大直徑嵌巖樁施工勘察孔深的確定_第1頁
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文檔簡介

大直徑嵌巖樁施工勘察孔深的確定一、概述近幾年隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城市內(nèi)土地資源的稀缺,越來越多的建構(gòu)筑物需要在各類基巖裸露或埋藏較淺的地區(qū)進(jìn)行開發(fā)建設(shè),而在此地區(qū)內(nèi),大直徑嵌巖樁基礎(chǔ)有較廣泛的應(yīng)用。我國幅員遼闊,地質(zhì)地貌類型多樣,對(duì)于一些特殊基巖埋藏區(qū),如巖溶、孤石發(fā)育區(qū),樁基開挖前需要進(jìn)行施工勘察,以查明樁底的詳細(xì)地質(zhì)情況。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料,我國碳酸鹽巖裸露分布區(qū)面積約130km2,埋藏分布區(qū)面積約70km2,花崗巖類巖石出露面積約86km2,連同埋藏分布區(qū)面積也在100km2以上,二者分布面積合計(jì)達(dá)我國疆域面積的1/3。因此,在這些地區(qū)進(jìn)行的大直徑嵌巖樁施工勘察工作有著廣闊的前景。二、嵌巖樁施工勘察孔深確定的一般性原則施工勘察的中心問題,就是對(duì)勘察鉆孔深度的確定。一般來說,鉆孔深度d由巖面深度d0、嵌巖深度h、樁底穩(wěn)定層厚度d1、抗沖切/傾覆調(diào)整深度d2及樁頂預(yù)留浮動(dòng)深度d3加和而成,即:d=d0+h+d1+d2+d3(1)巖面深度d0一般為中~微風(fēng)化基巖的穩(wěn)定巖面,隨鉆孔實(shí)際情況確定;孤石、溶洞、互層發(fā)育的地區(qū),d0應(yīng)為穿過上述不穩(wěn)定體的穩(wěn)定巖層頂面。對(duì)于一樁多孔的施工勘察,d0應(yīng)取各孔穩(wěn)定巖面深度的最大值,并應(yīng)考慮孔口高程的起伏影響。(2)嵌巖深度h可按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第3.3.3第二條規(guī)定:“對(duì)于嵌巖樁,嵌巖深度應(yīng)綜合荷載、上覆土層、基巖、樁徑、樁長諸因素確定;對(duì)于嵌入傾斜的完整和較完整巖的全斷面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m,傾斜度大于30%的中風(fēng)化巖,宜根據(jù)傾斜度及巖石完整性適當(dāng)加大嵌巖深度;對(duì)于嵌入平整、完整的堅(jiān)硬巖和較硬巖的深度不宜小于0.2d,且不應(yīng)小于0.2m?!保?)樁底穩(wěn)定層厚度d1按《巖土工程勘察規(guī)范》4.9.4條規(guī)定:“勘探孔的深度應(yīng)符合下列規(guī)定:……對(duì)大直徑樁,不得小于5m……對(duì)嵌巖樁,應(yīng)鉆入預(yù)計(jì)嵌巖面以下3~5d,并穿過溶洞、破碎帶,到達(dá)穩(wěn)定地層。”但該規(guī)范描述略有模糊,后附條文說明亦未予以說明?!陡叱探ㄖr土工程勘察規(guī)范》4.2.3條的2到5款對(duì)一般性基巖、花崗巖、巖溶及互層巖石均分條予以規(guī)定,具有較好的參考價(jià)值:“對(duì)一般巖質(zhì)地基的嵌巖樁,勘探孔深度應(yīng)鉆入預(yù)計(jì)嵌巖面以下1d~3d,對(duì)控制性勘探孔應(yīng)鉆入預(yù)計(jì)嵌巖面以下3d~5d,對(duì)質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)以上的巖體,可適當(dāng)放寬;”“對(duì)花崗巖地區(qū)的嵌巖樁,一般性勘探孔深度應(yīng)進(jìn)入微風(fēng)化巖3~5m,控制性勘探孔應(yīng)進(jìn)入微風(fēng)化巖5~8m?!