复杂地质条件下大直径嵌岩桩检测分析

江 辉

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

随着社会的进步，超高层建筑大规模发展，嵌岩灌注桩以其良好的适应能力及承载特性，被广泛应用于工程建设中。特别是针对场地地质条件复杂，且存在较多的滚石、孤石等不良地质体地区，采用大直径嵌岩桩经济效益显著。嵌岩桩承载力受地质条件、覆盖层厚度、桩端持力层性状、施工工艺等多种因素影响，其中桩端持力层性状对于高承载力嵌岩桩起着至关重要的作用，灌注桩终孔误判事故时有发生[1-3]。唯有准确判定桩端持力层的性质及桩端下卧层的情况，才能保证桩端落在稳定的持力层中。

根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)[4]中规定：基桩检测应根据检测目的、检测方法的适应性、桩基设计条件、成桩工艺等，合理选择检测方法。当通过两种或两种以上检测方法的相互补充验证，能有效提高基桩检测结果判定的可靠性时，应选择两种或两种以上检测方法。

本文以复杂地质条件下嵌岩桩检测工程中出现的问题为实例，通过多种方法进行补充验证分析，综合评价桩基整体承载力情况，为补强或设计变更提供强有力的依据，保证工程质量的安全。

1 工程概况及地质特征

1.1 工程概况

某工程位于福建省某地，地基基础设计等级为甲级，工程重要性等级为一级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度为二级，基坑工程安全等级为一级，岩土工程勘察等级为甲级。主楼设计基础类型采用冲孔灌注桩，设计桩径为1000 mm，桩身混凝土设计强度等级为C40，设计桩端持力层为中等风化花岗岩，单桩竖向抗压承载力特征值为7600 kN。

1.2 地质特征

该工程地貌单元属于山前冲积、河流冲积平原地貌，主要土层自上而下为：①杂(素)填土：松散～稍密，稍湿，层厚0.80 m～5.10 m；②粉质粘土(1)：湿～饱和，可塑，层厚2.00 m～3.50 m；③淤泥：饱和，流塑，层厚6.20 m～13.10 m；④淤泥(质土)夹砂：饱和，流塑，层厚1.80 m～20.50 m；⑤粉质粘土(2)：饱和，可塑，层厚1.80 m～15.70 m，局部地段分布有滚石，厚度0.90 m～1.20 m；⑥中砂：饱和，中密～密实，层厚2.00 m～7.40 m；⑦残积砂(砾)质粘性土：饱和，可塑～硬塑，层厚2.10 m～5.80 m，局部地段分布有孤石，厚度0.70 m～2.10 m；⑧全风化花岗岩：饱和，岩芯呈砂土状，层厚0.50 m～9.40 m，局部地段分布有孤石，厚度0.60 m～1.50 m；⑨-1强风化花岗岩(1)：岩芯呈散体状，层厚2.60 m～10.70 m，局部地段分布有孤石，厚度0.70 m～4.20 m；⑨-2强风化花岗岩(2)：岩芯呈散体状，中下部含有少量风化碎块，层厚7.20 m～20.35 m，局部地段分布有孤石，厚度0.10 m～2.60 m；⑨-3强风化花岗岩(3)：岩芯呈片块状，下部局部强度较高，有些岩块强度接近中等风化岩，层厚2.00 m～18.20 m，局部地段分布有孤石，厚度0.80 m～5.40 m；⑩中等(微)风化岩：岩芯以碎块～短柱状为主，局部呈长柱状，岩石坚硬程度为较硬岩～坚硬岩，岩体完整程度为较破碎～较完整，最大揭示厚度9.10 m。

2 检测和补充验证分析

2.1 原有检测情况及原因分析

该工程按设计要求选取了656#、720#、738#的3根桩进行静载试验，承载力满足设计要求。在工程桩全面施工后，对所有的基桩进行了低应变法动力检测，并选取了12根桩进行声波透射法检测，均未发现异常。同时选取12根桩进行钻芯法检测，发现6根不合格，检测结果分析桩身混凝土抗压强度均满足设计要求，存在问题主要在桩端持力层，根据6根不合格桩的持力层性状，大致可分成A、B、C三类，汇总如表1所示。

表1 钻芯法检测不合格桩汇总

经多方调查了解，该场地地质条件复杂，局部持力层岩面坡度变化较大，残积土及风化岩地段，因风化不均，场地内存在较多滚石、孤石等不良地质体，在桩基全面施工前，未进行专项施工勘察，导致桩基施工钻孔时，凭钻进时效很难分清孤石或是硬夹层、岩体破碎及风化程度，易将强风化岩层误判为中等风化岩层[2]。

