大直径嵌岩桩施工勘察孔深的确定Word文件下载.docx
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……对大直径桩,不得小于5m……对嵌岩桩,应钻入预计嵌岩面以下3~5d,并穿过溶洞、破碎带,到达稳定地层。
”但该规范描述略有模糊,后附条文说明亦未予以说明。
《高程建筑岩土工程勘察规范》4.2.3条的2到5款对一般性基岩、花岗岩、岩溶及互层岩石均分条予以规定,具有较好的参考价值:
“对一般岩质地基的嵌岩桩,勘探孔深度应钻入预计嵌岩面以下1d~3d,对控制性勘探孔应钻入预计嵌岩面以下3d~5d,对质量等级为Ⅲ级以上的岩体,可适当放宽;
“对花岗岩地区的嵌岩桩,一般性勘探孔深度应进入微风化岩3~5m,控制性勘探孔应进入微风化岩5~8m。
“对于岩溶、断层破碎带地区,勘探孔应穿过溶洞、或断层破碎带进入稳定地层,进入深度应满足3d,并不小于5m;
“具多韵律薄层状的沉积岩或变质岩,当基岩中强风化、中等风化、微风化岩层呈互层出现时,对拟以微风化岩作为持力层的嵌岩桩,勘探孔进入微风化岩深度不应小于5m。
实际工作完全可参照此条目进行,但对于岩溶地区的嵌岩桩勘察,为更准确估计顶板安全厚度,后文将进行更精确的估算,为实际勘察提供有价值的参考。
(4)根据实际勘察经验,由于表层岩溶发育或差异风化强烈的导致基岩面起伏较大的场地,钻孔深度应根据邻近孔位或地区起伏度,适当予以加深。
《建筑地基基础设计规范》6.5.1的第六条规定:
“当基础附近有临空面时,应验算向临空面倾覆和滑移稳定性。
存在不稳定的临空面时,应将基础埋深加大至下伏稳定基岩;
亦可在基础底部设置锚杆,锚杆应进入下伏稳定岩体,并满足抗倾覆和抗滑移要求。
同一基础的地基可以放阶处理,但应满足抗倾覆和抗滑移要求”。
该条条文说明还提到:
“基岩面起伏剧烈,高差较大并形成临空面是岩石地基的常见情况,为确保建筑物的安全,应重视临空面对地基稳定性的影响。
”详细加深的尺度,后文将予以详细计算说明。
(5)由于钻探孔径相比桩径过小,在桩径范围内,基岩面会有一定量的起伏;
而施工机具的限制使得实际桩基开挖施工中,桩顶总会有或多或少的超挖现象。
因此,如经业主同意,实际钻探中应预留一定的浮动深度,防止超挖导致桩底剩余量不满足稳定层需要。
在非岩溶发育地段,桩顶预留浮动深度d3一般可取为0.5m;
而在岩溶发育地段,此项深度可根据岩溶发育程度及桩径大小综合取值,如中等岩溶发育区、桩径1.5m左右可取为1m。
以上五条即为确定桩基施工勘察钻孔深度所应注意的事项,其中嵌岩深度h和桩顶预留深度d3较容易确定;
而对于孤石、岩溶发育地区,岩面深度d0需根据实际钻探及区域地质情况综合确定;
串珠型或顶板厚度较大岩溶地段,桩底稳定层厚度d1也需要一定的精确计算,以提供准确参考;
抗冲切/倾覆调整深度d2也将在后文予以计算说明。
三、对嵌岩桩施工勘察中特殊问题的说明
3.1花岗岩地区孤石发育的特点及岩面深度确定方法
3.1.1孤石发育的特点
在花岗岩风化壳较厚的东部、南部地区,其全风化~强风化花岗岩层中,由于球状风化产生了大小各异的孤石。
根据以往勘察经验,孤石发育一般具有以下特点,参见下图3.1-1:
图3.1-1花岗岩地区孤石分布剖面示意图
(1)孤石多分布于强风化岩层中,其次为全风化及残积土中。
(2)孤石多发育于基岩面起伏较大的地段。
如图3.1-1中,②~③情况的孤石最常见,因为此处是基岩面起伏转折的地段,节理裂隙发育,岩体较破碎,易发育孤石。
④~⑤情况的孤石厚度多较小,一般不大于1m,其分布的最高高度与区域微风化岩面最高处基本相当。
(3)孤石的揭示厚度一般较小,小于2.5m的孤石数量约占总数的80%以上。
(4)孤石一般仅发育一到二层,多层的极为少见。
(5)孤石中多为微风化岩石,少量中风化。
一般较完整,岩芯呈圆柱状,裂隙发育少,成分以抗风化能力较强的粗~伟晶石英质为主。
孤石的风化程度与周围岩土相比,常常会有较大的突变。
3.1.2孤石与中~微风化基岩的区分
在有超前钻孔的桩位,钻孔穿过孤石后岩石的风化程度会增加,如由微风化变为强风化,则上部穿过的中~微风化地层就是孤石。
实际冲孔施工中,即可根据超前钻孔数据穿越孤石。
