大型儲罐工程項目樁基檢測成果與

大型儲罐工程項目樁基檢測成果與分析摘要：本文通過對大型儲罐工程項目樁基檢測試驗成果的數(shù)據(jù)分析和理論計算與實際結(jié)果比較，正確評價樁基承載能力和工程特性，準確判定承載力特征值。1前言本項目大型儲罐工程由國內(nèi)外工程公司聯(lián)合EPC總承包，國內(nèi)兩家?guī)r土工程公司各分包一個儲罐樁基施工。樁基施工采用旋挖鉆機與沖擊鉆相配合成孔工藝。其成孔工藝是利用筒式鉆頭底部的斗齒，切削土體，并壓入鉆頭內(nèi)，然后鉆桿提出鉆頭傾倒土體，當進入強風化或中風化花崗巖層旋挖鉆機成孔困難時，用沖擊鉆配合鉆進至入巖深度。施工過程中采用灌注樁樁孔檢測系統(tǒng),檢測灌注樁樁孔的深度、孔徑、垂直度、沉渣厚度。之后下設鋼筋籠和導管，進行混凝土灌注?；炷劣蓴嚢枵静少徦?、碎石、砂等拌制，混凝土采用導管法灌注，導管內(nèi)徑為250mm，兩節(jié)導管之間絲扣連接，提升機械采用汽車式吊車。坍落度控制為180-220mm。每根樁做試塊二組（3塊），經(jīng)7天、28天標準養(yǎng)護后，送試驗機構(gòu)進行抗壓強度試驗，混凝土強度等級達到C45。設計要求，外圍樁抗壓承載能力設計值應達到475噸(后改為400噸)，內(nèi)樁則是310噸；對于抗拔，最外一圈樁抗拔承載能力設計值應達到420噸(后改為293噸)；豎向承載能力的安全系數(shù)均為2.0。對于水平力，設計估計極限承載能力180噸。儲罐區(qū)首批4組試驗樁每組5根，均采用鉆孔灌注樁，樁數(shù)為20根，樁徑為φ1000mm，樁長約20至40m不等，設計樁端持力層為層⑤全風化花崗巖(r52(3)c)、⑧中風化花崗巖(r52(3)c)及⑨微風化花崗巖(r52(3)c)，樁身材料采用C45砼。試驗內(nèi)容為豎向抗壓靜載、水平向抗剪靜載、超聲波及低應變檢測。第二批5組試驗樁進行單樁豎向抗拔試驗及驗證性檢測。設計樁徑Φ1000mm，樁長35m左右，樁端進入中風化或微分化花崗巖0.5m-3.0m，混凝土強度等級為C45。施工結(jié)束后，進行1%單樁豎向靜力荷載試驗，TANK-0201（西罐）共檢測7根，其結(jié)果滿足設計要求，進行所有基樁低應變檢測，共測樁556根，合格率100%。TANK-0202（東罐）共檢測6根，其結(jié)果滿足設計要求，進行所有基樁低應變檢測，共測樁557根，合格率100%?；鶚稒z測結(jié)果均滿足設計要求及現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定。2場地地質(zhì)概況本場地內(nèi)地層由第四系覆蓋層、風化粘性土和花崗巖組成，地質(zhì)工程勘察將其分為9個層位：1）填砂：厚度11.0～13.5m，遍布場地表層，主要由中粗顆粒石英砂及貝殼碎片等組成。經(jīng)振沖擠密處理，密實度及均勻性較好。2）淤泥混砂：厚度0.3～2.2m，透鏡狀，局部分布，主要由中粗砂及淤泥質(zhì)土組成，力學及工程性能差。3）粉質(zhì)粘土：厚度2.5～9.6m，硬塑狀，局部可塑，主要由粘、粉粒及石英砂組成，砂礫含量約20%，屬中等壓縮性土，強度較高，工程性能較好。4）殘積砂質(zhì)粘土：厚度2.0～14.5m，硬塑，局部可塑，主要由長石風化的粘土礦物、適應顆粒及云母碎屑組成，屬中等壓縮性土，強度較高，工程性能較好。5）全風化花崗巖：厚度1.6～12.3m，局部缺失。成分主要由未完全風化的長石、石英、云母組成，巖心呈散體結(jié)構(gòu)，堅硬狀，低壓縮性，工程及力學性能較好。6）砂礫狀強風化花崗巖：厚度0.8～9.6m，變化大，局部缺失。成分主要由未完全風化的長石、石英、云母礦物組成，巖心呈砂礫狀，堅硬狀，低壓縮性，工程及力學性能較好。7）碎塊狀強風化花崗巖：局部分布，變化較大，厚度1.2～13.3m，成分主要由未完全風化的長石、石英、云母礦物組成，巖心呈碎塊狀，低壓縮性，工程及力學性能較好。