矿山桩基岩土工程勘察中控制性孔深度的确定

樊鹏斐

（中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710054）

1 序言

近年来，随着国家西部大开发战略的实施，区域发展能源需求量不断增加，进而推动了矿企的建设与发展。矿山基础设施施工中的岩土工程勘察已日趋成为工程勘察单位的主要业务之一。目前，在大多数工程均以招标形式确定勘察单位，且在行业日益竞争激烈的情况下，勘察工作量的设计至关重要；设计过多必将提高勘察工程造价，这也就降低了中标的可能性；而过少则不能满足设计要求。而勘察工作量的设计是由勘探点的数量和深度确定[1]。在目前各种规范日渐成熟的情况下，勘探点的间距和深度在规范中均已规定，但在进行勘察工作量设计时，由于设计意图及地层岩土特性等情况不明，勘探深度往往不易把握，尤其矿山桩基施工中的勘探深度。因此，对如何准确的确定矿山桩基岩土勘察深度进行研究是十分必要的。

2 研究依据

2.1 研究前提

研究区位于陕西关中盆地的渭河二、三级阶地及黄土丘陵塬边地带上，其地层主要为第四纪冲积和洪积的黄土，局部为冲积的砂卵石层[2]。

2.2 行业规范

现行如下规范标准中的强制条文是勘察工作量设计所必须遵循的原则：

（1）工程项目地基基础设计规范（GB50007-2011）第3.0.2.（2）条：设计等级为甲级、乙级的施工项目均应按地基变形设计。

（2）岩土工程勘察规范（GB50021-2001）第4.1.18.（2）条：对需作变形计算的桩基，控制性勘探孔的深度应超过地基变形计算深度；矿山桩基勘探孔应达到基底0.5～1.0倍的基础宽度，并深入稳定分布的地层。

（3）矿山工程项目岩土工程勘察规程（JGJ72-2004）第4.1.4（1）条 ：控制性勘探孔深度应超过地基变形的计算深度。

（4）矿山桩基技术规范（JGJ94-2008）第3.2.2 2 1）条：控制性孔应穿透平面以下压缩层厚度。

（5）湿陷性黄土地区工程项目施工规范（GB50025-2004）第5.7.2条：在湿陷性黄土场地采用桩基础，桩端必须穿透湿陷性黄土层。

图1 矿山桩基开挖结构图

2.3 合理假定

（1）对岩土工程勘察阶段，不能取得基底压力值时，可按矿山开采区地层情况进行估算。每层荷载按17～20kPa取值。

（2）对只给出井下巷道的深度，可按3.5m、8.0m、12.0m的深度考虑。

（3）对设计未给出基础尺寸时，基础宽度b可按施工平面图划定的桩基宽度考虑，不规则形状等代为方形，取其边长。

图2 岩土工程勘察工作流程图

3 计算方法

3.1 方法选取

3.1.1 理论公式

据规范（JGJ72-2004）4.2.4条第2款规定：

进而得下式。

式（1）（2）和（3）中D为控制性钻孔深度；dz为基础埋深；l为预估桩基的有效桩长，对可能有多种桩长方案时取最长桩；z为地基受压缩层厚度；γ为地基土的加权重度，据周边场地及地区经验确定。

3.1.2 经验法

据规范（JGJ72-2004）4.2.4条第2款规定：

式中D为控制性钻孔深度；dz为基础埋深；l为预估桩基的有效桩长，对可能有多种桩长方案时取最长桩；b为基础宽度。

3.2 预估桩基的有效桩长

3.2.1 预估单桩荷载Qk

桩基布桩形式一般分正方形和梅花形（正三角形）两种。正方形和梅花形布桩的单桩负荷面积可按下式估算：

式（5）中Sa为桩间距（m），钻孔灌注桩桩间距aS可按3倍桩径考虑，预制桩桩间距Sa可按3.5倍桩径考虑。

在已知基底平均荷载（kPa）的情况下可得单桩荷载（kN）。

3.2.2 估算单桩承载力Ra

据单桩荷载和邻近场地的地层条件假设桩长，估算有效桩长范围内平均桩侧摩阻力及端阻力，进一步估算单桩承载力Ra，并满足Ra＞Qk。当小桩和短桩能满足上部荷载要求时，优先选用小桩和短桩；但当分布稳定且强度较高的桩端持力层埋藏较深时则可按长桩考虑[4]。注意，在研究区一般应控制桩的长径比[5]。

4 工程实例

工程施工拟采用框架剪力墙结构，桩筏基础，基础埋深17.0m，基底荷载580kPa；据附近场地资料，地下0m～17.0m主要为第四纪风积黄土层，17.0m～70.0m主要为第四纪冲湖积分质粘土层，局部夹1.0m～3.0m细砂；地区稳定地下水位为6.0m～7.0m。试确定勘探孔深度[6]。

4.1 预估桩基的有效桩长

据附近场地资料及地区经验，桩端持力层为粉质粘土层，粉质粘土的极限侧阻力标准值qsik取75.0kPa， 粉质粘土的极限端阻力标准值取1200kPa。

则设计单桩荷载见表1。

表1 设计单桩荷载计算表

在满足设计单桩荷载要求下不同桩径对应桩长见表2。

表2 设计单桩荷载计算表

表3 设计单桩荷载计算表

综上所述,预估桩基的有效桩长按22.0m考虑。

4.2 勘探孔深度的确定

4.2.1 理论计算

据地区经验，地基土的天然重度γ天然取16.5kN/m3，饱和重度γ饱和取18.0kN/m3；筏板基础按C30混凝土考虑，取25kN/m3。则理论计算控制性勘探孔深度见表4。

表4 设计单桩荷载计算表

4.2.2 经验估算

控制性勘探孔深度：

4.3 对比

综上所述，两种方法得到的控制性勘探孔深度差别不大，均能满足规范的要求。

但是，理论计算能准确进行的前提是必须有矿山工程施工项目区场地的岩土勘察资料，并进行相应的推算。而经验估算法则只需知道项目中桩基的平面尺寸即可，这在设计提供的矿山桩基平面布置图中均有标注。在这日趋激烈的市场竞争中，现场谈判并报价的情况下，不能及时搜集场地资料或场地附近就没有岩土勘察资料时，两种方法法的优劣是显而易见的。

5 结语

本文通过对矿山桩基岩土勘察中控制性勘探孔深度计算方法理论介绍，并结合某一地区的矿山工程实例分析，认为经验估算法在矿山桩基岩土勘察工作中具有良好的应用效果。