若孤石厚度(直径)较大,钻孔在控制的深度内未穿过孤石,通过与区域剖面资料对比本孔中~微风化面也在合理范围内,若不考虑偏心作用,在保证桩底完整的情况下,该孤石上嵌岩桩的单桩承载力亦可以达到正常嵌岩桩的40%~80%。
对于未进行超前钻的桩位,根据孤石发育特点,孤石的判别将依赖于邻近地质资料与实际冲孔钻进感觉、取芯鉴别等综合的办法。
详述如下:
(1)邻近地质资料。
根据超前钻及前期勘察资料,分析冲孔桩钻孔附近的微风化岩面埋深、起伏情况、岩脉发育及孤石特征,对孤石可能的分布情况有一个基本的理解。
(2)冲孔钻进情况。
对于直径或厚度较小的孤石,冲孔施工基本可将小孤石砸碎、穿过或冲挤到桩外。
对于稍大的孤石,其冲孔时钻进感觉与中~微风化基岩也有一定的区别,实际施工可进行相应加深。
而对于较大的孤石,钻进感觉不明显时,可考虑其他综合鉴别办法。
(3)取芯鉴别。
冲孔施工中对桩底岩芯的鉴定,分析其与已钻桩位岩芯的区别,结合前节所述孤石特点,尤其是风化程度突变的情况,应引起足够的注意。
上述对孤石的鉴别区分办法,对于大部分情况下是有效的、可行的,当然这也不能保证绝对的准确率。
3.1.3超前钻勘察对孤石发育的应对措施
在超前钻勘察中应根据孤石发育特点,应有针对性的进行钻探。
如果钻探中能按处理岩面起伏的情况加深钻孔,就可以避免对部分孤石的误判;
同时在岩面起伏较大或孤石发育较多的区域,适当的增加入岩深度,就可以穿过大部分厚度较小的孤石。
实际勘察时,应特别注意孔底进入强风化层时的进尺快慢变化。
如碰触较硬岩块时,应及时记录起止深度;
进入中~微风化后,也应时刻注意进尺速度变化,若进尺突然加快,就应及时记录其深度,再综合岩芯、区域地层情况判断上部进尺慢速区是否为孤石。
若某地段已有钻孔揭示的孤石较多,就应考虑于此区域加密钻孔甚至进行一桩一探。
3.2、溶洞(槽)或溶蚀破碎带对桩基施工的影响
3.2.1岩溶发育区岩面深度d0的确定
在岩溶发育地区,岩面深度d0应为穿越溶洞(槽)或溶蚀破碎带后进入稳定中~微风化岩层的深度,详细情况如下:
(1)溶洞:
所需穿越溶洞一般为顶板厚度小于安全厚度的溶洞,在无经验时,此安全厚度可取为3倍桩径且不小于5m,后文亦将进行更精确计算。
(2)溶槽一般为基岩面附近的浅层溶洞,其在钻孔线坐标显示为溶洞,而在空间上实际为深凹的溶沟、溶穴。
溶槽一般需在剖面图上确认,其上岩层一般不能作为桩基持力层。
(3)溶蚀破碎带是钻进中进尺快、取芯率低且响声大的层段,实际形态一般为溶隙、溶洞(槽)侧壁或石芽发育区,也可能是断层经过的地段。
连续的溶蚀破碎带常与串珠型溶洞相间伴生分布。
在剖面图上,基岩面附近连续的厚层溶蚀破碎带往往是石芽发育区,该地段桩位破碎带厚度无论大小一般均应按最厚层考虑。
3.2.2岩溶发育区桩底稳定层厚度d1的确定
此项安全厚度不仅应用于确定串珠型溶洞区持力层的层位,对于未见溶洞钻孔,也应按孔底即将出现溶洞来考虑终孔条件,二者的区别仅是对计算溶洞跨度的确定。
一般所需评价的溶洞顶板和支座岩层均比较完整,厚度较大,强度较高,可按单跨梁评价其稳定性。
按照抗弯强度验算,其安全厚度H需满足下列关系式:
式中,σ为岩体的允许抗弯强度,灰岩一般为其允许抗压强度的0.15倍;
b为梁宽度,取为单位宽度1.0m;
K为岩体稳定性计算安全系数,一般取2.0。
弯矩M的计算分以下几种情况:
当顶板跨中有裂隙,两支座处岩石坚固时,按悬臂梁计算端部所受弯矩,即M=1/2PL2;
当顶板较完整,但两端支座处岩层有裂隙与洞壁不成整体,可按简支梁计算弯矩,即M=1/8PL2;
当顶板和洞壁岩层均较完整且成一体,可按两端固定梁计算弯矩,即M=1/12PL2。
(P为顶板所受总荷重,包括顶板厚为H的岩体自重、顶板上部所留土层的重量、顶板上附加荷载;
L为按支座间或支座至跨中裂隙的距离。
)
同时,因顶板受剪,其安全厚度H亦应满足下式:
式中,Q=1/2PL,为支座处的剪力;
τ为岩体的计算抗剪强度,灰岩一般为其允许抗压强度的0.08~0.10倍,本次计算取为0.08倍;
假设拟建单桩荷载为4000kN,桩径1.5m,桩距4m,灰岩抗压强度标准值为30MPa,取溶洞跨度L分别为1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m时,计算顶板安全厚度如下表3.2-1:
