一种大直径嵌岩桩的制作方法

本实用新型涉及岩土过程技术领域，特别是对高大建筑、桥梁建设过程的大直径嵌岩桩。

背景技术：

高大建筑、桥梁建设过程需要浇筑大直径桩，当大直径桩建在岩石上端的时候，建设者和施工方需要对岩上端承桩竖向承载力进行检测，一般情况下，大直径岩上端承桩具有桩端岩层端承力较高，桩竖向承载力以端承力为主，桩侧阻力可偏安全忽略不计，设计单桩竖向承载力较大的特点，如采用静载检测，则所需的试桩压力为所设计单桩承载力特征值的二倍，数值惊人，无论是用配重检测还是通过抗拔桩或抗拔锚杆提供检测反力进行检测，检测费用都会非常昂贵，甚至实际上是难以实施的，因此，对此类桩的竖向承载力检测在《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014中3.3.7条明确，可用钻芯法或深层压板试验，代替竖向静载检测，在桩身完整性及混凝土强度满足设计要求，且桩底沉渣厚度不大于50mm 的前提下，通过深层小压板试验实测桩端持力层承载力或钻取桩端岩石岩芯测定其单轴抗压强度来验证单桩竖向承载力。对于干作业人工挖孔桩或采用自平衡法检测钻（冲）孔灌注桩，深层压板试验或自平衡法都是可行的，但有其不足之处，即不能在工程桩施工完成后任意抽取检测桩，缺乏随机性，对水下灌注桩用自平衡法小压板检测，如自平衡小压板与持力层接触不紧密，检测结果失真，造成误判。钻芯法具备桩基检测的随机性，但在钻芯检测中，往往会遇到桩端岩土样本与勘察不符，甚至取不出完整岩土芯样，无法进行强度或承载力检测，在这种情况下，对此类桩承载力的检测判断尤为困难，给桩基验收和工程处理带来了困扰。

经检索查到的公开文献报道如下：

1、中国专利，嵌岩桩的承载力检查评估方法，申请号：201510132177.1 申请日：2015-03-25，申请人： 福建省建筑工程质量检测中心有限公司，发明(设计)人： 梁曦 张雄水 虞梦泽；摘要：本发明提供一种嵌岩桩的承载力检查评估方法，用于对前期工程检测发现的疑问基桩进行检查评估。其首先采用低应变法进行普查，基于嵌岩灌注桩桩底性状和钻芯法采取的桩端芯样性状建立分类标准，在分类的基础上对每个基桩类别进行抽检和/或按一定比例选取有代表性的基桩进行检测，检测方法为高应变法和单桩竖向抗压承载力检测法。依据以上检测结果，综合工程地质资料和统计理论分别进行各类基桩的分析和统计，判定各基桩的实际承载能力，从而对单位工程全体基桩的承载力进行有效评估。权利要求1，一种嵌岩桩的承载力检查评估方法，用于对于前期工程检测发现的疑问基桩进行检查评估，其特征在于：所述方法包括：步骤10、首先采用低应变法进行普查，检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度和位置，并得到每根基桩的低应变法曲线；步骤20、然后采用钻芯法钻取各基桩的芯样，评价其桩长、桩身混凝土强度、密实性、连续性、桩底沉渣厚度和桩身完整性；步骤30、依据低应变法和钻芯法的检查结果，对经低应变法和钻芯法检测过的基桩进行分类；步骤40、对每个基桩类别进行抽检和/或按一定比例选取有代表性的基桩进行检测，检测方法为高应变法和单桩竖向抗压承载力检测法；其中，高应变法和单桩竖向抗压承载力检测法不限先后顺序；步骤50、依据所述低应变法、钻芯法、单桩竖向抗压承载力检测法以及高应变法的检测结果综合判定各基桩类别是否合格，同时基于高应变承载力检测结果，综合工程地质资料和统计理论对其进行分析和计算，分别得到基桩类别的承载力。