薄皩?duì)于巖溶、斷層破碎帶地區(qū),勘探孔應(yīng)穿過溶洞、或斷層破碎帶進(jìn)入穩(wěn)定地層,進(jìn)入深度應(yīng)滿足3d,并不小于5m;”“具多韻律薄層狀的沉積巖或變質(zhì)巖,當(dāng)基巖中強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化、微風(fēng)化巖層呈互層出現(xiàn)時(shí),對(duì)擬以微風(fēng)化巖作為持力層的嵌巖樁,勘探孔進(jìn)入微風(fēng)化巖深度不應(yīng)小于5m。”實(shí)際工作完全可參照此條目進(jìn)行,但對(duì)于巖溶地區(qū)的嵌巖樁勘察,為更準(zhǔn)確估計(jì)頂板安全厚度,后文將進(jìn)行更精確的估算,為實(shí)際勘察提供有價(jià)值的參考。(4)根據(jù)實(shí)際勘察經(jīng)驗(yàn),由于表層巖溶發(fā)育或差異風(fēng)化強(qiáng)烈的導(dǎo)致基巖面起伏較大的場(chǎng)地,鉆孔深度應(yīng)根據(jù)鄰近孔位或地區(qū)起伏度,適當(dāng)予以加深。《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.5.1的第六條規(guī)定:“當(dāng)基礎(chǔ)附近有臨空面時(shí),應(yīng)驗(yàn)算向臨空面傾覆和滑移穩(wěn)定性。存在不穩(wěn)定的臨空面時(shí),應(yīng)將基礎(chǔ)埋深加大至下伏穩(wěn)定基巖;亦可在基礎(chǔ)底部設(shè)置錨桿,錨桿應(yīng)進(jìn)入下伏穩(wěn)定巖體,并滿足抗傾覆和抗滑移要求。同一基礎(chǔ)的地基可以放階處理,但應(yīng)滿足抗傾覆和抗滑移要求”。該條條文說明還提到:“基巖面起伏劇烈,高差較大并形成臨空面是巖石地基的常見情況,為確保建筑物的安全,應(yīng)重視臨空面對(duì)地基穩(wěn)定性的影響?!痹敿?xì)加深的尺度,后文將予以詳細(xì)計(jì)算說明。(5)由于鉆探孔徑相比樁徑過小,在樁徑范圍內(nèi),基巖面會(huì)有一定量的起伏;而施工機(jī)具的限制使得實(shí)際樁基開挖施工中,樁頂總會(huì)有或多或少的超挖現(xiàn)象。因此,如經(jīng)業(yè)主同意,實(shí)際鉆探中應(yīng)預(yù)留一定的浮動(dòng)深度,防止超挖導(dǎo)致樁底剩余量不滿足穩(wěn)定層需要。在非巖溶發(fā)育地段,樁頂預(yù)留浮動(dòng)深度d3一般可取為0.5m;而在巖溶發(fā)育地段,此項(xiàng)深度可根據(jù)巖溶發(fā)育程度及樁徑大小綜合取值,如中等巖溶發(fā)育區(qū)、樁徑1.5m左右可取為1m。以上五條即為確定樁基施工勘察鉆孔深度所應(yīng)注意的事項(xiàng),其中嵌巖深度h和樁頂預(yù)留深度d3較容易確定;而對(duì)于孤石、巖溶發(fā)育地區(qū),巖面深度d0需根據(jù)實(shí)際鉆探及區(qū)域地質(zhì)情況綜合確定;串珠型或頂板厚度較大巖溶地段,樁底穩(wěn)定層厚度d1也需要一定的精確計(jì)算,以提供準(zhǔn)確參考;抗沖切/傾覆調(diào)整深度d2也將在后文予以計(jì)算說明。三、對(duì)嵌巖樁施工勘察中特殊問題的說明3.1花崗巖地區(qū)孤石發(fā)育的特點(diǎn)及巖面深度確定方法3.1.1孤石發(fā)育的特點(diǎn)在花崗巖風(fēng)化殼較厚的東部、南部地區(qū),其全風(fēng)化~強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層中,由于球狀風(fēng)化產(chǎn)生了大小各異的孤石。根據(jù)以往勘察經(jīng)驗(yàn),孤石發(fā)育一般具有以下特點(diǎn),參見下圖3.1-1:圖3.1-1花崗巖地區(qū)孤石分布剖面示意圖(1)孤石多分布于強(qiáng)風(fēng)化巖層中,其次為全風(fēng)化及殘積土中。(2)孤石多發(fā)育于基巖面起伏較大的地段。