岳仡濤 何躍軍 劉江偉 李鑫 田春
【摘要】天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)場(chǎng)平回填后由于新近填土覆蓋層厚,自穩(wěn)性差。重點(diǎn)論述采用旋挖鉆機(jī)清除新近填土,形成不規(guī)則引孔,在孔內(nèi)填筑黏性土,采用長(zhǎng)螺旋鉆二次鉆進(jìn)成孔,灌注混凝土,與新近填土共同作用形成復(fù)合式地基的方式,從而提高地基承載力,保證工程質(zhì)量,獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
【關(guān)鍵詞】引孔;黏性土;二次鉆進(jìn);素混凝土樁;復(fù)合式地基
【中圖分類號(hào)】 TU472【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B
成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)配套市政項(xiàng)目范圍內(nèi),包括雨水暗渠、下穿隧道、綜合管廊等大型現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物,該區(qū)域范圍內(nèi)存在大量前期場(chǎng)平新近填土,填土厚度變化較大,地質(zhì)條件較為復(fù)雜。由于新近填土經(jīng)水力作用或自重作用,將存在長(zhǎng)期的自然沉降。作為構(gòu)筑物的地基,下沉超過一定量值,將導(dǎo)致構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)破壞,同時(shí)該類地基承載力也達(dá)不到要求。由于天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)建設(shè)工期緊迫,無法使該類地基達(dá)到沉降自穩(wěn)的需求,若是將場(chǎng)平新近填土,清除換填,以減小沉降,提高承載力,將導(dǎo)致工程造價(jià)大幅度提高。經(jīng)多方案比較后,最終采用了在場(chǎng)平新近填土,構(gòu)筑物基地采用大直徑素混凝土樁,以提高地基承載力,減小地基沉降。由于場(chǎng)平新近填土的穩(wěn)定性較差,在機(jī)械成孔過程中,易塌孔,樁身出現(xiàn)夾渣等質(zhì)量問題,導(dǎo)致成樁質(zhì)量較差,在該項(xiàng)目大直徑素混凝土樁施工前經(jīng)成樁試驗(yàn),通過技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié),形成"大直徑素混凝土樁復(fù)合式地基新近填土處理技術(shù)"。通過工程項(xiàng)目施工實(shí)踐證明該技術(shù)既保證了質(zhì)量,又產(chǎn)生了良好的效益。
1地基處理簡(jiǎn)述
采用旋挖鉆機(jī)將新近填土清除,當(dāng)遇到砂質(zhì)泥巖時(shí)長(zhǎng)螺旋鉆應(yīng)用受限,仍然采用旋挖鉆機(jī),鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高,形成不規(guī)則引孔。在孔內(nèi)分層填筑黏性土,采用夯錘夯實(shí),形成穩(wěn)定且適合長(zhǎng)螺旋鉆施工的條件,接著采用長(zhǎng)螺旋鉆二次鉆進(jìn)形成樁孔,灌注混凝土,待混凝土強(qiáng)度達(dá)要求后,與新近填土共同作用形成復(fù)合式地基,以保證地基承載力,避免不利沉降。
2施工工藝流程及主要技術(shù)要點(diǎn)
施工工藝流程見圖1。
2.1施工準(zhǔn)備
(1)施工前,須先熟悉圖紙,進(jìn)行圖紙會(huì)審,編制施工方案,進(jìn)行技術(shù)交底。復(fù)核施工用導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn),根據(jù)設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo),采用全站儀、GPs 進(jìn)行定位放線。
(2)施工前進(jìn)行場(chǎng)地平整,清除地表種植土、垃圾土等。布置施工臨時(shí)便道,施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置圍擋,布置臨時(shí)施工用水、用電。將原地面用推土機(jī)平整至比樁頂標(biāo)高高60~70cm, 鋪設(shè)鋼板、枕木,形成作業(yè)面,作業(yè)區(qū)設(shè)置排水橫坡,碾壓密實(shí),開挖排水溝,形成防排水系統(tǒng)。