2、中国专利，一种预钻孔嵌岩钢管混凝土组合桩及其施工方法，申请号：200510084145.5 申请日：2005-07-14，申请人： 胡柏英，地址： 香港新界大埔马窝路8号新峰花园二期二座15/F,C室摘要：一种预钻孔嵌岩钢管混凝土组合桩,包括具有高强度的钢管外壳和高抗压强度、大刚度的混凝土或钢筋混凝土内芯,所述嵌岩钢管混凝土组合桩与预钻桩孔之间还现场灌注有粘结性填充材料。预钻孔内的桩体靠上述填充材料和孔壁的粘结力把竖向荷载扩散到岩层深处,把水平荷载传递到周围土体中。由于本发明利用现有钢管混凝土柱的优良受力性能和嵌岩桩高承载力低沉降的特点,使桩基础的各种承载力、抗水平力刚度、施工质量和性价比与其它现有的现场浇灌混凝土桩相比,都有大幅度提高。发明(设计)人： 胡柏英 权利要求 1.一种预钻孔嵌岩钢管混凝土组合桩，其特征在于，所述的嵌岩钢管混凝土组 合桩包括置入地表下面的预钻土孔和延续在其下面的预钻岩孔内的钢管混凝土桩或 钢管混凝土桩和连接在其底部的型钢或组合钢构件或钢筋笼或预制钢筋混凝土构件 或它们的组合及桩与预钻孔之间现场灌注的填充材料；所述的钢管混凝土桩可以全 部现场浇制成或全部预制或半预制半现浇制成。

3、题名：大直径钻孔灌注嵌岩桩竖向承载力试验研究，期刊，福建建材,2013,(8);12-14，王旭东， 本文在国内外嵌岩桩理论研究的基础上，采用自平衡试桩法对嵌岩桩竖向承载力做了研究。在对试桩测试数据进行分析的基础上，对侧摩阻力和端阻力的发挥程度进行分析，获得必要的设计参数，确定了试桩的竖向容许承载力。

4、题名：泥质软岩嵌岩桩竖向承载力探析. 期刊，中州建设,2005,(10);47-47，邓伟军. 大直径泥质软岩嵌岩桩承载力问题是当前业界较为关注和亟待探讨解决的课题。

5、题名：大直径嵌岩桩承载力分析. 期刊，铁道建筑,2001,(3);2-5封昌玉；对嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值的构成进行分析,并对如何确保嵌岩桩承载力的途径进行探讨。

6、题名：现代建筑物的基本构件—桩基础. 期刊，杭州科技,2001,22(2);38-40王魏巍；我国土地辽阔,特殊土地基种类较多.近年来又随着国民经济的迅速发展,高层、大跨和其他特殊结构的不断增加,以及人们越来越多地开发河海滩、沼泽地等作为建设用地、在荷载大、地基弱、变形限制严、使用要求高等条件下,深基地越来越多地被采用.其中桩基础由于承载力高,沉降小,能适应不同的结构形式、地基条件和荷载性质。

从上述检索到的文献我们可以看到，嵌岩桩（大直径）的承载力的检测是本行业的必须要做的工作，检测工作是综合工程地质资料、抽检数据和统计理论对其进行分析和计算，然后得到基桩类别的承载力。

但是仅仅对嵌岩桩的承载力进行检测是远远不够的，当检测结果发现不合格的时候，目前除了废弃嵌岩桩以外，还没有更好的办法，特别是对大直径嵌岩桩，通常的做法是采用随机钻芯法，但在钻芯检测中，往往会遇到桩端岩土样本与勘察不符，甚至取不出完整岩土芯样，无法进行强度或承载力检测，在这种情况下，对此类桩承载力的检测判断尤为困难，给桩基验收和工程处理带来了困扰。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种对高大建筑、桥梁建设过程的大直径嵌岩桩，特别是当在桩基验收时采用钻芯法检测发现桩端持力层与桩施工勘察（超前钻）不符，且取不出桩端持力层芯样进行强度检测的情况下，该大直径嵌岩桩能够加强大直径原桩的竖向承载力。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种大直径嵌岩桩，其特征在于：它由原桩和芯桩构成，所述的原桩是高大建筑、桥梁建设过程的大直径岩上端承桩竖向承载力的大直径主体桩，中间钻孔或冲孔；所述的芯桩是嵌入原桩中心孔的能够提高主体桩的竖向承载力的加强桩。

