人工挖孔灌注桩施工技术相关规范的套用

人工挖孔灌注桩施工技术相关规范的套用桩基础是工程结构中采用的主要基础类型，目前约占全部工程结构基础的70%以上，其中钢筋混凝土灌注桩又是目前在工程实践中应用最多的桩基类型。长期以来业内在大直径钢筋混凝土灌注桩的设计、施工、检测工作中或多或少的存在对规范理解不够透彻的问题，这里提出来请同行一起探讨和学习。1、桩位允许偏差笔者在工作中发现，个别监理单位在桩基施工结束后进行桩位验收时，要求人工挖孔桩的桩位允许偏差不能大于10mm。其实《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002（以下简称GB50202-2002）第5.1.1条规定单排桩的桩位允许偏差是针对桩基放样桩位的限制，虽然说桩位偏差越小工程质量就越高，但人工挖孔桩直径大，小量偏差对桩基的承载能力是没有影响的，桩位验收时用放样允许偏差来要求是不恰当的，而应按GB50202-2002中表5.1.4规定来验收，表中关于混凝土护壁人工挖孔桩是这样相应规定的：1-3根、单排桩基垂直于中心线方向和群桩基础的边桩允许偏差50mm；条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩允许偏差150mm。在套用该表时，个别施工单位又将所有混凝土护壁人工挖孔桩的桩位允许偏差放大到150mm。这里我们先理解一下规范中群桩基础这个术语。GB50202-2002中没有桩基础的相关术语解释。《建筑桩基技术规范》JGJ94-94（以下简称JGJ94-94）规定，“桩基础：由基桩和连接于桩顶的承台共同组成”；“单桩基础：采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构（通常为柱）荷载的独立基础”；“群桩基础：由2根以上基桩组成的桩基础”。如果不仔细分析，这三个术语会让人以为，一般桩基础工程中的基桩数量都是几十根，肯定就是群桩基础，甚至认为根本就不可能有单桩基础。因此在确定桩位允许偏差时认为：采用混凝土护壁人工挖孔桩基础工程中，凡是在建筑平面周边的基桩桩位允许偏差50mm；其余的基桩桩位允许偏差150mm。《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008（以下简称JGJ94-2008）中也没有“单桩基础”和“群桩基础”的术语解释，但是关于桩基础的术语解释却与JGJ94-94有很大区别：“桩基础：由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的基础或由柱与桩直接联结的单桩基础”。这个术语里面涵盖了“单桩基础”和“群桩基础”的术语。可以这样理解：单桩基础：采用一根桩（通常为大直径桩）支承一个或多个上部竖向构件的桩基础；群桩基础：由2根以上基桩和承台组成共同支承一个或多个上部竖向构件的桩基础。其实是不是群桩基础与是否有由一个承台连接几根基桩有关。工程实践中很多人工挖孔桩基础都是采用由柱与桩直接联结的单桩基础，如果是短肢剪力墙超出了挖孔桩断面范围，在单桩基础上增加一个单桩承台，实在是剪力墙太长就在基桩之间增加承台梁。也有群桩基础采用人工挖孔桩的情况，但同一承台下的桩数并不多。这样一来，很多基桩的桩位允许偏差就只能是50mm而不是150mm。2、桩顶标高GB50202-2002第5.1.4条规定灌注桩的桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m。由于是验收规范，很容易理解为桩基在验收的时候桩顶标高至少要比设计标高高出0.5m。规范这样规定是考虑桩基混凝土一次浇灌量大或者是水下浇灌混凝土的基桩，混凝土面浮浆较厚且强度较低，达不到设计要求，为了保证桩头部分的混凝土强度，应该将浮浆部分剔除，也就是规定一种工艺，而不是规定验收状态，验收状态应该是实际桩顶标高与设计标高一致。当然这种统一“高出0.5m”的规定似乎有点值得商榷，因为不同的成桩工艺、不同的基桩直径、不同的单桩混凝土量，其浮浆厚度是不可能一样的。JGJ94-2008第6.3.30、6.4.11、6.5.4条分别对不同成桩工艺的基桩“超灌高度”作了规定，就显得比验收规范的规定要合理一些。