桩基工程地质与基桩工程质量

1前言

随着我国桥梁和高层建筑的发展，桩基工程越来越多的作为一种常用的基础形式而被广泛采用。有资料显示，全国年用桩量已达600万根以上，这一数字已足够反映桩基工程的地位和重要性。虽然桩基础是一种常用的基础形式，但由于地质情况和使用条件的复杂多变，给广大设计、施工、监理、检测人员对桩基工程质量的控制和管理带来了一些难题。因此，研究工程地质对桩基工程的质量控制就变得尤为重要，总结和归纳某一地区的工程地质情况对该地区桩基工程的设计、施工、检测工作也就具有了十分重要的指导意义。笔者有幸在永州工程建设界工作二十余年，曾先后从事施工、勘察、设计、教学等方面的工作，对永州地区的工程地质情况有了一定的了解，现将它作一归纳，以与大家切磋。　　

2地质地层与基桩施工

永州地区的地质地层主要为灰岩（D和C）、白云质灰岩、薄层泥灰岩、红层、坡积粘土、含白胶泥老粘土（主要分布在湘江两岸）、砾石层、砂层等。

2.1 结晶灰岩、白云岩，其承载力大，但有裂隙发育、地下水、溶洞（碳质灰岩溶洞发育较差，泥盆系灰岩溶洞发育较好）等不良工程地质现象，另外还有较大断层，如零陵区主要为北北和北东向断层，零陵区从七层坡、大旅社、徐家井一线断，裂促使溶洞发育。原零陵卷烟厂东西两侧有断层，一是桃冲到原零陵卷烟厂西侧有一较大断裂，地貌特征明显，另一是原零陵卷烟厂东侧湘江岸至朝阳岩有一断裂，溶洞较多。

2.2 薄层泥灰岩（泥页岩）为褐绿色时，应为中风化，其极限承载力标准值一般为300~1000kN/m2。深黑色时，其极限承载力标准值一般为2000~2500 kN/m2，冷水滩河东湘永路一带均为此类岩石。

2.3 红层、泥岩、泥砂岩。这类岩石在冷水滩河东双洲路南端，育才路西侧一带较为分布，这类岩石尤其要注意其软化系数问题，一般其软化系数在0.2~0.3间，即其饱和抗压强度极低。采用人工挖孔桩开挖桩孔后，桩底应立即用水泥浆封底，否则极易出现软化层，从而影响基桩底部承载力。该类岩石也极易引起山体滑坡。

2.4 砾石层。承载力大小由砾石含量、砾径、级配、密实度等因素决定。基本情况是冷水滩河东一带其承载力较高，河西一带承载力较低。人工挖孔桩穿越此层时，渗水大，极易塌方，多采用稻草充填井壁，即使用砼护壁，也无侧摩阻力。机械桩不易穿越此层。

　2.5 粘土。主要是由灰岩风化成的红色粘土组成，其承载力不大，另外还有白条纹的第四系老粘土，硬塑情况下可达700kN/m2或更高，一般在300kN/m2以上，但设计中多取200~250kN/m2，有较大地余地。粉质粘土承载力实际上只有150~220kN/m2，但设计中多取200~220 kN/m2，余地较少。零陵区三监狱到老干所一带均为此类。粉质粘土的侧摩阻力较大，一般可达60 kN/m2以上。

2.6 回填土、素填土。五年以上的，其侧摩阻力一般可达20kN/m2左右，一年以内的，其侧摩阻力为负值。有大量巨石、木头的填土，机械施工桩身质量极易出现断裂、缩径等现象。　　

3各种基桩常见的质量问题　　

由于永州地区工程地质的特征及施工工艺等因素的影响，各种桩常见的质量问题主要有以下几种：

3.1 人工挖孔桩。桩底部入岩少，或未入岩，扩底不足，有些桩底部岩石裂隙发育，夹泥严重；浇注砼时，抛片石；地下水大的情况下，不采用水下浇灌方法，用干砼压填，其后果是桩头浮浆多;有些基桩施工，其施工配合比达不到设计配合比要求，砼强度偏低;护壁方面，一般用砼护壁，可有侧摩阻力，用砖护壁的，基本上无侧摩阻力。侧摩阻力的预估有个简单办法，不分土质，取桩长2/3计算出面积，极限侧摩阻力标准值取60kPa，计算结果是可行且较安全的。

