桩基竖向抗压承载力检测与加固分析.pdf

?65：2023年4月江西建材质量控制与检测桩基竖向抗压承载力检测与加固分析吴平春福建省宏实建设工程质量检测有限公司，福建泉州362122摘要：文中通过单桩竖向抗压静载试验，检测某工程冲孔灌注桩承载力，发现试桩中某根桩不满足设计承载力的要求。为了验证桩身是否出现质量问题，采用钻芯法进行钻孔取样，结果表明，桩身完整性为I类，但桩端持力层未达到设计岩层，无法提供足够的支承能力。综合考虑各种影响因素后，采用桩底注浆的方法加固缺陷桩，经过单桩竖向抗压静载试验，验证其竖向承载力能够满足设计要求。关键词：冲孔灌注桩；承载力；持力层；加固补强中图分类号：TU743.1文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 0 6 5-0 3Detection and Reinforcement Analysis of Vertical CompressiveBearing Capacity of Pile FoundationWu PingchunFujian Hongshi Construction Engineering Quality Testing Co.Ltd.,Quanzhou,Fujian 362122Abstract:After testing the bearing capacity of a punched cast-in-place pile in a certain project through a single pile vertical compressivestatic load test,it was found that one of the test piles did not meet the design bearing capacity requirements.In order to verify whether thereare quality issues with the pile body,the core drilling method was used for drlling and sampling.The results showed that the integrity of thepile body was Class I,but the bearing stratum at the pile end did not reach the designed rock stratum and could not provide sufficient supportcapacity.After considering various influencing factors,the design unit adopted the method of grouting at the bottom of the pile to reinforce thedefective pile.After grouting reinforcement,the vertical compressive static load test of a single pile verifies that the vertical bearing capacitycan meet the design requirements.Key words:Boring cast-in-situ pile;Bearing capacity;Bearing stratum;Reinforcement0引言随着高层建筑的大量兴建，建筑基础的安全可靠性日渐得到重视。桩基础以其承载力高、沉降量小、抗震性能好、便于机械化施工等特点，广泛应用于高层建筑基础 。根据施工方法的不同，桩基础可分为预制桩和灌注桩，其中，冲（钻）孔灌注桩是应用最广泛的一种桩基形式。