,该层土质不均匀,切面较光滑,无摇振反应,干强度中等,韧性中等。场区普遍分布。层底埋深为20.8030.00 m,平均为22.7 m,平均厚度为9.79 m。fak=150 kPa。第1层石灰岩(T2t):灰白色,中风化,隐晶质结构,块状构造,节理裂隙发育。岩心呈碎块状,局部呈短柱状,溶蚀现象
11、十分发育。钻进过程中不掉钻,进尺较快,岩心极破碎且较少,呈卵砾状。岩体基本质量等级为级。该层未穿透。fak=280 kPa。第2层溶洞(T2t):不规则状分布于石灰岩中,揭露的溶洞全充填褐红色软流塑状粉质黏土,含灰岩碎块;局部为空洞,无充填。第3层石灰岩(T2t):灰白色,中风化,隐晶质结构,中厚层状构造,节理裂隙较发育。岩心呈短柱状,一般柱长为 515 cm,最长约为 20 cm,局部呈碎块状,一般块径为25 cm,溶蚀现象明显。为较硬岩,岩体完整程度为较完整较破碎,岩体基本质量等级为级。fak=4 000 kPa。(2)轴线4交D轴、4交C轴柱下承台钻孔平面图及典型地质剖面图如图1、图2所
12、示。图1钻孔平面图Figure 1.Drill hole plan图2地质剖面图Figure 2.Geological profile4岩土工程性质对各土层取样进行了室内试验,其物理力学指标分层统计成果详见表2。356第32卷第4期5基础承载力及沉降研究5.1 基础选型及现场试验本场地下覆石灰岩,根据勘探孔的揭露,地表以下19.6 m开始出现溶洞,主要表现为串珠状竖向溶洞等,溶洞规模局部较大,洞高达6.8 m,呈多层结构,大部分溶洞全充填软可塑状黏性土,夹灰岩碎块,局部为空洞,无充填,钻进时漏水严重,完成47个孔位钻探,见洞率为77%,岩溶发育程度等级为强发育。第1层石灰岩,钻探进尺较快,钻进
13、过程中漏水,岩心破碎严重且较少,呈卵砾状;第3层石灰岩较完整,分布较深。结构传递柱荷载为4 000 kN/柱。若该项目基础采用钻孔灌注桩,桩端持力层为较完整灰岩层,因岩溶十分发育,溶洞竖向分布变化大,质量、安全及工期难以控制,工程造价高。因此利用上部土层为基础持力层,采用预制桩方案,以第层含砾粉质黏土为持力层,确保桩端下完整岩土层不小于6m,桩长约为14m,桩型选用预制方桩。对选用桩型进行了现场试验试桩,以进一步确定桩长及单桩承载力等参数。桩基载荷试验采用慢速维持法6,试验结果见表3。表3试验结果汇总Table 3.Summary of test results桩号AZH1AZH2AZH3桩长
14、/m141415桩径/mm400400400400400400最大试验荷载/kN1 2001 0801 260对应沉降/mm42.2845.2643.36极限承载力/kN1 1401 0201 200对应沉降/mm6.0110.319.10根据现场试验结果,本次试验桩AZH1桩桩长为14 m,单桩竖向抗压极限承载力为1 140 kN,承载力特征值为 570 kN;AZH2桩桩长为 14 m,单桩竖向抗压极限承载力为 1 020 kN,承载力特征值为 510 kN;AZH3 桩桩长为 15 m,单桩竖向抗压极限承载力为1 200 kN,承载力特征值为600 kN。根据试验结果,该工程单桩竖向承载
15、力特征值取500kN,桩长13m,桩顶标高7.05 m,本文计算点轴线4交D轴、C轴柱下联合承台共布置16根桩,承台尺寸为5.6m5.6m(图1)。桩基施工完毕后,工程验收试验桩号为 54#、103#、105#。加载达到预期最大试验荷载时,终止加载。总沉降量分别为3.56 mm、10.78 mm、6.30 mm,沉降量小于40 mm,而且荷载与位移(Q-s)曲线平缓,无明显陡降段,s-lgt曲线呈平缓规则排列,受检桩的单桩竖向抗压极限承载力Quk1 020 kN,承载力满足要求。桩基载荷试验采用慢速维持法,检测结果见表4。表4检测结果汇总Table 4.Summary of test resu
16、lts桩号54#103#105#桩长/m131313桩径/mm400400400400400400最大试验荷载/kN1 0201 0201 020对应沉降/mm3.5610.786.30极限承载力/kN1 0201 0201 020对应沉降/mm3.5610.786.305.2 等效分层综合法计算桩基沉降及沉降计算深度5.2.1 桩基模型选择采用混凝土预制方桩,边长为 400 mm,桩长为13 m,正负零标高为10.95 m,承台底标高为9.00 m,柱荷载为 8 000 kN,基础覆土平均容重为 20 kN/m3,柱下承台布桩平面图如图1所示。5.2.2 桩基沉降计算根据 建筑桩基技术规范
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