(3)作業(yè)場(chǎng)地應(yīng)平整密實(shí)。鉆機(jī)就位前,應(yīng)對(duì)新近填土作業(yè)區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí),通過該措施減輕干鉆(不采用泥漿護(hù)壁)旋挖引空時(shí)孔內(nèi)塌孔現(xiàn)象。夯實(shí)時(shí),先采用履帶式挖掘機(jī)利用其挖斗對(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)行初次夯壓,避免碾壓機(jī)械沉陷,再采用振動(dòng)式壓路機(jī),由慢到快,由輕到重,將作業(yè)區(qū)域碾壓密實(shí),同時(shí),采用沖擊夯錘或重型壓路機(jī),對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)。
2.2旋挖引孔
2.2.1鉆機(jī)就位
旋挖鉆機(jī)左、右履帶應(yīng)處于同一水平面,作業(yè)平臺(tái)基本水平。旋挖鉆機(jī)在施工中不發(fā)生傾斜、移動(dòng),對(duì)準(zhǔn)孔樁位置就位,動(dòng)力頭方向與履帶平行。鉆機(jī)側(cè)向預(yù)留排渣場(chǎng)地。利用鉆機(jī)雙側(cè)吊錘校正鉆桿垂直度。在樁架上設(shè)置標(biāo)尺,控制鉆進(jìn)深度,施工中及時(shí)觀測(cè)、記錄。
2.2.2護(hù)簡(jiǎn)埋設(shè)
護(hù)筒采用厚度6~10 mm鋼板卷制,護(hù)筒直徑比樁孔徑大150~200 mm,每節(jié)護(hù)筒長(zhǎng)度1.5~3.0 m,護(hù)筒應(yīng)高出原地面,防止雜物、泥水流入孔內(nèi)。護(hù)筒埋設(shè)前,先采用較大直徑的鉆頭鉆至護(hù)筒底標(biāo)高,然后壓入護(hù)筒。護(hù)筒埋設(shè)后在其外側(cè)采用黏土回填并夯實(shí),使護(hù)筒外側(cè)密封。
2.2.3鉆進(jìn)引孔
(1)旋挖引孔采用鉆頭比樁徑大100 mm擴(kuò)孔鉆進(jìn)。鉆孔前,檢查鉆機(jī)工作性能。調(diào)平旋挖鉆機(jī),鉆桿保持垂直,對(duì)準(zhǔn)鉆孔開鉆。要求動(dòng)力頭主軸中心同轉(zhuǎn)架上的起吊滑輪中心及孔口中心在同一鉛垂線上,鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心點(diǎn)。
(2)開始旋挖引孔鉆進(jìn)時(shí),采用低速鉆進(jìn),主卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆具重量和的20%,保證孔位不產(chǎn)生偏差。通過鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土,裝入桶式鉆斗內(nèi),利用鉆桿提出鉆斗將渣土卸至孔外,如此反復(fù)不斷取土卸土,直至鉆至設(shè)計(jì)深度。旋挖鉆進(jìn)過程中,隨時(shí)觀察鉆桿垂直度,通過深度計(jì)數(shù)器控制鉆孔深度。當(dāng)鉆頭達(dá)預(yù)定深度,旋轉(zhuǎn)鉆頭施加壓力,將土擠入鉆斗,儀表顯示鉆斗裝滿后,鉆頭底部關(guān)閉,提出鉆頭地面卸土。
(3)采用低速鉆進(jìn)至護(hù)筒底部,采用高速鉆進(jìn),在地質(zhì)變化交接處,采用低速,低鉆壓鉆進(jìn)。鉆進(jìn)速度與壓力有關(guān),采用鉆頭與鉆桿自重摩擦加壓:150 MPa壓力下進(jìn)尺速度為20 cm/min;200 MPa壓力下進(jìn)尺速度為30 cm/min;260 MPa壓力下進(jìn)尺速度為50 cm/min。鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度,避免進(jìn)尺過快,鉆斗進(jìn)入孔內(nèi)要?jiǎng)蛩倬徛?,控制鉆斗提升速度,避免斗下產(chǎn)生負(fù)壓,避免發(fā)生質(zhì)量事故。
(4)旋挖鉆至孔底標(biāo)高,保證引孔中心位置偏差小于±50 mm,完成旋挖引孔進(jìn)行孔內(nèi)黏土回填。
2.3孔內(nèi)黏土回填
由于新近填土的穩(wěn)定性較差,密實(shí)度也較低,引孔時(shí)可能發(fā)生塌孔,形成孔徑擴(kuò)大現(xiàn)象,成孔不規(guī)則,成孔質(zhì)量也無法滿足質(zhì)量要求,灌注混凝土?xí)r浪費(fèi)嚴(yán)重,同時(shí),由于新近填土空隙較多,孔隙率較大,在樁身混凝土灌注時(shí)易漏漿,造成樁身質(zhì)量缺陷。因此,當(dāng)成孔至設(shè)計(jì)要求巖層及深度后,應(yīng)重新回填黏性土,進(jìn)行二次成孔。