大直径的冲（钻）孔灌注桩相较于预制桩，有着单桩承载力高、无挤土效应、无振动、能贴近已建建筑物施工等优点，是高层建筑首选的基础形式。然而，在实际施工过程中，由于冲（钻）孔灌注桩施工工艺复杂、施工场地地基地质的差异，桩身容易出现扩径、缩径、离析、夹泥等缺陷，尤其是因地质勘察未达所需深度或施工工艺不规范，导致嵌岩深度不足，影响桩基承载力。对于桩身缺陷和承载力不足的问题，通常的做法是钻孔取芯的方法检验桩基孔深、桩身完整性、混凝土强度、嵌岩深度等项目 2 。对泉州某工程的冲孔灌注桩进行单桩竖向抗压静载试验，试验结果表明，其竖向抗压极限承载力不满足设计要求。通过钻芯法检测发现，桩端持力层未达设计岩层。参建各方结合实际情况，确定采取桩底注浆方法对缺陷桩进行补强。1工程及地质概况拟建工程位于福建省泉州市，场地复杂程度等级、基坑工作者简介：吴平春（19 8 7-），男，福建邵武人，本科，工程师，主要研究方向为工程检测。程安全等级以及地基的复杂程度均为二级。工程的抗震设防类别为乙类。根据岩土工程勘察报告显示，拟建工程场地的土层自上而下为：粉质黏土，干强度中等，高韧性，工程性能一般，层厚0.603.30m，沿全场钻孔均有分布；砂卵石，工程性能中等，层厚3.50 6.50 m，该层全场钻孔均有分布；全风化花岗岩，工程性能良好，层厚1.40 6.6 0 m，该层全场钻孔均有分布；碎屑状强风化花岗岩，工程性能良好，层厚2.30 7.8 0 m，大部分钻孔内皆有揭露；碎块状强风化花岗岩，工程性能良好，层厚6.106.50m，大部分钻孔内皆有揭露。各土层的物理力学指标和设计计算参数见表1。表1各土层的物理力学指标和设计计算参数天然压缩承载力粘聚力内摩土层重度模量特征值/kPa擦角/(kN/m)E,/MPafa/kPa粉质粘土18.825.517.54.69160砂卵石20.630.012.0250全风化花岗岩20.525.028.0/350碎屑状强风化21.528.030.0/550花岗岩碎块状强风化23.035.040.0900花岗岩拟建物桩基工程共采用8 0 根冲孔灌注桩，设计桩径为:662023年4月江西建材质量控制与检测800mm，桩长为6 2 0 m，桩身采用C30混凝土材料。桩基竖向抗压承载力特征值为3150 kN，竖向抗压极限承载力为6 30 0 kN。根据桩基设计要求，桩端持力层为碎块状强分化花岗岩，并要求进人持力层深度不小于1.5m。2桩基检测情况2.1单桩竖向抗压静载试验由甲方、设计、监理、勘察等四方共同指定2 7 桩为静载荷试验的试验桩，2 7 桩的施工参数见表2。2 7 试桩的静载荷试验参照JGJ106一2 0 14建筑基桩检测技术规范进行，采用慢速维持荷载法，逐级施加荷载 3。加载装置由油压千斤顶构成，反力装置由混凝土预制块堆重起来的平台组成，且反力装置需提供大于最大荷载1.2 倍的反力。测量装置由沿桩顶对称布置的4个位移传感器组成，用以测量桩顶的沉降量。27桩的静载荷试验结果见表3、表4。表2试桩有关参数单桩竖向委托最大桩长桩径抗压承载桩号桩端持力层试验荷载/m/mm力特征值/kN/kN27#18.16800碎块状强风化花岗岩31506300表3静载试验结果时间/min沉降量/mm荷载/kN本级累计本级累计0000.000.0012601201204.444.4418901502705.309.7425202104804.8614.6031502407206.1720.7737802709908.2629.03441024012309.4738.505040420165011.0049.50567045169511.9261.42表4单桩竖向静载试验结果最大试验单桩竖向极限荷载最大试验荷载作用残余变形抗压极限桩号所对应的荷载/kN下桩顶沉/mm承载力检沉降量/mm降/mm测值/kN27#567061.4240.004496由表3、表4可知，2 7 桩的每级荷载增量为6 30 kN，最大试验荷载加至6 30 0 kN。