3.2 夯扩桩。一般最严重的问题是夯扩料不足。施工工艺方面也有问题，主要是冲击锤压到钢筋笼后，浅部出现缩径，原因是钢筋笼弯曲，砼未固结，必然出现外力挤压桩身缩径或胶结不良。软硬地层交界处，桩身容易出现问题，这种情况下，桩距小于3D（D为桩径）的，则应跳打，一般不跳打则多出现断桩。成桩后，重型机器辗压，尤其是成桩2~3天内就辗压，极易断桩。

3.3 钻孔桩。钻孔桩的砼凝固慢，其原因是桩孔中泥质成份高，当用泥浆钻进时更为突出，一般砼中含泥量达1~2%，一般需要90d的时间，砼才能达到28d的正常强度。钻孔桩底部的砂包如用高强砼代替，则桩底部承载力高，如用砂包，则每根桩都有较厚沉渣，容易出现工程质量问题。偶见钻孔桩在粘土层中有缩径现象。

3.4 洛阳铲桩。这种桩依桩底夯实与否，可分为两类，夯实者，单桩承载力可达250kN以上，未夯实的，一般在120~160kN之间，尤其是使用了机械振捣的桩，其承载力会偏高些。桩身一般上部好，中下部差，但未形成明显界限，不易发现。　

4永州地区工程地质情况及对基桩质量的影响　　

永州地区地处湖南南部，属典型的喀斯特地形地貌区。区内灰岩广泛分布，上覆土层厚一般不足10m，但灰岩地区溶洞、溶沟发育，基岩面起伏大，地下水丰富，且灰岩中常有软弱夹层存在，又常影响成桩质量。我们收集了自1990年以来的86个工地2810根桩的资料，经统计分析，认为灰岩地区影响成桩质量的工程地质因素可归纳为四大类：一是浅层溶洞、溶沟。永州地区溶洞多为开放型，有粘土等充填物，部分为充水空洞。溶沟、溶槽的出现一般造成难于彻底清理桩底泥土，致使降低桩端承载力；二是起伏不平的基岩面。基岩面深度一般在5~10m，但相邻桩的基岩起伏则一般可达1~5m，个别达到8m以上；三是不同岩性夹层。全地区广泛发育的石炭、泥盆系灰岩，主要为中厚层的结晶质灰岩组成，但夹有层厚2~5m的薄层炭质灰岩或钙质泥岩。微风化致密的结晶灰岩、白云质灰岩一般承载力标准?k取4000~6000kPa。当桩端位于炭质灰岩或钙质泥岩上时，其承载力将相差一倍以上;四是由于丰富的地下水，常造成桩身蜂窝、坍塌、桩底泥浆残渣厚、混凝土离析等诸多缺陷，从而影响基桩承载力。

5工程实例

为了能更具体地说明永州桩基工程地质与基桩工程质量的关系，现举两个工程实例加以说明。

实例一：永州市地税局办公大楼，该工程地处冷水滩双洲路，层高17层，框架结构，总建筑面积9200m2，基础采用的是人工挖孔桩，桩底持力层为泥岩，经岩土勘察计算，泥岩持力层满足设计要求，桩基工程由409队施工。试验桩施工完成后，经质检部门检测，桩底部缺陷严重，基桩承载力达不到设计要求。为此，建设单位组织专家组调研论证，发现桩洞底部泥岩软化系数相当低，仅为0.2，桩洞挖好后，洞底泥岩持力层一经水浸泡，其承载力大为下降。解决措施：桩洞完成后，立即在桩洞底部用高强水泥砂浆封底，并及时灌注混凝土，以尽量避免泥岩软化，从而确保桩底持力层的承载力。这一处理后，经检测，主楼工程桩承载力基本达到设计要求，从而较为圆满的完成了该工程的基础施工任务。

实例二：永州市梅湾菜市场，该工程地处冷水滩河东沿江路，为框架12层，总建筑面积为13680m2。其基础采用人工挖孔桩，省煤勘三队负责施工。基桩持力层为灰岩，持力层以上有20~30cm的破碎带，地下水丰富，基础施工时，设有降水井同时作业，但仍未能控制好基桩施工质量，基础工程完成后，经质检部门检测，约有一半基桩的承载力达不到设计要求，最后不得不进行补桩处理。　　

6结语

工程地质条件复杂多变，千差万别，对工程质量影响也是复杂的、综合的，对某一小范围地区工程地质的深入研究、分析，并总结和归纳出工程地质要点，对于指导本地区的基础工程施工管理，提高工程质量和安全水平，具有重大意义。笔者通过长期在永州从事有关工程管理工作，在工程地质和桩基质量控制方面积累了一定的经验，但这还是远远不够的，在今后的工作中，笔者还将一如既往，深入研究，逐步探索出一条能更好指导基础工程施工的经验之路。