所述的芯桩直径d为原桩直径的1/5-4/5。

所述的芯桩的长度至少等于大直径主体桩，或者比大直径主体桩长，芯桩进入完整岩内为芯桩直径的3倍以上。

所述的原桩端以下芯桩段配筋率≥1.0%，箍筋直径≥φ10mm，间距为100mm。

所述的芯桩是通过混凝土振动浇筑嵌入原桩内。

通过大直径钻孔，补充深层小压板试验的方法，可准确测定桩端持力层极限端阻力标准值，数据直接可靠。如经复核发现该桩实际竖向承载力不足，但差异不大时，为避免补桩，可通过加芯桩的办法，将原桩做成变直径桩，使芯桩穿越原桩端，延伸至设计要求的岩层内，通过增加芯桩的嵌岩深度和芯桩直径，从而提高原有桩的竖向承载力。由于芯桩直径相对较小，所受轴向压力较大，为增大其桩身竖向承载力及延性，原桩端以下芯桩段配筋率宜≥1.0%，箍筋直径≥φ10mm，间距为100mm。如检测后发现桩实际竖向承载力较设计要求相差较大时，则可通过加大芯桩直径，提高芯桩混凝土强度及配筋来满足原设计桩承载力要求。

计算方法

以某工程钻芯验收时发现的问题桩为例，该桩桩径D为2.8m，以白云岩作为桩端持力层，单桩承载力特征值为59000，假定经深层压板试验检测后，检测部位岩土桩极限端阻力标准值仅为10000kPa，小于设计20000kPa的要求，考虑到所有桩都做了3个呈品字形布置，距桩边400左右的施工勘察孔处岩层是符合设计要求的，因此可以推断该桩基底面积范围符合设计要求的岩层面积不少于桩端总面积的1/2，可按1/2桩端面积岩层不符合设计要求进行该桩复核补强。根据详勘报告及工程桩钻芯报告，岩石饱和单轴抗压强度标准值≥40MPa，故芯桩持力层按40MPa考虑，且要求嵌岩深度≥3倍芯桩桩径。

本实用新型的结构可以看出，对于大直径嵌岩桩，当钻芯检测发现桩端岩层与勘察和设计要求不符时，可通过在相应的岩层异常钻芯孔部位补钻直径不小于深层小压板试验要求的钻孔，通过此孔进行桩端岩层深层小压板试验，以取得桩端准确的极限端阻力标准值。根据广西《岩土勘察规范》要求，当嵌岩桩径大于1500mm时，施工勘察孔宜布置3-5个，一般工程，业主为节省施工勘察费用，一般每桩仅允许设置3个施工勘察孔，距桩周内侧300-400mm 均匀布置，当距桩中0.15-0.25桩径的钻芯检测孔所揭示的桩端岩性与施工勘察孔及设计要求不一致时，以3个施工勘察孔作为设计依据的桩端持力层满足设计要求的桩端面积应不小于桩端总面积的，偏于安全按桩端总面积的考虑，通过补充的小压板检测结果，就可较准确的确定检测桩的实际竖向极限承载力。

如经复核不能满足设计要求，可通过上述补芯桩，做成变截面桩的办法解决。由于芯桩位置在原桩中范围内，此处为素混凝土，无钢筋，而目前的旋挖桩施工设备已具备钻岩能力，施工速度快（也可用冲孔设备成孔），为采用本办法提供了实施条件，本方法特别对一柱一桩的大直径嵌岩桩，无论是桩身强度或是桩端基岩承载力不能满足设计要求者，都可以通过设计芯桩进行加固，达到既不用异位补桩，又可原桩利用，省时又省钱，对位于喀斯特岩溶区桩端岩层局部有缺陷的工程桩处理提出了一条新的途径。同时本方法对于因施工缺陷或设计变更而导致的大直径桩桩身强度不满足设计要求的桩身强度加固，也有一定的实用价值。同时，为避免类似基岩有缺陷的桩出现，在喀斯特岩溶区或岩层变化较大，裂隙较发育的地区，建议大直径嵌岩桩除在桩周布置施工勘察孔外，还宜在桩中处再加设一个施工勘察孔，这样可基本保证桩端基岩能满足设计要求，避免以上所述有缺陷桩的出现。

附图说明

图1是在大直径嵌岩桩上需要钻孔的示意图。

图2是在大直径嵌岩桩中心嵌入（浇筑）加芯桩的结构示意图。

图3是加芯桩的剖视图。

图中序号对应的部件名称：

1、芯桩，2、大直径嵌岩桩，3、原桩，4、芯桩纵筋，5、芯桩箍筋。

图1中看到，大直径嵌岩桩2施工前，所有工程桩均需要在大直径嵌岩桩2周边附近进行施工勘察钻孔（SK1），当桩径＞1.6m时，钻孔数量不少于3个；在桩施工完成后的验收检测阶段，所抽检的桩验收检测钻芯孔（XK1），当桩径＞1.6m时，检测钻芯孔数量按《建筑基桩检测技术规范》要求宜为3个孔。