试验加载至第八级时（试验荷载为50 40 kN），该级桩顶沉降量为11.0 0 mm，桩顶累计沉降量49.50mm；试验加载至第九级时（试验荷载为56 7 0 kN），桩顶累计沉降量达到6 1.42 mm。根据JGJ106一2 0 14建筑基桩检测技术规范规定，达到终止加载条件，终止试验。对于缓变型Q-s曲线，取s=40mm对应的荷载值449 6 kN为该桩的单桩竖向抗压极限承载力。2 7 试桩单桩竖向抗压极限承载力为449 6 kN，不满足设计要求。2.2钻芯法检测钻芯法直接对桩身混凝土进行钻芯取样，不仅可以测定混凝土强度和质量，还可以有效检测桩底沉渣和桩端持力层状况。通过这种方法观察芯样的连续性、完整性来确定桩身缺陷类型、位置以及确定桩身实际长度。2 7 试桩的钻芯取样结果见图1。钻芯检测结果显示：2 7 试桩有效桩长为18.16 m，钻取持力层长度为2.4m。检测钻取的芯样表面未发现异常现象，混凝土芯样连续完整，桩身完整性类别为I类。桩底无沉渣，通过标准贯人试验确定桩端持力层是碎屑状强风化花岗岩，与原设计持力层碎块状强风化花岗岩不一致。图127#桩芯样图2.3桩基承载力不足原因分析根据上述检验结果，2 7 桩的桩长、桩身完整性、混凝土强度以及桩底沉渣厚度均符合设计要求，桩身未出现质量问题。然而，碎屑状强风化花岗岩作为持力层，而非设计要求的碎块状强风化花岗岩，前者能提供的桩端阻力小于后者，以此造成端承桩承载能力的下降。持力层未达要求岩层的原因之一在于，施工单位未严格把控成孔质量，使得冲孔深度不足；另一原因是，工程各方在终孔检验时，可能对人岩深度产生了误判，使得实际岩层与设计要求的持力层存在偏差。3桩基加固方案比选根据上述原因分析，2 7 试桩桩长、桩身完整性、混凝土强度和桩底沉渣厚度均满足设计要求，但由于桩端持力层为碎屑状强风化花岗岩，力学性能较差，桩端阻力明显不足，导致单桩竖向抗压承载力不能满足设计要求。对于桩基承载力不足的问题，提出了两种加固方案：补桩加固与注浆加固。3.1补桩加固补桩加固法通常是在原有桩基周围对称增补桩基，与原有无缺陷桩基共同承受上部荷载的作用，从而达成提高承载力的目的。这种方法适用范围较广，只要场地允许均可使用。优点是质量能保证，缺点是增补桩基耗时长、成本高。3.2桩底注浆桩底注浆法是用来处理冲孔灌注桩承载力不足问题的常用的加固技术。具体做法是，将一定浓度的水泥浆液通过高压注浆的方式，注人桩的底部，与桩底土体发生胶结和固化反应，形成扩大范围的桩底球形体 4。桩底球形体的存在提高了桩基的竖向抗压承载力，从桩身角度上看，由于桩径的增加和桩底的扩大，桩侧和桩端阻力得到提高；从持力层的角度上看，泥浆的注人增强了桩端岩层的强度，改善了岩层的受力性能，消除了桩底沉渣对端承力的不利影响。这种方法的优点是工期短、见效快、成本低；缺点是加固效果难以检验，需要对加固后的桩基进行荷载试验。27试桩桩端持力层为碎屑状强风化花岗岩，岩石风化强烈，长石部分已风化为粘土矿物，岩芯呈碎屑状，无洞穴、临空面、破碎岩体和软弱岩层等，岩石坚硬程度为极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为V级，工程性能一般。参建各方综合考虑地基条件、桩基类型、施工工艺，确定采用造价较低、技术可行的桩底注浆方案。注浆参数的确定应综合考虑注浆目的、地质条件、施工工艺等因素。水泥浆的水灰比可以根据实际土质状况确定，2 7 桩的持力层取0.45 0.6 5。为了防止注浆过程种桩身上移，注浆压力不宜大过桩侧摩阻力，同时，为了达到满足要求的注浆效果，注浆压力也不宜过小 5。注浆压力的确定应当综合考量注浆深度和地质状况，由于2 7 桩桩端持力层为碎屑状强风化花岗岩，.67上接第6 4页）2023年4月江西建材质量控制与检测且注浆深度达18.16 m，因此注浆压力取为4 10 MPa。