如圖3.1-1中,②~③情況的孤石最常見,因?yàn)榇颂幨腔鶐r面起伏轉(zhuǎn)折的地段,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體較破碎,易發(fā)育孤石。④~⑤情況的孤石厚度多較小,一般不大于1m,其分布的最高高度與區(qū)域微風(fēng)化巖面最高處基本相當(dāng)。(3)孤石的揭示厚度一般較小,小于2.5m的孤石數(shù)量約占總數(shù)的80%以上。(4)孤石一般僅發(fā)育一到二層,多層的極為少見。(5)孤石中多為微風(fēng)化巖石,少量中風(fēng)化。一般較完整,巖芯呈圓柱狀,裂隙發(fā)育少,成分以抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的粗~偉晶石英質(zhì)為主。孤石的風(fēng)化程度與周圍巖土相比,常常會(huì)有較大的突變。3.1.2孤石與中~微風(fēng)化基巖的區(qū)分在有超前鉆孔的樁位,鉆孔穿過孤石后巖石的風(fēng)化程度會(huì)增加,如由微風(fēng)化變?yōu)閺?qiáng)風(fēng)化,則上部穿過的中~微風(fēng)化地層就是孤石。實(shí)際沖孔施工中,即可根據(jù)超前鉆孔數(shù)據(jù)穿越孤石。若孤石厚度(直徑)較大,鉆孔在控制的深度內(nèi)未穿過孤石,通過與區(qū)域剖面資料對(duì)比本孔中~微風(fēng)化面也在合理范圍內(nèi),若不考慮偏心作用,在保證樁底完整的情況下,該孤石上嵌巖樁的單樁承載力亦可以達(dá)到正常嵌巖樁的40%~80%。對(duì)于未進(jìn)行超前鉆的樁位,根據(jù)孤石發(fā)育特點(diǎn),孤石的判別將依賴于鄰近地質(zhì)資料與實(shí)際沖孔鉆進(jìn)感覺、取芯鑒別等綜合的辦法。詳述如下:(1)鄰近地質(zhì)資料。根據(jù)超前鉆及前期勘察資料,分析沖孔樁鉆孔附近的微風(fēng)化巖面埋深、起伏情況、巖脈發(fā)育及孤石特征,對(duì)孤石可能的分布情況有一個(gè)基本的理解。(2)沖孔鉆進(jìn)情況。對(duì)于直徑或厚度較小的孤石,沖孔施工基本可將小孤石砸碎、穿過或沖擠到樁外。對(duì)于稍大的孤石,其沖孔時(shí)鉆進(jìn)感覺與中~微風(fēng)化基巖也有一定的區(qū)別,實(shí)際施工可進(jìn)行相應(yīng)加深。而對(duì)于較大的孤石,鉆進(jìn)感覺不明顯時(shí),可考慮其他綜合鑒別辦法。(3)取芯鑒別。沖孔施工中對(duì)樁底巖芯的鑒定,分析其與已鉆樁位巖芯的區(qū)別,結(jié)合前節(jié)所述孤石特點(diǎn),尤其是風(fēng)化程度突變的情況,應(yīng)引起足夠的注意。上述對(duì)孤石的鑒別區(qū)分辦法,對(duì)于大部分情況下是有效的、可行的,當(dāng)然這也不能保證絕對(duì)的準(zhǔn)確率。3.1.3超前鉆勘察對(duì)孤石發(fā)育的應(yīng)對(duì)措施在超前鉆勘察中應(yīng)根據(jù)孤石發(fā)育特點(diǎn),應(yīng)有針對(duì)性的進(jìn)行鉆探。如果鉆探中能按處理巖面起伏的情況加深鉆孔,就可以避免對(duì)部分孤石的誤判;同時(shí)在巖面起伏較大或孤石發(fā)育較多的區(qū)域,適當(dāng)?shù)脑黾尤霂r深度,就可以穿過大部分厚度較小的孤石。實(shí)際勘察時(shí),應(yīng)特別注意孔底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層時(shí)的進(jìn)尺快慢變化。如碰觸較硬巖塊時(shí),應(yīng)及時(shí)記錄起止深度;進(jìn)入中~微風(fēng)化后,也應(yīng)時(shí)刻注意進(jìn)尺速度變化,若進(jìn)尺突然加快,就應(yīng)及時(shí)記錄其深度,再綜合巖芯、區(qū)域地層情況判斷上部進(jìn)尺慢速區(qū)是否為孤石。若某地段已有鉆孔揭示的孤石較多,就應(yīng)考慮于此區(qū)域加密鉆孔甚至進(jìn)行一樁一探。