2.3.1回填黏土質(zhì)量要求
回填黏土是二次成孔與樁身質(zhì)量保證的一項(xiàng)重要措施,既能保證成樁時(shí)樁孔質(zhì)量,并可作為二次成孔的護(hù)壁,同時(shí)還能避免混凝土澆筑時(shí)漏漿現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)孔內(nèi)回填黏土要求:
(1)黏土填料內(nèi)不得含有碎石等雜質(zhì),具有一定的硬塑性,必要時(shí)黏土應(yīng)過篩。
(2)試驗(yàn)求得黏土最佳含水量,回填時(shí)應(yīng)在其最佳含水量±2%。
(3)可在黏土內(nèi)摻加膨潤(rùn)土或竣甲基纖維素,以提高其二次鉆進(jìn)時(shí)的護(hù)壁性能。
2.3.2黏土回填施工要求
回填黏土?xí)r,采用分層回填,由于操作空間限制,同時(shí)避免夯實(shí)沖擊對(duì)周圍的振動(dòng),易造成塌孔,采用小型挖掘機(jī)將黏性土倒入孔內(nèi),每層30~50 cm采用夯錘夯實(shí),夯錘高度距填筑面小于100 cm,當(dāng)夯錘夯實(shí)夯擊面無較大凹坑即完成一層夯實(shí),考慮黏土回填用途,對(duì)回填壓實(shí)度不作要求,夯實(shí)過程中應(yīng)將護(hù)筒提至夯擊面以上。如此循環(huán)填筑至孔頂。
2.4長(zhǎng)臂螺旋鉆二次成孔
2.4.1密閉性試驗(yàn)
長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)首次鉆孔時(shí),需泵送水和 M10水泥砂漿,進(jìn)行密閉性試驗(yàn)。首先,將鉆桿移至不影響鉆孔區(qū)域,用高壓輸送泵泵壓水1~2 m3,再泵壓水泥砂漿1~2 m3,直至鉆尖出料口出砂漿,檢查泵壓管的密閉性,另外還能在泵壓之前潤(rùn)滑管道。
2.4.2二次鉆進(jìn)成孔
(1)長(zhǎng)螺旋鉆鉆孔開始時(shí),關(guān)閉鉆頭閥門,移動(dòng)鉆桿直至鉆頭觸及地面時(shí),啟動(dòng)馬達(dá)開始鉆進(jìn)(圖2)。
(2)鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)先慢后快,這樣既能減少鉆桿晃動(dòng),又可以檢查鉆孔的偏差,以便及時(shí)進(jìn)行糾正。
(3)考慮到長(zhǎng)螺旋鉆的工作性能,該方法在旋挖引孔時(shí)已鉆進(jìn)至風(fēng)化巖層,回填黏性土。如遇特殊情況方可采用長(zhǎng)螺旋鉆鉆進(jìn)強(qiáng)風(fēng)化巖層。在長(zhǎng)螺旋鉆鉆進(jìn)時(shí),如發(fā)現(xiàn)鉆桿晃動(dòng)或鉆進(jìn)困難時(shí),則表明已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層,應(yīng)放慢進(jìn)尺,否則易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移,甚至使鉆桿、鉆具損壞。繼續(xù)鉆進(jìn)50 cm,則為設(shè)計(jì)要求進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化持力層位置。動(dòng)力頭晃動(dòng)和電流值可作為施工時(shí)控制進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層的依據(jù)。
(4)鉆機(jī)塔身上的進(jìn)尺進(jìn)行標(biāo)記,為測(cè)量孔深的依據(jù)。施工時(shí),根據(jù)地面標(biāo)高與孔底標(biāo)高計(jì)算孔深。鉆進(jìn)成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后,停止鉆進(jìn)。
(5)鉆進(jìn)過程中將注漿軟管擺放圓順,避免軟管自由下落出現(xiàn)折角造成堵爆管事故。在鉆進(jìn)時(shí),注意電流突變位置的電流值,作為復(fù)核地質(zhì)情況的參考。長(zhǎng)螺旋鉆的成孔速度主要取決于輸土是否通暢。成孔過程中,鉆進(jìn)速度應(yīng)控制在0.5~2.7 m/min,鉆機(jī)電流值控制在60~160 A,進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)電流值略大于160 A。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制鉆進(jìn)壓力和給進(jìn)量,以少進(jìn)刀為宜。
