唐山岩溶地区桩基工程问题分析与设计要点

Table 2 Results of static load tests on test piles
桩号
TP1 TP2 TP3
试验最大加载及其对应沉降
加载值/kN
沉降/mm
11400
71.91
18240
69.19
15960
62.38
单桩极限承载力 综合取值/kN
9120 15600 13000
由图 2 和表 2 可见，3 根试验桩检测结果偏低、
2013 年
号地由 5 栋住宅楼及地下车库等组成，住宅采用筏板 基础，其中 2 栋高层住宅采用 CFG 桩复合地基。 1.2 岩土工程条件
根据岩土工程勘察报告，工程场区地层主要为新 生界第四系冲积地层，下伏古生界奥陶系石灰岩、石 炭系、泥岩、页岩、砂岩、泥灰岩等，局部存在煤层， 典型地质剖面详见图 1。工程地基土为⑤细砂，该层 浅黄色，密实，饱和，以石英、长石为主，颗粒均匀， 级配不良，磨圆度中等，呈亚圆状，局部夹粉质黏土 薄层。各地层岩土参数详见图 1。
为进一步找出试验桩承载力较低的原因，对 TP1 试验桩进行了再次堆载试验（复压，结果见图 3），可 见在试验后期，其沉降量急剧增加，明显呈刺入破坏。 对 TP1 和 TP3 尚进行了钻芯取样检测，结果表明：TP1 桩端存在 30 mm 沉渣现象，两根检测桩桩端基岩抗压 强度较低，后注浆效果不明显。
3.2 施工勘察的必要性及其数据处理 对常规地质条件的工程，一般只需进行初步勘察、
TP1 23.50 1.15 桩端1.8t
TP2
TP3
25.65
25.69
1.07
1.00
桩端1.8t 桩侧0.9t、桩端1.8t
注：初步判断为端承桩，TP1、TP2采用桩端后注浆，TP3采用 桩侧、桩端后注浆，以期对比。
检测结果表明，成孔质量满足规范要求，静载试 验结果详见图 2 和表 2。
图 1 典型地质剖面及地层岩土参数
本文以唐山岩溶地区一高层建筑群桩基础为例， 基于该工程未达到设计目的的试验桩工程和场地附近 一类似工程桩基设计失败案例的分析总结，对嵌岩桩
桩基础中嵌岩深度的确定、施工勘察的必要性、桩身 后注浆必要性等问题进行具体的分析总结，对类似岩 溶地质条件地基与基础设计具有参考价值。
1 工程概况与岩土工程条件
1.1 工程概况 工程位于唐山市中心，共分为两块地：一号地由
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因素确定；对于倾斜度大于 30%的中风化岩，宜根据 倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；对于嵌入平 整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于 0.2 d，且 不应小于 0.2 m。工程场地岩溶裂隙发育，局部发育 小规模溶洞，嵌岩桩的桩端必须保证进入足够稳定的 岩层，故要求试验桩嵌岩深度加深至 1.0 m。
m，试验预估最大加载 22000 kN，进行桩身轴力监测， 布置 4 根锚桩。灌注桩采用旋挖钻机成孔、泥浆护壁、 导管法水下灌注混凝土成桩。
表 1 试验桩设计施工参数表
Table 2 Design and construction parameters of test piles
试验桩编号 实际有效桩长/m 入岩深度/m 后注浆量
为确定基桩设计桩长，对工程桩施工勘察成果数 据进行整理与分析，绘制各桩位⑨2 层层顶标高等势线 图，详见图 5 和图 6。
图 3 TP1 试验桩复压 Q–s 曲线 Fig. 3 Q–s curves of test pile TP1
在基桩承载力检测过程中，进行了桩身轴力测试， 见图 4。在极限荷载作用下，TP1 试桩桩侧阻力约占 总荷载的 70％，TP2、TP3 试桩桩侧阻力各约占总荷 载的 50%，均不符合嵌岩桩承载特性，可见其桩端持 力层承载力偏低。因此施工图设计时综合考虑将嵌岩 深度从 1.0 m 增加到 2.0 m。
文献标识码：A
文章编号：1000–4548(2013)S2–1117–05
作者简介：方云飞(1979– )，男，安徽贵池人，硕士，注册土木工程师（岩土），主要从事地基基础设计与科研工作。
E-mail: fangyunfei@。
Analysis and design of pile foundation engineering in karst areas of Tangshan
点和经验有：基桩嵌岩深度应在规范和试验桩的基础上，结合施工勘察资料进行综合分析确定；岩溶地质条件下施工
勘察十分必要，是合理确定设计桩长的重要依据；采用桩侧、桩端后注浆施工工艺，既可消除岩溶隐患，又可有效提
高基桩承载力，使岩溶治理与基桩施工有机结合。 关键词：岩溶；嵌岩桩；桩筏基础；设计
中图分类号：TU473.12
Fig. 1 Typical geological section and parameters of layers
岩溶地质灾害勘察表明二号地#5 楼为岩溶危险 区，建议采用注浆治理；#6 楼上部基岩岩性破碎，分 布明显的破碎带，短期内不会对建筑物安全造成威胁， 为较不稳定区，建议进行岩溶治理。
2 工程问题分析
工程桩基础施工图设计前进行了试验桩工程，试 验桩方案如下：共 3 根试验桩，桩径 1.0 m，桩身混 凝土强度等级 C45，主筋 28 32，试验桩设计施工参 数详见表 1。桩端要求进入⑨2 中风化石灰岩不少于 1.0
图 2 灌注桩试验桩 Q–s 曲线 Fig. 2 Q–s curves of test piles 表 2 试验桩静载试验结果汇总表
摘 要：岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质作用，鉴于其分布和性状的不确定性和复杂性，显著增加了岩溶地区
高层建筑地基基础设计和施工的难度。唐山岩溶地区某高层建筑群为桩筏基础。试验桩检测结果不满足设计要求，通
过分析原因与总结经验，在调整桩基设计和施工后检测结果完全达到设计要求。岩溶地区嵌岩Fra bibliotek设计和施工的基本要
0引 言
岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质作用，在 一定条件下可能发生地质灾害，严重威胁工程安全。 鉴于其分布和性状的不确定性和复杂性，显著增加了 岩溶地区高层建筑地基基础设计和施工的难度。唐山 市中心区坐落在浅埋石灰岩区，岩溶裂隙发育，地下 隐伏破碎构造构成径流通道基础，历史上地下水动态变 化使第四系覆盖层结构受到了不同程度的塌陷破坏[1]。 鉴于岩溶地质的不利因素，该地区高层建筑，桩基础 设计成为建筑工程设计中的重点和难点。
