超長沖擊錘樁在風化巖層地基的應用

呂善勇，謝春，崔婧瑞，劉洪剛，莊小杰 ，宋志波

（中國建筑一局（集團）有限公司，北京 100161）

1 工程概況

景寧東方廣場工程位于浙江省麗水市景寧畬族自治縣，東至環(huán)城東路西側，南至建設路、工會、職高，西至人民中路，北至復興東路。場地整體東高西底，用地面積約為53943.28m2，總建筑面積為260022.32m2。布局上以兩層商業(yè)為基面，宜居式住宅為主體，在場地西面建設花園洋房，中間為高層住宅5棟，G1#樓29層，G2#樓 30層，G3#樓 33層，G4#樓 15 層，G5#樓18層，最高結構高度為97.7m，東南角為雙拼住宅，±0.00標高為200.4m，設1～4層地下室，地下室底板標高為183.50m。

本工程樁基采用超長沖擊錘樁基，工程樁數(shù)共943根，樁徑有 1000mm（234根）、900mm（146根）、800mm（413根）、700mm（150根）共四種，入巖進入強風化花崗巖4～2～2層不小于4～5m和進入中風化花崗巖4～3層不小于1m。所有有效樁長根據(jù)設計提供的參數(shù)范圍和巖芯樣品雙控判定，樁身混凝土為水下混凝土，強度等級為C35。

2 沖擊錘樁施工

2.1 地形地貌及氣象水文

場區(qū)地勢開闊，上部地層為第四系全新統(tǒng)稱素填土、粉質黏土及卵石，基底巖性為燕山期花崗巖。經(jīng)測定現(xiàn)地面高程介于185.28～207.40m之間。

景寧畬族自治縣屬亞熱帶季風氣候，多年平均氣溫17.5℃，最熱月（7月）平均氣溫27.7℃，最冷月（1月）平均氣溫6.6℃，極端最高氣溫40.5℃，極端最低氣-8.3℃，年平均降水量1542.7mm，無霜期241天，日照1774.4h。

2.2 地基土的構成與分布特征

根據(jù)巖土勘察地質報告顯示，地層結構、巖性特征、埋藏條件及物理力學性質，在勘探深度范圍內(nèi)，劃分為4個工程地質層，共7個工程地質亞層。G1#樓和G2#樓局部整體卵石含量大、粒徑大到50cm?，F(xiàn)自上而下分述如下。

①填土

雜色，松散。主要由碎石、卵石及少量砂土組成。卵石粒徑5～10cm，個別20cm，含量約60～70%。本層物理力學性質差，基本全場分布。層厚0.50～7.80m。采芯率55～70%，圓錐動力觸探試驗N63.5=6.9～40.9擊。

②粉質黏土

灰、灰黃色，可塑，稍濕～濕，無層理，切面粗糙，砂含量約20～30%，干強度低，韌性低。本層物理力學性質一般，基本全場分布。層頂埋深0.60～4.00m，層厚1.80～10.30m。采芯率75%～85%，標準貫入試驗N=7.0～9.0擊。

③卵石

淺灰色，中密～密實，稍濕～濕。粒徑2.0～10.0cm含量約65%，亞圓狀，個別粒徑達20cm，成分以凝灰?guī)r為主，其余為砂及少量黏性土充填。本層物理力學性質較好，除場地東南角外全場分布。層頂埋深4.20～8.60m，層厚 2.20～10.00m。采芯率 60-70%，圓錐動力觸探試驗N63.5=6.6～106.4擊。

④-1全風化花崗巖

灰黃色，硬塑。巖石風化強烈，巖芯呈砂土狀，原巖結構模糊不清，手掰易散。本層物理力學性質一般，全場分布。層頂埋深0.50～14.00m，層厚0.80～19.50m。采芯率40～60%，標準貫入試驗N=12.0-50.0擊，圓錐動力觸探試驗N63.5=8.5-18.0擊。

④-2-1強風化花崗巖

灰黃色，稍硬。巖石風化強烈，巖芯呈砂土狀，原巖結構稍具，手掰不易散。本層物理力學性質較好，全場分布。層頂埋深 9.70～32.00m，層厚 2.00～33.00m。采芯率40～70%，巖體基本質量等級為Ⅴ級。圓錐動力觸探試驗N63.5=8.9-60.1擊。