(6)鉆孔結(jié)束后必須清除孔底虛土。干作業(yè)成孔時(shí)可在孔底標(biāo)高處空鉆清孔,直至虛土被清除為止。
2.5灌注混凝土成樁
(1)嚴(yán)格計(jì)算灌注量和提拔高度。二次鉆進(jìn)成孔符合要求后,開始泵送水下混凝土(自密實(shí)混凝土)灌注。灌注時(shí),當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土?xí)r,設(shè)置在鉆桿頂部直徑為25 mm的冒漿口開始冒漿,此時(shí)泵機(jī)停泵,再提拔鉆桿2 m左右混凝土自落成樁,然后再泵機(jī)開泵如此循環(huán)直至成樁(圖3)。
(2)在灌注混凝土?xí)r,對(duì)于混凝土的控制采用記錄泵壓次數(shù)的方法,對(duì)于同一種型號(hào)的輸送泵通過試驗(yàn)確定泵壓次數(shù)為1 m/4次。泵壓為6~8 MPa,拔管速度應(yīng)控制在2~3 m/min之間,泵壓控制在6~8 MPa,充盈系數(shù)控制在1.15~1.16。當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管,采用停鉆提拔鉆桿。為確保樁身質(zhì)量,灌注混凝土?xí)r超灌50 cm,灌注完成后,進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
(3)成樁后強(qiáng)度達(dá)到要求,及時(shí)清運(yùn)樁間土并進(jìn)行截樁。
2.6樁基檢測(cè)
大直徑素混凝土樁施工完成后,應(yīng)進(jìn)行承載力和樁身完整性的檢測(cè)與評(píng)價(jià)。承載力采用靜載試驗(yàn),檢測(cè)不少于樁總數(shù)量的1%,且不少于3根;樁身完整性全部檢測(cè)。
大直徑素混凝土樁樁群經(jīng)檢測(cè)評(píng)價(jià)合格后,對(duì)其樁間土進(jìn)行再次夯實(shí),進(jìn)行結(jié)構(gòu)物墊層施工,形成復(fù)合式地基。
3主要技術(shù)特點(diǎn)
(1)在覆蓋較厚的新近填土內(nèi)采用大直徑素混凝土樁進(jìn)行地基加固,避免大量換填加固,節(jié)約了工程造價(jià),使地基承載力符合要求,避免了過大沉降對(duì)構(gòu)筑物造成的破壞。
(2)采用該技術(shù),避免了場(chǎng)平新近填土的穩(wěn)定性較差,在機(jī)械成孔過程中,易塌孔,樁身出現(xiàn)夾渣等質(zhì)量問題,保證了大直徑素混凝土樁的成樁質(zhì)量。
4適用范圍
該技術(shù)適用于各類素混凝土樁的施工。不宜采用換填法施工,大面積新近填土且覆蓋層較厚時(shí),由于覆蓋層自穩(wěn)定性不強(qiáng),無法采用普通成孔方法時(shí),特別是新近填土厚度在2~6 m厚時(shí),卵、漂石含量少,地下水位低,樁徑小于800 mm,采用該技術(shù)進(jìn)行素混凝土樁施工,在保證成樁質(zhì)量的前提下,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果最佳。
5結(jié)論
(1)該技術(shù)與在新近填土覆蓋層厚度較大時(shí)采用換填加固相比較,減少了大開挖,減少了大量土石方作業(yè),節(jié)約直接工程費(fèi)、工程措施費(fèi)和管理費(fèi),經(jīng)濟(jì)效益顯著。
(2)該技術(shù)減少了大量土石方工程量,減小了換填,避免了大量土石方借用、棄置、轉(zhuǎn)運(yùn)等所需新增用地量,節(jié)約土地。由于,新近填土沉降周期較長(zhǎng),過大沉降將導(dǎo)致構(gòu)筑物破壞,承載力也達(dá)不到要求。而采用開挖換填進(jìn)行地基處理往往工期較長(zhǎng),應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行地基處理,節(jié)約施工工期,為天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)早日通航,提前實(shí)現(xiàn)效益,創(chuàng)造了條件。
(3)該技術(shù)減少了土石方作業(yè),對(duì)原有自然地貌的破壞,保護(hù)了自然環(huán)境;避免了土石方施工中,投入大量機(jī)械、車輛,減少了機(jī)械噪聲和廢氣的排放,避免了土方運(yùn)輸產(chǎn)生揚(yáng)塵,減少了灑水作業(yè),節(jié)約了用水,環(huán)保效益顯著。
通過工程實(shí)踐證明,該技術(shù)是一種先進(jìn)、適用、技術(shù)可靠、綠色、環(huán)保的施工技術(shù),經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益顯著。