单桩注浆量根据桩长、桩径、桩端土层性质、承载力提升幅度等综合确定，可按式（1）进行估算 6 。G=a,d+a,nd(1)式中：,为桩端注浆量经验系数，,=1.51.8；,为桩侧注浆量经验系数，,=0.50.7；n 一为桩侧注浆断面数；d为基桩设计直径（m）；G。为注浆量（t），以水泥质量计。注浆施工中，通常以注浆压力和浆液浓度进行质量控制，为保证设计用量的水泥浆体保留在桩底有效范围内，应尽可能以低压、浓浆、慢速注浆的原则进行灌注。若出现桩周冒浆现象或注浆压力无法达到要求的现象，应调整注浆浓度和注浆方式，延长间歇时间，每根桩的注浆时间一般为1 2 h。终止注浆应满足：注浆总量以及注浆压力符合要求；注浆压力达到设计值时注浆总量在7 5%以上。4桩底注浆后检验为了使竖向承载力满足要求，对2 7 桩缺陷桩进行桩底注浆加固施工，待桩身混凝土龄期达到设计要求后，再对注浆后的2 7 桩进行单桩抗压承载力试验，以验证加固效果。27桩采用分级加载的方式，最大试验荷载为6 30 0 kN，每级荷载取为最大试验荷载的1/10，即6 30 kN。该试验进展顺利，未出现异常现象。经检测，最大桩顶总沉降量为9.9 4mm，残余变形为5.7 6 mm，取最大试验荷载值6 30 0 kN为2 7 桩的单桩竖向抗压极限承载力。加固后的静载试验结果见表5，试验结果表明，桩底高压注浆的加固效果较为理想，加固后的2 7 桩在最大试验荷载作用下的桩顶沉降明显降低，仅为13.52 mm，单桩竖向承载力满足设计要求。表5各试桩单桩竖向抗压静载试验结果最大试验荷竖向抗压极最大试验荷残余变形桩号载作用下桩限承载力检载/kN/mm顶沉降/mm测值/kN27(注浆后）63009.945.766300实了。所以在实际施工中，为了有效控制质量，可以采用现场筛分确定P5含量，根据已知的“三因素曲线”确定最大最小干密度，计算相对密度。4结语综上所述，渠堤砂砾石填筑施工过程中，应认真抓好渠堤填筑施工工艺和试验检测，保证渠堤砂砾石填筑施工质量，使建设工程顺利开展。在填筑量大、几何形状复杂、工艺要求高的复杂技术条件下，为保证砂砾石填筑质量，应加强预控措施及施工技术管理，以施工组织设计为纲要，以施工工艺设计和施工要点为指导，以三级技术交底、操作规程和工序交接检查为保证，加强各施工环节控制与管理，加大技术投人和管理力度，严格遵守操作规程及施工流程。参考文献1 许永强.浅谈现阶段我国天然砂砾石路基填筑的施工工艺与试验检测【J】.中国房地产业，2 0 12（8）：2 2 8.2 张山勇.引水渠道渠堤砂砾石填筑施工技术探讨J.陕西水利，2014(S1):47-48.5结语（1）钻孔灌注桩竖向承载力的影响因素复杂，同时受到地基土的类别和性质、桩的几何特性、荷载性质、桩的材性、施工工艺质量等因素的影响。因此，对桩基进行静载试验就显得尤为必要。单桩竖向抗压静载试验是桩基竖向承载力检测常用的手段，是确定桩基竖向承载力最可靠最直观的方法。如发现竖向承载力不满足设计要求，为了追根溯源，一般采用钻芯取样法查找桩身缺陷。（2）对缺陷桩的加固处理，应该综合考虑场地地层状况、桩基类型、施工工艺、经济成本等要素。本次采用的桩底注浆加固处理冲孔灌注桩端持力层满足设计要求的方法，有效提高了桩基承载力和降低了桩顶总沉降量，处理效果良好，承载力得到明显改善，与补桩加固法相比成本更低，且方便快捷，并缩短工期。参考文献1】李席盈，张云飞.灌注桩后注浆工艺承载性能试验研究J】.广东建材，2 0 2 2，38（2）：48-52.2施欢欢.后注浆技术在岩土工程中的应用研究J.建筑技术开发，2 0 2 0，47（7）：56-57.【3李申龙.建筑工程桩基检测方法探析J】.江西建材，2 0 2 1（6)：29-30.4许章.福建二建大厦钻孔灌注桩桩底注浆技术J.福建建筑，2006（5):18 3-18 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