图2中看到，为保证大直径嵌岩桩符合承载力要求，本实用新型在大直径嵌岩桩中心首先钻孔，然后往孔内加配钢筋笼并浇筑高强度混凝土，使得原来不合格的大直径嵌岩桩达到设计要求。原桩3的芯桩1设有芯桩箍筋5及芯桩纵筋4组成的钢筋笼。

图3中看到，加芯桩比原嵌岩桩长，必须深入原嵌岩桩端下的完整岩层内，芯桩进入完整岩内（即嵌岩长度）为芯桩直径的3倍。

所述芯桩的长度也可以只加到原桩底的，适用于桩身强度不足，仅加固桩身的情况。

具体实施方式

以下是广西壮族自治区柳州市某工程的实例。

以柳州市某工程为例，该楼为超高层公寓式写字楼，地面以上高度208m，采用冲孔灌注桩基础，桩径2.8m，以完整白云岩作为桩端持力层，勘察提供的桩极限端阻力标准值为20000kPa，设计单桩承载力特征值为59000kN，如采用静载检测，其压桩力应不小于118000kN，这无论从可行性和经济性都是不可取的，故设计要求所有桩均采用超声波法进行桩身完整性检测，随机抽取不少于总桩数10%且不少于10根的工程桩做钻芯检测，以检测桩身完整性、混凝土强度、桩端沉渣厚度、桩端岩层完整性及岩芯强度等。鉴于该工程嵌岩桩以端承力为主，如桩端沉渣过厚，对桩竖向承载力会有极大的影响，处理困难，固设计要求每根桩沿钢筋笼周边均匀布置4根后注浆管，随钢筋笼伸至桩底，待桩身混凝土达到设计强度后，进行高压注浆，以达到固结沉渣及填充桩端岩层裂隙的作用。由于每个桩施工前均沿桩周均匀布置了3个施工勘察孔见图1，并以这3个施工勘察孔所揭示的岩层作为桩底标高的设计依据，将桩端置于完整白云岩内不小于0.5倍桩径，同时要求桩端下完整岩的厚度不少于3倍桩径且大于5米。一般情况下，桩端持力层可满足设计要求，但柳州位于喀斯特岩溶区，岩层复杂多变，裂隙溶洞发育，而钻芯孔布置在距桩中0.15-0.25倍桩径间，与施工勘察孔间距相对较大，难免在钻芯过程中发现桩端持力层与超前钻不一致的地方。本工程在钻芯检测中，发现其中一根桩的三个钻芯孔见图1，在桩端以下，一个岩石破碎，其余二个为中粗砂夹少量碎石，范围不详，与设计要求的完整白云岩严重不符。由于无法取出完整岩石芯样，也无法用点荷载检测法确定桩端岩石承载力，怎么确定此桩的竖向承载力，是否需要补桩，成为工程是否能顺利进行下去的关键。对于此桩的检测处理意见，有提出利用钻芯孔探孔照相的办法，判断桩端持力层岩性和完整性，从而推断其承载力；有提出采用低应变的办法，以判断桩端持力层岩性，从而推断其承载力；有提出利用钻芯孔高压注浆的办法，加固地基；有提出采用物探的方法判断岩石的完整性；还有提出通过专家评审的形式，按当地专家经验确定承载力。作者认为以上办法都是间接和不可靠的，不能作为该桩是否满足设计要求的验收依据。

为了使得上述柳州市工程大直径嵌岩桩达到要求，本发明人采用以下技术方案：

（1）在2.8m钻芯孔附近的桩中心处，采用大直径钻机钻出≥320mm直径钻孔至桩底，经清孔后用50mm厚中砂找平，通过传力杆，采用直径300mm的小压板对桩端岩层进行抗压试验，以确定桩端岩层极限承载力标准值。

（2）当所检测桩端岩土极限承载力标准值不满足设计要求时，为提高该桩竖向承载力，在原检测孔处，用可钻岩的旋挖机或冲孔机具在原钻孔处从新钻（冲）孔，孔径由计算定，为配合机具施工能力，孔径要求≥600mm，钻至桩底以下设计要求的岩层内（需补充施工勘察钻孔），嵌岩深度按设计要求确定，增加所谓芯桩，做成变截面桩。