表3.2-1溶洞顶板安全厚度计算1
预测溶洞
跨度(m)
计算安全厚度(m)
悬臂梁
简支梁
固定梁
抗剪计算
1
2.31
1.15
0.94
1.83
2
2.63
1.32
1.07
2.08
3
3.10
1.55
1.26
2.00
4
3.65
1.49
2.04
5
4.26
2.13
1.74
6
4.90
2.45
2.24
7
5.56
2.78
2.27
2.35
8
6.24
3.12
2.55
2.47
在实际工作中,计算溶洞稳定性时,其跨度可根据实际情况选取。
如已揭穿的溶洞,在计算时可取其跨度为1~2倍洞高;
而对于桩底稳定层厚度确定时,应根据钻孔间距取较不利的大跨度溶洞进行估算。
3.3、基岩面起伏对桩基施工的影响
3.3.1邻近陡峭微风化面的嵌岩桩底稳定性估算
对于邻近桩位高差较大或可能存在较大起伏的地段,可按岩石的抗冲切模式验算桩底的稳定性。
以下以花岗岩地区情况进行示例。
图3.1-1
嵌岩桩底冲切计算示意图
根据上图3.1-1示意的假设情况,考虑最不利情况,基岩微风化面倾斜面紧邻桩侧,桩径为D,嵌岩深度为h,岩面倾角为α,估计冲切面为阴影部位所示的斜截椭圆柱面,倾角按45°
考虑,其长母线为L2,短母线为L1,根据三角函数关系,有:
,
按椭圆周长公式为C=2πb+4(a-b),则冲切面面积SL可估算为:
………①
当嵌岩桩侧处于不稳定状态时,由静力平衡条件有:
…………………………………………………………②
一般岩石抗剪强度τ与抗压强度σc的比值为1/8~1/12,本次计算暂取τ/σc=1/10;
安全系数K一般取2。
将式①代入式②后,解此不等式,可得:
…………………………………………………………③
实际勘察时应根据场地嵌岩桩条件,若取D=1.0m,h=0.5m,则该情况下桩底不稳定的坡度条件为:
tanα>
1.94;
而若取D=0.8m,h=0.5m,则此情况下桩底不稳定的坡度条件为:
1.78。
同时,桩侧斜坡应有足够的高度使临空面滑动,其高度限制条件为:
以上计算未考虑坡下全~强风化层的侧阻力,根据一般经验,全~强风化层的强度只有微风化层的1/20~1/10,可忽略其影响。
3.3.2对陡峭微风化面的情况分析和应对
由上计算可知,当勘探邻近钻孔微风化基岩面落差较大时,若坡比大于1:
2或高差大于3m时都应引起注意。
一般场地钻孔间距一般较大,实测剖面坡比较大时高差均将大于3m。
即使孔距较远,但由于岩面起伏位置的不确定性,亦应采取应对措施。
如下图3.1-2,对于邻近桩孔基岩面倾斜情况,其间的岩面起伏情况有图示C1、C2、C3三种情况。
C1基本安全,也是最常见情况;
C2情况下Z2桩已不稳定,实际施工中应将桩底位置下沉Δh,使H2小于3m时,Z2桩已基本稳定;
C3情况常见于岩溶地区。
一般花岗岩地区基岩面起伏规律性稍好,实际工程中,也可以通过区域剖面图、构造节理分布情况等综合估计桩孔间的可能起伏情况。
图3.1-2岩面起伏情况估计示意图
为应对类似C2情况下的基岩起伏,桩基勘察时亦应将钻孔深度加深Δh。
在实际钻探施工时,应及时整理已有钻孔资料,在计划钻探钻孔时将其与邻近孔底高程保持在3m以内。
一般认为,当孔距大于10~20m时,岩面起伏已超过可预测范围,可不考虑邻近孔的影响。
但在布置钻孔时,对于岩面起伏较大的地段,应相应加密钻孔。
在桩基开挖时,若发现与钻探资料差异较大的情况,应根据实际开挖的岩面起伏数据,在保证持力层厚度足够的情况下,调整周边有关联桩位的入岩深度,使得Δh≤3m。
根据地区及行业经验,有另一种半经验的确定办法,即当两桩位岩面深度相差较大时,应使两桩的桩底高程之差小于桩距,且此高程差不大于3倍桩径。
此种办法与前述计算所得办法有异曲同工之处。
四、总结
上述计算及分析,在实际工作中可根据实际情况择情选用,亦可进行经验修正。
但总体来看,进行桩基施工勘察时,其钻孔深度的确定应按照上述思路来进行。
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