④-2-2強風化花崗巖

淺灰色，較硬?；◢徑Y構，塊狀構造，巖石完整性差，巖性呈碎塊狀，少量砂土狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，見鐵錳質渲染，敲擊聲啞。本層物理力學性質較好，主要在場地南側分布。層頂埋深 10.20～40.00m，層厚4.00～23.00m。RQD值15%～30%，巖體基本質量等級為Ⅴ級。圓錐動力觸探試驗N63.5=10.3-36.0擊。

④-3中風化花崗巖

淺灰色，堅硬?；◢徑Y構，塊狀構造，巖石完整性較差，巖性呈碎塊狀，少量短柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，敲擊聲脆。本層物理力學性質好，分布場地深部。層頂埋深 27.00～41.00m，揭露厚度 1.00～9.40m。RQD 值40～80%，巖石單軸飽和抗壓強度為31.50～76.4MPa，單軸飽和抗壓強度平均值為51.2MPa，屬較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

根據(jù)設計要求對該工程ZK15#～ZK115#共5個鉆孔進行了單孔波速測試，其目的是為了測定各巖土層的剪切波波速、判別飽和粉土、砂土的液化情況、確定場地地基土類型與場地類別。

ZK15、ZK22、ZK63鉆孔地質柱狀分層表 表1

ZK68、ZK15 鉆孔地質柱狀分層表 表2

2.3 工程特點及難點

該施工技術主要驗證了在景寧畬族自治縣當?shù)仫L化花崗巖層地質條件下，超深、大直徑?jīng)_擊錘樁的施工技術控制，該超深、大直徑?jīng)_擊錘樁技術難點如下：

①成孔難度大。本工程樁基基底持力層為風化巖層，樁體成孔難度大，在實際錘擊成孔施工中，進入巖層區(qū)域層每小時純鉆進尺小于5cm～10cm，實際現(xiàn)場施工中成孔最困難的G3-93號樁用時長達13天，根據(jù)設計提供的參數(shù)范圍和巖芯樣品雙控判定，最終有效樁長達69m。

②根據(jù)地勘報告所在地質層③卵石層，該層卵石為淺灰色，中密～密實，根據(jù)試成孔觀察，卵石粒徑2.0～20.0cm含量約 65%，亞圓狀，個別粒徑達50～70cm，層厚2.20～10.00m。使用該工藝時需要穿透該卵石層，需采用超長鋼護筒進行輔助施工，否則極易塌孔、卡錘。實際施工中也出現(xiàn)了多次卡錘現(xiàn)象。

③該工程處于縣城中心地段，周邊有學校、老年活動中心，工會等，環(huán)保噪聲要求特別高，因此施工前必須根據(jù)樁位圖、場地施工路線布置圖、地勘報告等資料設計出最合理、最節(jié)約時間的“S型、Z型”成樁順序圖，加快進度，最少化擾民。

④該工藝使用時需要泥漿護壁措施配合，控制泥漿濃度防止塌孔現(xiàn)象是非常重要的環(huán)節(jié)。施工中需要提前進行泥漿濃度試配，根據(jù)地勘報告將施工現(xiàn)場劃分多個區(qū)域，每個區(qū)域施工前均要提前試配，過程中根據(jù)需要進行調整。

⑤別墅區(qū)自然地為階梯狀，施工前需要根據(jù)階梯狀特點，進行場地整平，整平后標高為200.1m、195.6m、193.5m、190.5m。需確保在施工中沖擊錘機施工安全，因該機械由多數(shù)小零件組裝而成，非常適合當?shù)氐纳襟w階梯狀的地形特點，可自由裝載組裝。

2.4 樁機選型

根據(jù)相鄰工程成樁經(jīng)驗，機械沖擊成孔泥漿護壁的方式，具有振動及噪音相對較小，效率高，成本較低，不易塌孔的優(yōu)點，在麗水市景寧畬族自治縣當?shù)貞靡演^為成熟，比較適宜在本場址使用。

根據(jù)麗水市景寧畬族自治縣目前的施工技術、設備能力結合本工程地質水文情況，選用機械沖擊成孔施工是可行的。因此，本工程成樁方式選用機械沖擊成孔，泥漿護壁的方式。