3.2、溶洞(槽)或溶蝕破碎帶對(duì)樁基施工的影響3.2.1巖溶發(fā)育區(qū)巖面深度d0的確定在巖溶發(fā)育地區(qū),巖面深度d0應(yīng)為穿越溶洞(槽)或溶蝕破碎帶后進(jìn)入穩(wěn)定中~微風(fēng)化巖層的深度,詳細(xì)情況如下:(1)溶洞:所需穿越溶洞一般為頂板厚度小于安全厚度的溶洞,在無經(jīng)驗(yàn)時(shí),此安全厚度可取為3倍樁徑且不小于5m,后文亦將進(jìn)行更精確計(jì)算。(2)溶槽一般為基巖面附近的淺層溶洞,其在鉆孔線坐標(biāo)顯示為溶洞,而在空間上實(shí)際為深凹的溶溝、溶穴。溶槽一般需在剖面圖上確認(rèn),其上巖層一般不能作為樁基持力層。(3)溶蝕破碎帶是鉆進(jìn)中進(jìn)尺快、取芯率低且響聲大的層段,實(shí)際形態(tài)一般為溶隙、溶洞(槽)側(cè)壁或石芽發(fā)育區(qū),也可能是斷層經(jīng)過的地段。連續(xù)的溶蝕破碎帶常與串珠型溶洞相間伴生分布。在剖面圖上,基巖面附近連續(xù)的厚層溶蝕破碎帶往往是石芽發(fā)育區(qū),該地段樁位破碎帶厚度無論大小一般均應(yīng)按最厚層考慮。3.2.2巖溶發(fā)育區(qū)樁底穩(wěn)定層厚度d1的確定此項(xiàng)安全厚度不僅應(yīng)用于確定串珠型溶洞區(qū)持力層的層位,對(duì)于未見溶洞鉆孔,也應(yīng)按孔底即將出現(xiàn)溶洞來考慮終孔條件,二者的區(qū)別僅是對(duì)計(jì)算溶洞跨度的確定。一般所需評(píng)價(jià)的溶洞頂板和支座巖層均比較完整,厚度較大,強(qiáng)度較高,可按單跨梁評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。按照抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算,其安全厚度H需滿足下列關(guān)系式:式中,σ為巖體的允許抗彎強(qiáng)度,灰?guī)r一般為其允許抗壓強(qiáng)度的0.15倍;b為梁寬度,取為單位寬度1.0m;K為巖體穩(wěn)定性計(jì)算安全系數(shù),一般取2.0。彎矩M的計(jì)算分以下幾種情況:當(dāng)頂板跨中有裂隙,兩支座處巖石堅(jiān)固時(shí),按懸臂梁計(jì)算端部所受彎矩,即M=1/2PL2;當(dāng)頂板較完整,但兩端支座處巖層有裂隙與洞壁不成整體,可按簡支梁計(jì)算彎矩,即M=1/8PL2;當(dāng)頂板和洞壁巖層均較完整且成一體,可按兩端固定梁計(jì)算彎矩,即M=1/12PL2。(P為頂板所受總荷重,包括頂板厚為H的巖體自重、頂板上部所留土層的重量、頂板上附加荷載;L為按支座間或支座至跨中裂隙的距離。)同時(shí),因頂板受剪,其安全厚度H亦應(yīng)滿足下式:式中,Q=1/2PL,為支座處的剪力;τ為巖體的計(jì)算抗剪強(qiáng)度,灰?guī)r一般為其允許抗壓強(qiáng)度的0.08~0.10倍,本次計(jì)算取為0.08倍;K為巖體穩(wěn)定性計(jì)算安全系數(shù),一般取2.0。假設(shè)擬建單樁荷載為4000kN,樁徑1.5m,樁距4m,灰?guī)r抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為30MPa,取溶洞跨度L分別為1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m時(shí),計(jì)算頂板安全厚度如下表3.2-1:表3.2-1溶洞頂板安全厚度計(jì)算1預(yù)測(cè)溶洞跨度(m)計(jì)算安全厚度(m)懸臂梁簡支梁固定梁抗剪計(jì)算12.311.150.941.8322.631.321.072.0833.101.551.262.0043.651.831.492.0454.262.131.742.1364.902.452.002.2475.562.782.272.3586.243.122.552.47在實(shí)際工作中,計(jì)算溶洞穩(wěn)定性時(shí),其跨度可根據(jù)實(shí)際情況選取。