8）中風化花崗巖：部分分布，變化較大，厚度1.1～6.7m，成分主要由未完全風化的長石、石英、云母礦物組成，巖心呈短柱狀，低壓縮性，工程及力學性能較好。9）微風化花崗巖：揭露層厚為4.2～13.7m，成分主要由未完全風化的長石、石英、云母礦物組成，巖心呈短柱、長柱狀，具有良好的力學和工程性能。3受檢樁有關參數(shù)試樁受檢樁有關參數(shù)樁號樁長（m）設計樁徑（mm）設計樁端持力層試驗內(nèi)容備注S134.501000中風化花崗巖(rr52(3)cc)豎向抗壓、超聲波波、低應變S231.901000微風化花崗巖(rr52(3)cc)豎向抗壓、低應變變S328.251000全風化花崗巖(rr52(3)cc)豎向抗壓、超聲波波、低應變S430.251000豎向抗壓、超聲波波、低應變S536.111000中風化花崗巖(rr52(3)cc)豎向抗拔S634.201000豎向抗拔S728.761000豎向抗拔S831.701000豎向抗拔S936.241000豎向抗拔W135.101000微風化花崗巖(rr52(3)cc)低應變W235.201000水平靜載、低應變變W339.971000微風化花崗巖(rr52(3)cc)低應變W434.841000低應變E129.401000低應變E226.201000中風化花崗巖(rr52(3)cc)低應變E330.201000微風化花崗巖(rr52(3)cc)低應變E427.301000中風化花崗巖(rr52(3)cc)低應變M128.481000低應變M220.201000低應變M327.471000低應變M421.271000微風化花崗巖(rr52(3)cc)低應變N125.381000中風化花崗巖(rr52(3)cc)水平靜載、低應變變N234.321000低應變N325.211000低應變N433.701000低應變TANK-0201（西罐）受檢樁有關參數(shù)樁號樁長（m）設計樁徑（mm）設計樁端持力層委托最大測試荷載（kN）備注W20845.081000⑦碎塊狀強風化花崗崗巖(r52(3)cc)-b、⑧中風化花崗崗巖(r52(3)cc)6200W24644.2010006200W13540.7810006200W29637.4010008000W34441.1010008000W40744.2010008000W52938.1010008500TANK-0202（東罐）受檢樁有關參數(shù)樁號樁長（m）設計樁徑（mm）設計樁端持力層委托最大測試荷載（kN）備注E20837.611000⑦碎塊狀強風化花崗崗巖(r52(3)cc)-b、⑧中風化花崗崗巖(r52(3)cc)6200E11636.8010006200E26628.5210006200E31833.8010008000E43133.3210008000E49438.20100080004樁基檢測成果4.1單樁豎向抗壓靜載荷試驗依據(jù)設計要求，對施工編號為S1、S2、S3、S4的4根樁進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗。這4根樁的最大試驗荷載均按14250kN進行。靜載試驗按國家行業(yè)標準《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)的有關規(guī)定進行，試驗靜荷載由安裝在樁頂?shù)挠蛪呵Ы镯斶M行逐級加荷，千斤頂所需的反力由錨樁橫梁反力系統(tǒng)（4根錨樁）承擔，樁頂沉降由對稱方向安裝的大量程百分表測讀，試驗過程中并對錨樁上拔量進行監(jiān)測。單樁豎向抗壓靜載試驗裝置示意圖（見附圖1）。附圖1單樁豎向抗壓靜載試驗裝置示意圖試驗加荷方式為慢速維持荷載法。