笔者以为，由于大直径人工挖孔灌注桩相对其他成桩工艺（比如水下浇筑混凝土的泥浆护壁灌注桩）的孔内集水、桩身直径、混凝土坍落度等作业条件较好，只要桩身混凝土量不是太大，其浮浆厚度一般是没有0.5米那么厚的，较多情况下剔凿0.15～0.2米后做回弹显示混凝土强度能达到设计要求。这里说明一下没有承台的单桩基础因为上部构件插筋的锚固问题，混凝土一般分两次浇筑，第一次浇筑到基础梁下口或插筋锚固区下口，浮浆厚度最大的地方不是在设计的桩顶标高处，而是在第一次浇筑混凝土顶面。对于有承台的桩基顶标高（特别是低承台桩基），由于承台与桩身混凝土不能一次性浇筑，个别施工单位在浇筑桩身混凝土时，浇灌高度比设计桩顶标高略低（有的比承台底标高还低），浮浆剔凿后桩顶标高比设计顶标高低很多，这一部分与承台混凝土一起浇筑。承台与桩头连接处必然产生断面突变，连接不好就会产生应力集中现象。规范要求大直径灌注桩顶嵌入承台内的长度不小于100mm，这个嵌固构造非常重要，不但能够有效抵抗桩与承台之间的水平剪切，而且还能避免桩基在承台以下出现薄弱环节。所以在确定有承台的基桩顶标高时应考虑浮浆剔除后应比承台底高100mm。3、桩与承台的连接桩顶嵌入承台实际是桩与承台连接构造的一个部分，桩与承台连接构造的另一个要求是桩身主筋在承台中的锚固长度。这方面的规定在早期有一点混乱：JGJ94-94第4.2.4条规顶桩顶主筋锚入承台不小于30倍主筋直径，混凝土抗拔桩基的桩顶钢筋伸入承台的长度不应小于40倍主筋直径。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002（以下简称GB50007-2002）第8.5.2条规定桩顶钢筋伸入承台的长度，Ⅰ级钢不宜小于30倍主筋直径、Ⅱ级钢不宜小于35倍主筋直径。随着钢筋混凝土理论的成熟（相对成熟），现在这方面的规定就逐渐统一起来：《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》06G101-6第61页桩顶纵筋在承台内的锚固构造中规定桩顶钢筋伸入承台的长度取Lae与35d的较大值。JGJ94-2008第4.2.4条规定混凝土桩的桩顶纵向主筋应锚入承台内，其锚入长度不宜小于35倍纵向主筋直径；对于抗拔桩，桩顶纵向主筋的锚固长度应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010确定。可以看出06G101-6与JGJ94-2008的规定基本没有出入。笔者发现个别设计规定桩顶钢筋伸入承台的长度取Lae，而忽略了Lae与35d的比较。4、桩笼钢筋的箍筋加密影响端承型大直径灌注桩的竖向承载力的一大因素是桩身的配箍条件，JGJ94-94第4.1.3条规定受水平荷载较大的桩基和抗震桩基，桩顶3～5d范围内箍筋应适当加密。JGJ94-2008第4.1.1条规定受水平荷载较大桩基、承受水平地震作用的桩基以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下5d范围内的箍筋应加密，间距不应大于100mm；两套规范的差别显示出桩身的配箍条件引起了专家们的注意，笔者发现有相当一部分的大直径人工挖孔桩基的配箍设计不规范，比如某工程是这样设计的：无承台的桩基桩顶2米范围箍筋加密，有承台的桩基在承台以下1.5米范围箍筋加密。分析该工程，裙楼地下车库部分的桩基，桩身长度4～6米，从其计算上审查仅需构造配筋即可，桩顶2米（没有承台）箍筋加密就是浪费，而33层的塔楼桩身长度10～16米，桩身直径1.0～1.4米，桩顶1.5米（有承台）箍筋加密就不满足规范要求。5、桩基的检测凡是与桩基有关的规范，都规定了基桩在施工前和施工后应进行确定竖向承载力的试验，用词一律采用了正常情况下均应该这样做的严格用词“应”，而且都是以“必须严格执行”的强制性条文来规定。根据GB50007-2002第8.5.5条：当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，对单桩承载力很高的大直径端承型桩，可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值；第10.1.8条：施工完成后的工程桩应进行竖向承载力检验，……，大直径嵌岩桩的承载力可根据终孔时桩端持力层岩性报告结合桩身质量检验报告核验的规定，很多施工单位就仅做低应变动测或声波透射法检测。