详细勘察，而对于基岩面起伏较大、而又准备利用该 基岩时，基岩埋深及其性状对基础设计十分重要，详 细勘察难以精确反应基岩分布和起伏情况，达不到施 工图设计要求精度，故必须进行施工勘察。本工程采 用“一桩一探”施工勘察方案。
试验桩工程施工勘察要求如下：钻孔深入预计桩 端平面以下不小于 5 倍桩径，若遇溶洞，应进入相对 稳定岩层。由于工期原因，建设方在试验桩施工、养 护、检测的同时，按照施工图预设计方案进行了施工 勘察，在试验桩检测结果确定后，通过分析试验桩检 测结果和前期工程桩施工勘察资料，对工程桩施工勘 察进行了调整，具体为：一桩一探的钻孔深入稳定基 岩面以下不小于 9.0 m，且终孔标高不低于绝对标高 -30.00 m，若遇溶洞，应进入相对稳定岩层。
工程主要问题为在有溶洞发育的岩溶地质条件下 建造高层和超高层建筑，保证其地基基础安全性和控 制沉降及差异沉降是地基基础设计的核心问题。根据 结构荷载及地基情况，初步确定选用桩筏基础，并结 合桩基施工采取一桩一探，进一步探明基桩分布范围 内土洞或溶洞的分布和发育情况，采取有针对性的治 理措施。
工程场区附近一高层建筑，建筑高度近 100 m， 采用桩筏基础，桩径 0.8 m，桩长 20～30 m（根据一 桩一探结果确定），单桩承载力特征值 10000 kN。该 工程桩基检测结果未达到设计要求，进行了补桩加固。 因此本工程的地基基础设计须慎之又慎。
轴力kn750010000125001500017500图4试验桩桩身内力测试结果fig4resultsofinternalforcetestsonpiles32施工勘察的必要性及其数据处理对常规地质条件的工程一般只需进行初步勘察详细勘察而对于基岩面起伏较大而又准备利用该基岩时基岩埋深及其性状对基础设计十分重要详细勘察难以精确反应基岩分布和起伏情况达不到施工图设计要求精度故必须进行施工勘察
离散性较大，试验桩单桩承载力均未达到设计预估和
勘察报告提供的相应参数，其中 TP1 较 TP2、TP3 明
显偏低，其极差为平均值的 30.9%。根据《建筑基桩
检测技术规范》（JGJ 106—2003）第 4.4.3 条规定，不
能取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力，而应分析
极差过大的原因，并结合工程具体情况综合确定。
3 嵌岩桩设计要点
3.1 嵌岩深度问题 对于嵌岩桩，要确定其桩长，首先需确定桩端嵌
岩深度。《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008），（以 下简称桩基规范）第 3.3.3 条规定：对于嵌岩桩，嵌 岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长诸
增刊 2
方云飞，等. 唐山岩溶地区桩基工程问题分析与设计要点
2 栋塔楼（#1 楼、#2 楼）、裙房以及地下车库等组成， 其中#1 楼地上 29 层，建筑高度 99.5 m，#2 楼地上 37 层，建筑高度 149.2 m，均为地下 3 层、框架核心筒 结构、桩筏基础型式，为本文主要分析研究对象。二
─────── 收稿日期：2013–06–15
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岩土工程学报
第 35 卷 增刊 2 2013 年 .10 月
岩土工程学报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.35 Supp.2 Oct. 2013
唐山岩溶地区桩基工程问题分析与设计要点
方云飞，孙宏伟，阚敦莉
（北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045）
FANG Yun-fei, SUN Hong-wei, KAN Dun-li
(Beijing Institute of Architectural Design, Beijing 100045, China)
Abstract: Karst is a very common adverse geological phenomenon in China. Due to its distribution and characteristics of complexity and uncertainty, the difficulty of foundation design and construction of high-rise buildings in karst areas is increased significantly. A high-rise building in Tangshan karst area has the type of pile raft foundation. The test results of test piles do not meet the design requirements. Through analysis of the causes and summarization of experience, the test results completely meet the design requirements after the adjustment of the design and construction of pile foundations. The rock-socketed depth should be based on the code and test piles combined with the construction survey data. The construction survey is very necessary, and it is the important basis for determining the design of pile length reasonably. The grouting construction technology for the pile side and pile end is adopted, which can eliminate the karst hazards, and it can effectively improve the bearing capacity of pile foundation, which is the organic combination of karst treatment and foundation construction. Key words: karst; rock-socketed pile; piled raft foundation; design