S1#樁每級荷載增量為500kN或1000kN，最大試驗荷載加至13000kN，在13000kN樁頂荷載作用下觀測60min后有一根錨樁被拔起而終止加載。S2#樁每級荷載增量為500kN或1000kN，最大試驗荷載加至10500kN，加荷至10500kN觀測30min后有一根錨樁被拔起而終止加載。S3#樁每級荷載增量為500kN或1000kN，最大試驗荷載加至8500kN，加荷至8500kN后有一根錨樁被拔起而終止加載。S4#樁每級荷載增量為1425kN，最大測試荷載加至8550kN后，壓力無法穩(wěn)定，沉降持續(xù)增加，達到試驗要求而終止加荷。S1、S2、S3、S4的4根試樁靜載試驗結(jié)果樁號最大測試荷載（kN）最大測試荷載下樁樁頂沉降（mm）殘余變形（mm）單樁豎向極限承載力（kN）極限承載力下樁頂頂沉降(mm)備注S11300062.1651.121144250.00/S21050042.5336.16≥10000//S3850010.643.65≥8000//S4855080.26/712523.58/注：四根試驗樁在最大測試荷載作用下，樁頂沉降均尚未達到極限狀態(tài)。TANK-0201（西罐）靜載測試結(jié)果類型樁號最大測試荷載（kN）最大測試荷載下樁頂沉降（mm）殘余變形（mm）單樁豎向極限承載力（kN）備注內(nèi)圈W20862006.002.636200內(nèi)圈W246620013.5311.746200內(nèi)圈W13562005.113.616200外圈W296840061.2352.837588外圈W344800015.519.268000外圈W40780008.545.168000外圈W529850017.6611.718500TANK-0202（東罐）靜載測試結(jié)果類型樁號最大測試荷載（kN）最大測試荷載下樁頂沉降（mm）殘余變形（mm）單樁豎向極限承載力（kN）備注內(nèi)圈E20862008.195.25≥6200內(nèi)圈E11662003.701.19≥6200內(nèi)圈E266620036.5033.77≥6200外圈E31880006.362.54≥8000外圈E431800033.2627.48≥8000外圈E494800010.824.00≥80004.2單樁水平向抗剪靜載試驗依據(jù)設計要求，對施工編號為N1#、W3#的2根樁進行水平靜載試驗。這2根樁的最大試驗荷載均按1800kN進行。水平靜載試驗按國家行業(yè)標準《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2003)的有關規(guī)定進行，試驗水平推力由油壓千斤頂進行逐級加荷，千斤頂所需的反力由相鄰樁承擔，在水平力作用平面的受檢樁兩側(cè)對稱安裝兩個大量程百分表測讀樁的水平位移，單樁水平靜載試驗裝置示意圖（見附圖2）。-1--1-附圖2單樁水平向抗剪靜載試驗裝置示意圖試驗加荷方式為單向多循環(huán)加載法。N1#樁每級荷載增量為150kN，最大試驗荷載加至1800kN，試驗進展順利，儀器設備未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象；W3#樁每級荷載增量為80kN，最大試驗荷載加至1800kN，試驗進展順利，儀器設備未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。N1#、W3#的2根試樁進行水平靜載試驗結(jié)果樁號最大測試荷載（kkN）最大測試荷載下水水平位移（mm）單樁水平臨界荷載載（kN）水平臨界荷載所對對應的位移(mm)單樁水平極限荷載載（kN）水平極限荷載所對對應的位移(mm)備注加荷卸荷N1180092.5860.734509.3683030.44/W21800147.1852.154808.8288031.08/4.3單樁豎向抗拔靜載試驗依據(jù)設計要求，對施工編號為S5、S6、S7、S8、S9的5根樁進行單樁豎向抗拔靜載試驗。