《建筑基桩检测技术规程》JGJ106-2003（以下简称JGJ106-2003）第3.3.7条规定对于端承型大直径灌注桩，当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时，可采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层，抽检数量不应少于总桩数的10％，且不应少于10根。规范用“可采用”这个词，并不是表示“也可以不采用”，而是表示在没有办法做单桩竖向抗压承载力静载检测的无奈情况下，必须采用其他手段从其他角度检验桩基承载力，就目前的检测理论和检测能力出发，推荐采用钻芯法检测（高应动测发因目前还存在一些问题而没有推荐）。所以当基桩无法做单桩竖向抗压承载力静载检测时，应抽检数量不应少于总桩数的10％，且不应少于10根基桩来做钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层，然后根据终孔时桩端持力层岩性报告结合桩身质量检验报告核验单桩竖向抗压承载力。6、桩孔基岩取样某工程人工挖孔桩设计持力层为中风化砂岩，嵌岩深度为一倍桩径（0.9～1.3m之间），在桩成孔验收会议上，施工单位提供的基岩饱和单轴抗压强度试验报告共12份，其中7份报告中反映基岩取样部位位于桩端底面，另外5份报告反映基岩取样部位位于桩端底面以上300~500mm范围。质监单位质疑施工工艺上有问题，提出在人工挖孔桩成孔开挖过程中，应该是在目测判别开挖至中风化砂岩强度值满足设计要求值时开始基岩取样，根据检测结果与设计要求值比较，大于设计值时开始计算嵌岩深度，小于设计值时应继续下挖再次取样，直至大于设计值的部位才开始计算嵌岩深度，认为基桩在嵌岩段的持力层基岩强度应大于设际要求的基岩强度。地勘单位证实，由于岩层的形成过程以及风化过程中的诸多原因一般情况存在如下规律：中风化砂岩接近表层的强度较低，往下挖强度就更高，但进入一定深度后强度提高不再很明显，因此不能保证在桩端底面取样基岩满足设计要求强度的桩孔从孔底往上一倍桩径的基岩也满足设计要求强度。会议决定应扩大基岩取样检测范围，并在基岩取样检测达到设计要求强度时再下挖一个嵌岩深度后重新验收。桩基础（特别是嵌岩桩）与一般扩展基础相比有一定特殊性，国家规范对桩基岩石的取样数量、位置一直没有明确的、统一的规定，设计、施工、监理、质监等部门难以取得一致意见，所以最终多以质监单位意见或共同认为较为妥当的方法确定。根据GB50007-2002第10.1.6条“人工挖孔桩终孔时，应进行桩端持力层检验”和第10.1.8条“施工完成后的工程桩应进行竖向承载力检验，……，大直径嵌岩桩的承载力可根据终孔时桩端持力层岩性报告结合桩身质量检验报告核验”的规定来理解，基岩取样位置应该是在“终孔时”的“桩端”。JGJ94-2008第5.3.9条关于嵌岩桩承载力规定中将承载力划分成三部分，其中最大的一个值是总端阻力Qpk=ζpfrkAp，式中frk就是桩端岩石饱和单轴抗压强度值，因此桩端底面基岩强度是决定嵌岩桩承载力的主要因素。JGJ106-2003第3.3.7条规定对于端承型大直径灌注桩，当受设备或现场条件限制无法检测单桩竖向抗压承载力时，可采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检验桩端持力层，本条规定的钻芯法钻取的持力层岩土芯样也必定是桩端底面的基岩，而不是嵌岩段的基岩。《重庆地基基础设计规范》DBJ50-047-2006第9.3.3条规定：采用岩石的单轴抗压强度检验桩基础地基的承载力时，抽（取）芯的位置应在桩端底面。将以上4套规范的规定全面理解后会发现，关于桩基岩石的取样位置的规定，并非不明确不统一。像笔者所例举的“在基岩取样检测达到设计要求强度时再下挖一个嵌岩深度后重新验收”的确定方式是很浪费和没有必要的。7、结语桩基础牵涉到的相关规范多，相关规范出台的时间前后距离大，虽然有些问题在不同规范中都有规定，但因为各套规范的侧重点不一样，文字表述上难免有一些差异，在套用这些规范时，容易造成理解规范的片面性，只有将这些规范融会贯通，才能正确运用规范来指导设计、施工、检测等相关工作。