2.2 补充验证技术方案及分析

为了能够进一步判断上述三类桩的承载力能否满足设计要求，首先采用最简便手段：对原有静载试验合格桩进行钻芯法验证，对比桩端持力层性状；其次考虑到若大量采用钻芯法，工期长、效率低，可选择更为经济、有效的持力层普查手段：在桩边附近进行钻孔补勘；最后采用静载试验针对代表性的桩进行验证分析，来综合评价桩基整体承载力情况。以下对补充验证的情况进行逐一介绍。

2.2.1 钻芯法验证

对原有静载试验合格的三根桩进行钻芯法验证，通过对比桩端持力层性状的情况，来间接推定承载力能否满足设计要求。验证照片如图1所示，钻芯法验证结果如表2所示。

(a)656#

(b)720#

(c)738#

表2 静载合格桩钻芯法验证结果

从图1中可看出，720#桩端持力层性状与设计要求吻合。656#桩桩端岩石裂隙发育，钻芯芯样破碎程度属于强风化花岗岩(3)，表1中持力层类别为C类的桩与该桩相似。738#桩桩端落在孤石上，中部见强风化花岗岩(3)，表1中持力层类别为A类的桩与其相似。可推定这两类桩载力基本能够满足设计要求。

2.2.2 钻孔补勘验证

钻孔补勘相对于钻芯法而言不仅费用较少、效率更高，还可以避免钻芯时易偏出无法钻取桩底的情况，可作为该工程的持力层性状普查的重要辅助手段。该方法的主要技术要求如下：

① 钻孔孔位必须位于对应桩桩心800 mm范围内；

②钻孔深度应进入中等风化岩大于3 m；

③钻孔上部采用单管取芯，在桩底标高(以施工桩长记录为依据)以上3 m至终孔范围内采用双管留取岩土样。

受业主委托，该工程共选取了36根桩进行钻孔补勘，通过原有桩基施工情况对比，经统计，30根桩持力层性状与原施工记录基本一致，4根持力层类别出现C类，786#、753#桩持力层类别为B类，这两根桩钻孔补勘芯样照片，如图2所示。

(a)786#

(b)753#

2.2.3 静载试验验证

根据上述两种补充验证分析结果，为了进一步验证各类桩承载力，选取了797#(A类)、764#(B类)、807#(C类)3根代表不同持力层性状的基桩进行静载试验验证，其试验结果见表3，静载试验Q-s曲线及原有钻芯法检测芯样照片对比见图3～图5所示。

表3 钻芯法不合格桩静载荷试验验证结果

图3 797#桩(A类)Q-s曲线及钻芯法芯样

图4 764#桩(B类)Q-s曲线及钻芯法芯样

图5 807#桩(C类)Q-s曲线及钻芯法芯样

从静载荷试验Q-s曲线上分可知，797#(A类)、807#(C类)桩在最大试验荷载作用下总沉降量均小于30 mm(见表3)，这两类桩Q-s曲线呈缓变形，承载力能够达到设计要求，与钻芯法验证(本文2.2.1节)结果推定吻合。764#(B类)桩在荷载13 680 kN作用下产生沉降急剧增大，压力无法稳定，沉降量超过79.01 mm，可以推定此类桩承载力无法满足设计要求。

3 补充验证评价

综合上述三种方法补充验证分析结果，该工程主楼工程桩桩端持力层性状评价如下：

①通过钻孔补勘，对主楼桩基工程的桩端持力层性状情况有了全面了解，除4根桩持力层类别为C类和2根桩持力层类别为B类外，其他30根桩持力层性状满足设计要求。

②B类桩由于桩基施工终孔时，将孤石层误判为中等风化岩层，下部存在软弱夹层，导致承载力达不到设计要求，设计单位对该区域承载力应进行复核补强。

③C类桩桩端岩石裂隙发育，芯样破碎程度属于强风化花岗岩(3)，坚硬强度却属于中等风化岩，A类桩桩端落在孤石上，中部见强风化花岗岩(3)，持力层性状优于C类桩，经静载和钻芯法交叉验证后可以判定，这两类桩承载力可满足设计要求。

4 结语

(1)在桩基全面施工前，对地质条件变化较大的复杂地段应进行专项施工勘察，以准确判定桩端持力层的性质及桩端下卧层的情况，保证桩端落在稳定的持力层上。

(2)为了能够普查持力层情况，除采用常规的钻芯法外，在桩边附近进行钻孔补勘也是一个经济快速有效的验证手段。

(3)大直径嵌岩桩承载力检测不能采用单一的检测方法进行定论，应采用多种方法检测，使各种方法能相互补充印证，优势互补。对设计等级高、地基条件复杂、施工质量变异性大的桩基判定存在技术困难时，应采用静载试验进行验证分析，来综合评价桩基整体承载力情况，为补强或设计变更提供强有力依据。