這5根樁的最大試驗荷載均按10000kN進行。試驗加載裝置:采用電動油泵—油壓千斤頂加載,利用基樁做支座反力,反力樁為鉆孔灌注樁2根，單樁豎向抗拔靜載試驗裝置示意圖（見附圖3）。穿心千斤頂穿心千斤頂主梁支承墩或支承樁主筋百分表基準梁試樁支承樁反力梁試樁表座測微表球鉸液壓千斤頂球鉸液壓千斤頂≥4D且>2.0m≥4D且>2.0m基準支承樁墊塊附圖3單樁豎向抗拔靜載試驗裝置示意圖荷載與沉降量測儀表布置方法與豎向抗壓試驗相同。試驗加載方式采用慢速維持荷載法,即逐級加載,每級荷載達到相對穩(wěn)定后加下一級荷載,直到試驗樁破壞。S5#樁每級荷載增量為300kN或1000kN，當試驗荷載加至5700kN，該級壓力始終達不到要求對應的壓力值，上拔量持續(xù)增加，累計上拔量超過140mm，達到試驗要求而終止加載。S6#樁每級荷載增量為300kN，當試驗荷載加至4500kN，該級壓力始終達不到要求對應的壓力值，上拔量持續(xù)增加，累計上拔量超過110mm，達到試驗要求而終止加載。S7#樁每級荷載增量為500kN，當試驗荷載加至3500kN后觀測180min，上拔量已超過前一級荷載作用下樁頂上拔量的5倍，已經(jīng)滿足終止加荷條件，應委托方要求，在位移未穩(wěn)定的情況下以250kN分級荷載增量繼續(xù)加荷，直至加荷到4250kN后，樁頂上拔量超過100mm，終止試驗。S8#樁每級荷載增量為500kN，當試驗荷載加至3500kN后每級荷載增量改為250kN，當試驗荷載加至4500kN后樁周土已明顯開裂，但經(jīng)補壓，且上拔量在歷時較長時間觀測能達到相對穩(wěn)定，后幾級情況雷同，加荷到6500kN后，該級壓力始終達不到要求對應的壓力值，上拔量持續(xù)增加，累計上拔量超過100mm，達到試驗要求而終止加載。S9#樁每級荷載增量為500kN，當試驗荷載加至3500kN后每級荷載增量改為250kN，當試驗荷載加至4500kN觀測210min，上拔量已超過前一級荷載作用下樁頂上拔量的5倍，已經(jīng)滿足終止加荷條件，應委托方要求，在位移未穩(wěn)定的情況下繼續(xù)加荷，直至加荷到5000kN后樁頂上拔量超過150mm，終止試驗。豎向抗拔靜載測試結(jié)果試樁編號最大測試荷載（kN）最大測試荷載上拔量（mm）單樁抗拔極限承載力（kN）備注S55700143.865400S64500112.314200S74250109.253000S86500102.324250S95000146.3642504.4基樁低應變動測基樁低應變法檢測按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106-2003）的有關規(guī)定進行，其原理是在樁身頂部施加低能量瞬態(tài)激振，應力波沿樁身向下傳播，當樁身存在明顯波阻抗差異的界面（如樁底、斷樁和嚴重離析等部位）或樁身截面積變化部位（如縮頸或擴頸），將產(chǎn)生反射波，經(jīng)接收放大，濾波和數(shù)據(jù)處理，可識別來自樁身不同部位反射信息，據(jù)此判斷樁身的完整性，推斷缺陷的類型及其在樁身中的位置。試樁低應變動力檢測結(jié)果類別試樁編號比例%Ⅰ類S2、E1、E2、E3、N2、N3、W1、W440%Ⅱ類S1、S3、S4、E4、M1、M2、M3、M4、N1、N4、W2、W360%工程樁低應變動力檢測結(jié)果：TANK-0201（西罐）檢測結(jié)果，Ⅰ類樁377根，占67.81%；Ⅱ類樁179根，占32.19%。無Ⅲ類、Ⅳ類樁。TANK-0202（東罐）檢測結(jié)果，Ⅰ類樁356根，占63.9%；Ⅱ類樁201根，占36.1%。無Ⅲ類、Ⅳ類樁。5試驗成果分析本項目樁基檢測以低應變動力測試判斷樁身的完整性，推斷缺陷的類型及其在樁身中的位置，確定樁身質(zhì)量。