如已揭穿的溶洞,在計(jì)算時(shí)可取其跨度為1~2倍洞高;而對(duì)于樁底穩(wěn)定層厚度確定時(shí),應(yīng)根據(jù)鉆孔間距取較不利的大跨度溶洞進(jìn)行估算。3.3、基巖面起伏對(duì)樁基施工的影響3.3.1鄰近陡峭微風(fēng)化面的嵌巖樁底穩(wěn)定性估算對(duì)于鄰近樁位高差較大或可能存在較大起伏的地段,可按巖石的抗沖切模式驗(yàn)算樁底的穩(wěn)定性。以下以花崗巖地區(qū)情況進(jìn)行示例。圖3.1-1嵌巖樁底沖切計(jì)算示意圖根據(jù)上圖3.1-1示意的假設(shè)情況,考慮最不利情況,基巖微風(fēng)化面傾斜面緊鄰樁側(cè),樁徑為D,嵌巖深度為h,巖面傾角為α,估計(jì)沖切面為陰影部位所示的斜截橢圓柱面,傾角按45°考慮,其長母線為L2,短母線為L1,根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系,有:,按橢圓周長公式為C=2πb+4(a-b),則沖切面面積SL可估算為:………①當(dāng)嵌巖樁側(cè)處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),由靜力平衡條件有:…………②一般巖石抗剪強(qiáng)度τ與抗壓強(qiáng)度σc的比值為1/8~1/12,本次計(jì)算暫取τ/σc=1/10;安全系數(shù)K一般取2。將式①代入式②后,解此不等式,可得:…………③實(shí)際勘察時(shí)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地嵌巖樁條件,若取D=1.0m,h=0.5m,則該情況下樁底不穩(wěn)定的坡度條件為:tanα>1.94;而若取D=0.8m,h=0.5m,則此情況下樁底不穩(wěn)定的坡度條件為:tanα>1.78。同時(shí),樁側(cè)斜坡應(yīng)有足夠的高度使臨空面滑動(dòng),其高度限制條件為:以上計(jì)算未考慮坡下全~強(qiáng)風(fēng)化層的側(cè)阻力,根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn),全~強(qiáng)風(fēng)化層的強(qiáng)度只有微風(fēng)化層的1/20~1/10,可忽略其影響。3.3.2對(duì)陡峭微風(fēng)化面的情況分析和應(yīng)對(duì)由上計(jì)算可知,當(dāng)勘探鄰近鉆孔微風(fēng)化基巖面落差較大時(shí),若坡比大于1:2或高差大于3m時(shí)都應(yīng)引起注意。一般場(chǎng)地鉆孔間距一般較大,實(shí)測(cè)剖面坡比較大時(shí)高差均將大于3m。即使孔距較遠(yuǎn),但由于巖面起伏位置的不確定性,亦應(yīng)采取應(yīng)對(duì)措施。如下圖3.1-2,對(duì)于鄰近樁孔基巖面傾斜情況,其間的巖面起伏情況有圖示C1、C2、C3三種情況。C1基本安全,也是最常見情況;C2情況下Z2樁已不穩(wěn)定,實(shí)際施工中應(yīng)將樁底位置下沉Δh,使H2小于3m時(shí),Z2樁已基本穩(wěn)定;C3情況常見于巖溶地區(qū)。一般花崗巖地區(qū)基巖面起伏規(guī)律性稍好,實(shí)際工程中,也可以通過區(qū)域剖面圖、構(gòu)造節(jié)理分布情況等綜合估計(jì)樁孔間的可能起伏情況。圖3.1-2巖面起伏情況估計(jì)示意圖為應(yīng)對(duì)類似C2情況下的基巖起伏,樁基勘察時(shí)亦應(yīng)將鉆孔深度加深Δh。在實(shí)際鉆探施工時(shí),應(yīng)及時(shí)整理已有鉆孔資料,在計(jì)劃鉆探鉆孔時(shí)將其與鄰近孔底高程保持在3m以內(nèi)。一般認(rèn)為,當(dāng)孔距大于10~20m時(shí),

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