（3）或直接用可钻岩的旋挖机或冲孔机具在原桩中处钻（冲）孔至桩底，孔径≥600mm，按第（一）条做深层小压板试验，根据试验结果复核该桩竖向承载力，并通过补充的施工勘察钻孔，计算确定芯桩设计，按此做法时，孔径宜取大些，避免设计要求的芯桩直径大于孔径时，需从新在桩身上钻（冲）孔。

通过大直径钻孔，补充深层小压板试验的方法，可准确测定桩端持力层极限端阻力标准值，数据直接可靠。如经复核发现该桩实际竖向承载力不足，但差异不大时，为避免补桩，可通过加芯桩的办法，将原桩做成变直径桩，使芯桩穿越原桩端，延伸至设计要求的岩层内，通过增加芯桩的嵌岩深度和芯桩直径，从而提高原有桩的竖向承载力。由于芯桩直径相对较小，所受轴向压力较大，为增大其桩身竖向承载力及延性，原桩端以下芯桩段配筋率宜≥1.0%，箍筋直径≥φ10mm，间距为100mm。如检测后发现桩实际竖向承载力较设计要求相差较大时，则可通过加大芯桩直径，提高芯桩混凝土强度及配筋来满足原设计桩承载力要求。

计算方法

考虑到所有桩都做了3-5个均匀布置于桩周边附近的施工勘察钻孔，钻孔距桩周边200-400mm左右，施工勘察孔处的桩端岩层是符合设计要求的，因此可以推断该桩基底面积范围符合设计要求的岩层面积不少于桩端总面积的1/2，可按1/2桩端面积岩层不符合设计要求进行该桩复核补强。根据补充的小压板试验结果和原设计要求持力层承载力，并要求芯桩嵌岩深度≥3倍芯桩桩径。

对于本实施例大直径岩上端承桩，当钻芯检测发现桩端岩层与勘察和设计要求不符时，可通过在相应的岩层异常钻芯孔部位邻近部位的桩中心处补钻直径不小于深层小压板试验要求的钻孔，通过此孔进行桩端岩层深层小压板试验，以取得桩端准确的极限端阻力标准值。根据广西《岩土勘察规范》要求，当嵌岩桩径大于1500mm时，施工勘察孔宜布置3~5个，一般工程，业主为节省施工勘察费用，一般每桩仅允许设置3个施工勘察孔，距桩周内侧300~400mm 均匀布置，当距桩中0.15~0.25桩径的钻芯检测孔所揭示的桩端岩性与施工勘察孔及设计要求不一致时，以3个施工勘察孔作为设计依据的桩端持力层满足设计要求的桩端面积应不小于桩端总面积的1/2，偏于安全按桩端总面积的1/2考虑，通过补充的小压板检测结果，就可较准确的确定检测桩的实际竖向极限承载力。

如经复核不能满足设计要求，可通过上述补芯桩，做成变截面桩的办法解决。由于芯桩位置在原桩中心范围内，此处为素混凝土，无钢筋，钻孔相对较容易，而目前的旋挖桩施工设备已具备钻岩（砼）能力，施工速度快（也可用冲孔设备或大直径钻孔设备成孔），为采用本办法提供了实施条件，本方法特别对一柱一桩的大直径嵌岩桩，无论是桩身强度或是桩端基岩承载力不能满足设计要求者，都可以通过设计芯桩进行加固，达到既不用异位补桩，又可原桩利用，省时又省钱，对位于喀斯特岩溶区桩端岩层局部有缺陷的工程桩处理提出了一条新的途径。同时本方法对于因施工缺陷或设计变更而导致的大直径桩。

从上述柳州的工程看，当大直径嵌岩桩不合格的时候，通过对大直径嵌岩桩的钻孔检测，发现不合格因素以后，在大直径嵌岩桩中心钻孔至要求持力层，然后往孔内浇筑配有钢筋笼的高强混凝土，使得原来不合格的大直径嵌岩桩达到设计要求。

从上述柳州的工程实例看，当大直径嵌岩桩在钻芯处基岩不合格且测不出对应岩层的承载力时，通过对大直径嵌岩桩在桩中心处钻大于做小压板试验所要求的钻孔，钻孔深度与原桩底持平，然后再做桩端基岩小压板承载力检测，得到实际基岩的承载力结果，当发现该处基岩承载力不满足设计要求时，在大直径嵌岩桩桩中心处钻出芯桩孔，芯桩孔直径由计算定，然后通过配芯桩钢筋并给芯桩浇筑高强度混凝土，使得原来承载力不合格的大直径嵌岩桩满足设计要求。