采用靜載試驗確定樁的承載能力，即確定樁的允許荷載和極限荷載，查明樁基礎強度的安全儲備，以確保樁基礎的安全性與經(jīng)濟性。所有低應變檢測，表明樁身質(zhì)量完好，合格率為100%。本文不再進行低應變成果分析，重點對靜載試驗成果進行分析。5.1單樁豎向極限承載力（1）根據(jù)單樁豎向靜載試驗成果分析：S1#樁最大試驗荷載加至13000kN，最大荷載下樁頂沉降62.16mm，雖然在13000kN樁頂荷載作用下觀測60min后有一根錨樁被拔起而終止加載?？梢钥闯?，最大沉降已經(jīng)超過60mm，可取S=0.05D（D為樁端直徑）對應的荷載值。確定其豎向極限承載力為11440kN。S2#樁最大試驗荷載加至10500kN，觀測30min后有一根錨樁被拔起而終止加載，最大荷載下樁頂沉降42.53mm，可見其豎向極限承載力≥10000kN，可以確定豎向極限承載力為10000kN。S3#樁最大試驗荷載加至8500kN后有一根錨樁被拔起而終止加載，最大荷載下樁頂沉降10.64mm，樁頂沉降量還比較小，可見其豎向極限承載力≥8000kN，可以確定豎向極限承載力為8000kN。S4#樁最大試驗荷載加至8550kN，最大荷載下樁頂沉降80.26mm，達到終止條件，停止加載。確定其豎向極限承載力為7125kN。（2）理論計算與實際結(jié)果比較：理論計算基于詳勘中沖孔灌注樁“地基土設計參數(shù)建議表”所提供數(shù)據(jù)：極限側(cè)阻力標準值：填砂：90kPa，淤泥混砂：20kPa，粉質(zhì)粘土：65kPa，殘積砂質(zhì)粘性土：60kPa；全風化花崗巖：65kPa；砂礫狀強風化花崗巖：80kPa；碎塊狀強風化花崗巖：100kPa；中風化花崗巖：180kPa（砂礫狀強風化花崗巖跟全風化花崗巖一樣巖芯手捏即散）。極限端阻力標準值：中風化花崗巖：10000kPa；微風化花崗巖：18000kPa。巖石飽和抗壓強度：中風化花崗巖：44.50MPa；微風化花崗巖：75MPa。抗壓極限承載力理論計算與實際結(jié)果比較樁號樁長(m)入巖深度(m)理論計算極限承載載力(kN)測試極限承載能力力(kN)極限承載力下沉降(mm)備注S134.20.5嵌巖樁：Q摩擦=9128Q端端承=157228Q=Q摩擦+Q端承=248856大直徑樁：Q摩擦=7275Q端端承=72911Q=Q摩擦+Q端承=14566611442250錨樁拔起（樁沉降降62mm）測測試結(jié)果取550mm沉降降對應值S231.93.1施工記錄嚴重失真真，相應理論論計算不準確確≥1000040.77錨樁拔起(樁沉降降43mm）測測試結(jié)果取錨錨樁拔起前一一級的加載值值S327.80Q摩擦=5806樁端止于AugeerReffusal≥800010.11錨樁拔起（樁沉降降10.6mmm）測試結(jié)結(jié)果取錨樁拔拔起前一級的的加載值S429.50Q摩擦=6124樁端止于AugeerReffusal712523.66陡降型沉降，取拐拐點處荷載值值(下一級荷載載作用下沉降降為80.33mm）嵌巖樁承載能力往往由樁的沉降決定的,或者說是由沉渣厚度決定的，基巖自身的抗壓承載能力并不容易發(fā)揮出來。基于上述原因，嵌巖樁承載能力的計算，采用大直徑樁的計算模式結(jié)果更真實。非嵌巖樁（外方公司定義為AugerRefusal）顧名思義是旋挖機不能再下挖的深度，現(xiàn)場兩種類型的旋挖機，一種是德國產(chǎn)Boer,其AugerRefusal應該到中風化/微風化巖面，（甚至可以入中風化巖層一定深度）；另外一種是國產(chǎn)的，其AugerRefusal應該到碎塊狀強風化層表面。S3和S4的測試結(jié)果比理論計算值高，主要原因為理論計算未考慮碎塊狀強風化層或中風化巖面（微風化巖面）提供的端承力，從測試結(jié)果分析，S3樁端持力層為中風化或微風化巖層表面，該層提供承載力估計能達500噸至600噸，合計6500kN/m2至7600kN/m2；S4樁端持力層為強風化層，該層提供承載力約100噸，合計1300kN/m2。