2.5 沖擊錘樁施工工藝及控制要點

2.5.1 施工工藝流程（見圖1）

2.5.2 鉆進成孔

必須確保沖擊鉆機支架底座所處地面平整牢固，地基具有足夠的承載力，四周排水通暢，地基不會被輕易擾動，確保沖擊鉆機準確無誤的與樁身中心重合，不發(fā)生偏移，鉆頭平穩(wěn)、不傾斜是成孔重點；需要組織專人在成孔過程中定期進行垂直度檢查，并形成檢查記錄；使用開口式截齒鉆頭，鉆壓參數(shù)選擇40kN，轉速30r/min，確保在巖石基層中順利鉆進。

2.5.3 沉渣厚度

本項目工程樁為樁端受力，根據(jù)設計文件及規(guī)范要求孔底成渣厚度不得大于50cm。清孔工作完成后，利用測繩從導管內(nèi)部放至孔底，測量出的成孔的深度，跟終孔時的深度進行差值計算，從而計算出當前的沉渣厚度。在成渣允許范圍內(nèi)，方可進行后續(xù)樁身混凝土的澆筑。

2.5.4 混凝土灌注

在孔底沉渣厚度及成孔質量檢查完成后，需立即進行樁身混凝土的灌注，根據(jù)規(guī)范要求，導管底部距離孔底需控制在30cm～50cm范圍內(nèi)，導管首次埋入混凝土澆筑面的深度不得小于1m，并且在澆筑過程中，導管進入澆筑面的深度需控制在2～6m范圍內(nèi)。

圖1 沖擊錘機施工工藝流程圖

采用內(nèi)徑為260mm鋼管作為澆筑導管，導管節(jié)長3m，并根據(jù)需要配備1節(jié)1.5m及1節(jié)1m的短導管。計算好首次澆筑量，使其形成一定的沖擊力，確保底部泥漿可以從底部擠出，在澆筑全過程中混凝土確保混凝土能夠連續(xù)澆筑，不得中途斷料以免影響樁身質量。組織專人進行監(jiān)督導管內(nèi)部混凝土的下降和樁孔內(nèi)水位上升情況，按要求做好灌樁記錄。

3 成樁檢測

根據(jù)設計圖紙及相關規(guī)范要求，對本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110共計8根試樁進行了單樁豎向抗壓靜載試驗及樁身完成性檢測，檢測結果如下。

3.1 單樁豎向抗壓靜載試驗結果（表3）

單樁靜載試驗結果 表3

根據(jù)本工程樁基抗壓靜載試驗Q-s曲線圖觀察發(fā)現(xiàn)：在試驗荷載作用下Q-s曲線圖基本呈現(xiàn)出緩慢變形，無明顯拐點，樁身變形均處于彈性變形階段，成樁效果較為理想。依據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》JGJ106-2014的相關規(guī)定，本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110 共計 8根試樁單樁豎向抗壓極限承載力及對應的沉降量均滿足本工程設計及相關規(guī)范要求。

圖2 試樁Q-s曲線（I）

圖3 試樁Q-s曲線（II）

3.2 低應變樁身完整性檢測結果（表4）

低應變樁身完整性檢測結果 表4

根據(jù)試樁低應變靜載試驗結果表明，本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110共計8根試樁樁身質量評價均為完整，屬于一類樁，滿足本工程設計及相關規(guī)范要求。

4 結語

景寧東方廣場項目地處山區(qū)，工程樁基底持力層為風化花崗巖層，具有巖層埋深起伏大、風化強烈、厚度大的特點，樁機成孔難度較大。結合本工程場地地質、周邊環(huán)境及水文條件，經(jīng)綜合考慮選用沖擊錘成孔施工方案，并在施工過程中對鉆頭進行了多次改進，使得改進鉆頭具有垂直度高、軸向擺差小、經(jīng)濟耐用、焊接性能好的特點。實踐證明，沖擊錘樁基施工技術解決了工程樁在風化花崗巖層中成孔難、施工工期長、樁身質量難以保證的問題，為類似工程提供了寶貴的施工技術經(jīng)驗，具有一定的推廣應用示范效果。