浅谈岩溶地区大直径桩超前钻勘察合理布孔的重要性

浅谈岩溶地区大直径桩超前钻勘察合理布孔的重要性

刘事平

深圳市宝利检测有限公司 广东深圳 518000

摘要：通过某项目会所工程实例,并结合相关规范,分析岩溶发育地区超前钻施工勘察合理布孔以及布孔数量控制对确定桩型、桩端持力层、承载力、入岩判断、溶洞处理、成孔工艺及确保工程质量等方面的重要性。

关键词：岩溶地区；超前钻；溶洞；桩基施工

引言

随着我国经济的快速发展，建筑桩基工程技术越来越成熟，承受荷载较大的工程都采用钻（冲）孔或人工挖孔灌注桩，以中、微风化岩作为桩端持力层；在碳酸盐岩分布地区，桩基施工过程中常遇见溶洞、孤石、斜岩、破碎带等不良地质情况，故在桩基施工前必须进行超前钻勘察。

超前钻，是施工勘察阶段的一部分，是详勘阶段的补充和延伸，是为查明桩端持力层下不小于3d（d为桩径）且不小于5米范围内有无溶洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件。实践中，部分业主有这样的观点：认为项目已经做了详细勘察，没必要再做超前钻，或者为了节约成本无论大小桩均布一桩一孔，甚至一个承台只钻一孔；其实这是对岩土工程分级勘察的认识不足。那么超前钻应该怎样布孔才算合理呢？以下通过某项目会所工程实例,并结合相关规范,分析岩溶发育地区超前钻施工勘察合理布孔以及布孔数量的重要性。

一、工程概况

某地区项目会所工程，结构三层+吊一层临湖，基础采用一柱一桩独立形式，基桩设计为人工挖孔桩，总桩数68根，桩径1000~1400mm，桩身混凝土强度为C30，单桩最大竖向抗压极限承载力7000kN，持力层为中风化凝灰岩，设计要求桩端入岩深度不小于500mm。

二、地质情况

根据勘察报告及超前钻资料显示，地层结构如下：7～10m厚覆盖土层（土含圆砾），极限侧阻力标准值q_sik取60kpa；强风化凝灰岩为0.5~1m，极限侧阻力标准值q_sik取120kpa；以下为中风化凝灰岩极限侧阻力标准值q_sik取130kpa；超前钻孔布置为一桩一孔，超前钻揭露中风化岩层深度满足勘察规范要求，地勘资料显示只发现土洞、未发现溶洞。按以往周边项目经验，该地区属于岩溶发育区。

三、工程桩检测

该项目会所在进行工程桩检测时，经设计、施工、监理及甲方共同确定的单桩竖向抗压静载试验3根，其中一根静载桩直径1400mm，桩长8.2m，入持力层中风化石灰岩0.55m，设计承载力特征值为3500kN,最大加载量为7000kN；超前钻显示地层分别为（桩顶从上往下）：7m厚土含圆砾，0.65m厚强风化凝灰岩，以下为中风化凝灰岩；单桩竖向静载试汇总表及Q-S曲线如下：

单桩竖向静载试验汇总表

工程名称：会所 桩长：8.2m 桩径：1400mm

从以上静载数据及曲线可得知，当加载至2100kN时，桩顶累计沉降量为6.1mm，当加载至2800kN后，桩顶累计沉降量为75.5mm，桩的沉降量达到前一级荷载作用下沉降量的5倍且沉降量不趋于稳定，已达到极限状态,故终止加载。该桩在静载试验前后桩头状态完好，Q-s曲线呈陡降型，根据规范取其发生明显陡降的起始点对应的荷载值，即该静载桩的单桩竖向抗压承载力极限值为2100kN；

四、原因分析

结合超前钻资料初步测算该桩的侧阻力合计约2400kN,得知该桩的侧阻力在静载试验时从上而下逐渐发挥完全，进入端阻力发挥阶段；在静载试验前已采用低应变法检测桩身完整性较好，无明显缺陷。那么该桩达不到设计极限承载力的原因可能有：

1. 桩身浇筑时桩底积水较深且未抽干导致混凝土配比改变，桩底强度严重不足；

2. 浇筑混凝土前桩底未清理干净或有泥土掉入孔内，厚度较大；

3. 桩端持力层3d(d为桩径)且5米范围内有软弱下卧层。

为了查明地质情况，采用钻芯法进行验证，钻芯结果如下：桩身混凝土芯样为青灰色，表面较光滑。混凝土芯样多呈长柱状、少数为短柱状，长度一般为32～56cm，最长达0.9m。混凝土芯中砂、石分布较均匀，胶结较好。混凝土芯除机械振动折断，对接吻合连接性好，未见断桩、松散、夹泥等现象，混凝土强度满足设计要求，桩端进入持力层0.45m以下开始出现斜岩，芯样截面不完整，一半截面渐变为溶洞填充物，表面腐蚀严重，取上来的石灰岩芯样长度为5～15cm，桩端累计进尺1.2m后进入溶洞填充物，终止钻孔。经过坐标放样并复核，钻芯孔中心坐标与超前钻孔坐标相差25cm。

事实证明该桩达不到设计极限承载力的直接原因是规范规定的范围内持力层为不完整岩面，含有软弱下卧层，导致桩端承载力不足、沉降过大；管理原因：主观上为了减少成本，桩基施工前超前钻只做了一桩一孔，导致未充分探明桩端持力层3d(d为桩径)且5米范围内的地层分布状况。

经查阅规范，目前华南很多省份及国家标准未见有明确的超前钻布孔数量标准要求，华南地区只发现广东省有明确并且详细的超前钻布孔数量的标准要求，详见《广东省岩溶地区建筑地基基础技术规范》DBJ/T 15-136-2018第4.3.9条规定不同桩径下钻孔数布置表如下：

说明：1、当辅以孔中物探时，每根桩应布置不少于1个钻孔；

2、当钻孔为1个时，宜在距桩中心10cm~15cm的位置布孔；当钻孔超过1个时，宜在桩径范围内均匀对称布置。

显然该静载桩直径1400mm，施工前应布3孔进行超前钻探，以便查明土洞、溶洞分布、大小、规模、连通程度、充填情况、稳定持力层的顶面标高及其承载力，从而更加稳妥地选择合适成桩工艺的桩型。

五、处理结果

1. 按相关规范对本工程所有基桩进行扩大检测；

2. 重新在该静载桩周边勘察，超前钻探明持力层规范规定的范围内无溶洞、夹层后，采取补桩的方式处理。

结束语：

1. 超前钻勘察应严格根据桩径确定布孔数量、间距及位置，这样有利于查明每根桩的地层结构及分布特征，有利于查明岩层厚度、溶洞顶板厚度，有利于查明稳定持力层的顶面标高及其标准承载力，从而不至于造成无效成本、耽误工期、影响质量。

2. 国家规范标准应明确合理布孔范围及数量，各个地区根据当地经验及地质条件复杂程度适当调整制定地方规程；

3. 岩溶地区应强制把单桩超前钻孔数量合理性列入基础专项验收主控项目或桩基检测验收项。

参考文献：

[1]GB 50021-2001(2009), 岩土工程勘察规范[S].

[2]JGJ 106-2014, 建筑基桩检测技术规范[S].

[3]韩建强, 广东省标准《岩溶地区建筑地基基础技术规范》(DBJ/T15-136-2018). 广东省,广州市设计院,2017-08-30.

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