（3）豎向極限承載力評價綜上所述，由于試樁樁長不等，且數(shù)量少，難以確定樁基豎向極限承載力特征值。S1#和S2#樁樁端持力層分別為中風化花崗巖（10000kPa）和微風化花崗巖（18000kPa），結(jié)合理論計算與實際結(jié)果分析比較和場地實際情況分析，樁長＞30m，且樁端持力層為中風化花崗巖或微風化花崗巖，可以確定豎向極限承載力特征值為10000kN。有較大的安全儲備，可以確保樁基礎的安全性。S3樁樁端持力層為中風化或微風化巖層表面，S4樁端持力層為強風化層，也有一定的端承力，結(jié)合理論計算與實際結(jié)果分析比較和場地實際情況分析，樁長＞30m，且樁端持力層為強風化花崗巖，可以確定豎向極限承載力特征值為7000kN。5.2單樁水平向抗剪承載力（1）設計水平承載能力基礎承臺采用固接，考慮群樁效應，不考慮地震作用，工程樁水平承載能力為861kN/984kN?；A承臺采用鉸接，考慮群樁效應，不考慮地震作用，工程樁水平承載能力為332kN/379kN。（2）測試成果分析和地基土抗力系數(shù)比例系數(shù)推導試驗樁配筋率高，為2.87%,測試后的樁身完整性結(jié)果證明：樁身沒有破壞。根據(jù)水平力-位移曲線和荷載差-位移差曲線判斷，因樁側(cè)土局部塑變而引起曲線陡變現(xiàn)象不明顯，經(jīng)計算，以10mm計，樁水平承載能力分別為450kN和480kN，對應地基土抗力系數(shù)比例系數(shù)分別為12.5MN/m4和15.4MN/m4，。影響深度范圍2(d+1)內(nèi)為填砂，地勘資料：“填砂主要由中粗顆粒石英砂及貝殼碎片等組成”；“回填砂經(jīng)專門振沖密處理，呈中密狀，局部稍密狀。該層標貫試驗修正后擊數(shù)范圍為16.8－24.8，平均21擊。密實度及均勻性較好”。S5和S6鉆勘結(jié)論：“填砂：稍密-中密，粒徑>0.25mm達到50%以上”規(guī)范JGJ94-94表中密的中粗砂對應m值為35－100MN/m4,對應位移2－5mm。試驗結(jié)果證明：實際值比經(jīng)驗值大。（3）水平承載力評價：因設計沒有明確允許水平位移，根據(jù)規(guī)范以10mm水平位移對應值為臨界荷載，以30mm水平位移對應值為極限荷載，N1#試樁單樁水平臨界荷載為450kN；水平極限荷載為830kN；W3#試樁單樁水平臨界荷載為480kN；水平極限荷載為880kN。設計應考慮上部結(jié)構(gòu)對水平位移的敏感程度以及試驗樁水平承載力所對應的位移量酌情選用。5.3單這豎向抗拔承載力（1）根據(jù)單樁抗拔靜載試驗成果分析：S5#樁最大測試荷載5700kN，上拔量超過140mm，試驗終止，通過對荷載—變形（U-Δ）曲線圖分析，判定極限抗拔力5400kN。S6#樁最大測試荷載4500kN，上拔量超過110mm，試驗終止，通過對荷載—變形（U-Δ）曲線圖分析，判定極限抗拔力4200kN。S7#樁當試驗荷載加至3500kN后觀測180min，上拔量已超過前一級荷載作用下樁頂上拔量的5倍，已經(jīng)滿足終止加荷條件，應委托方要求，在位移未穩(wěn)定的情況下以250kN分級荷載增量繼續(xù)加荷，直至加荷到4250kN后，樁頂上拔量超過100mm，終止試驗，判定極限抗拔力3000kN。S8#樁當試驗荷載加至3500kN后每級荷載增量改為250kN，當試驗荷載加至4500kN后樁周土已明顯開裂，但經(jīng)補壓，且上拔量在歷時較長時間觀測能達到相對穩(wěn)定，后幾級情況雷同，加荷到6500kN后，該級壓力始終達不到要求對應的壓力值，上拔量持續(xù)增加，累計上拔量超過100mm，達到試驗要求而終止加載。判定極限抗拔力4250kN