砂卵石土層下深長(zhǎng)混凝土灌注樁施工質(zhì)量控制探討

劉春吉

(中電建建筑集團(tuán)有限公司，北京 100120)

0 引 言

對(duì)于深長(zhǎng)灌注樁的施工，現(xiàn)在多采用旋挖成孔灌注樁。這種成樁方法適用范圍廣，可以應(yīng)用于多種土層，如粉土、淤泥質(zhì)土、密實(shí)砂土和含部分碎石等地質(zhì)條件，成孔速度快，成樁質(zhì)量高[1]。

1 項(xiàng)目概況

1.1 大型土工離心機(jī)試驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目

本項(xiàng)目為位于北京市延慶區(qū)康莊鎮(zhèn)西康路48號(hào)大型土工離心機(jī)升級(jí)改造及試驗(yàn)研究平臺(tái)工程，建筑面積6 626 m2，距北京市區(qū)約80 km。臨近京藏高速，交通便利。基地北側(cè)為康莊大道，東、南面均與相鄰單位用圍墻隔開，西側(cè)為規(guī)劃路(玉龍路)，基地入口設(shè)在北側(cè)。試驗(yàn)室主要由大型離心機(jī)和高速離心機(jī)艙室組成，兩個(gè)離心機(jī)室對(duì)基礎(chǔ)樁承載要求較高，且本工程地質(zhì)多為砂卵石層，基坑平面近長(zhǎng)方形，東西長(zhǎng)約76 m，南北寬約56 m，基坑周長(zhǎng)約256 m，基礎(chǔ)樁的施工較其他傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樓類建筑工程較為特殊，見圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)混凝土灌注樁施工

1.2 水文地質(zhì)情況

場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)有1層地下水，穩(wěn)定水位埋深41.6～42.3 m，相應(yīng)標(biāo)高500.03～500.57 m。地下水類型為第四系孔隙潛水，在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，通過(guò)蒸發(fā)、徑流和人工開采等方式排泄。經(jīng)調(diào)查收集場(chǎng)地相關(guān)資料，歷年最高水位接近自然地表。本工程基坑施工過(guò)程中無(wú)地下水影響。

場(chǎng)地內(nèi)鉆探揭露地層主要為第四系人工堆積層(Q4ml)、第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)及薊縣系(Zjw4)角礫狀白云巖風(fēng)化層。

1.3 施工重難點(diǎn)

(1)基礎(chǔ)樁總計(jì)103根，標(biāo)高多樣，從-2.90～-15.40 m，變化較大，場(chǎng)地狹小，施工受場(chǎng)地制約影響大，容易造成窩工。

(2)在地面施工的基礎(chǔ)樁鋼筋籠較長(zhǎng)，最長(zhǎng)達(dá)32.0 m，鋼筋孔吊放時(shí)容易變形，特別是在起吊過(guò)程中容易導(dǎo)致鋼筋孔變形，吊裝難度大。

(3)旋挖鉆機(jī)在施工過(guò)程中遇大粒徑卵石及入巖，基礎(chǔ)樁質(zhì)量控制難度大。

2 施工方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 基礎(chǔ)樁主要參數(shù)

基礎(chǔ)樁為混凝土灌注樁，強(qiáng)度等級(jí)C30，水灰比不大于0.45，抗?jié)B等級(jí)P8。大離心機(jī)基礎(chǔ)下采用32根群樁，樁距3.6 m正三角形布置。高速離心機(jī)基礎(chǔ)下采用31根群樁，樁距3.0 m正三角形布置。主樓框架柱下采用一柱一樁，框架柱下樁端伸入6層卵石層長(zhǎng)度不小于1倍樁徑，樁長(zhǎng)滿足圖紙最小樁長(zhǎng)，樁頂嵌入筏板內(nèi)長(zhǎng)度100 mm。筏板混凝土保護(hù)層厚度為50 mm，樁基礎(chǔ)為50 mm。

為保證在業(yè)主要求工期范圍內(nèi)完成施工任務(wù)，需合理安排施工順序，由于本工程與基坑工程交叉作業(yè)，為保證交叉施工順利進(jìn)行，將灌注樁施工分為-2.4 m和-12.4 m兩個(gè)施工作業(yè)面施工。在-2.5 m施工平臺(tái)上施工完成全部深基坑外基礎(chǔ)樁，同時(shí)施工支護(hù)護(hù)坡樁，在-2.5 m平臺(tái)位置投入2臺(tái)樁機(jī)加快施工進(jìn)度，待支護(hù)及土方施工至-12.5 m 時(shí)，采用2臺(tái)樁機(jī)施工剩余的全部基坑內(nèi)基礎(chǔ)樁。

2.2 混凝土灌注樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)要求

混凝土灌注樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，質(zhì)量檢測(cè)要求如下。

(1)樁身完整性檢測(cè)：采用低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法檢測(cè)樁身完整性，檢測(cè)樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的20%，且不少于10根。

(2)樁身強(qiáng)度檢測(cè)：每臺(tái)班的試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于1組。若臺(tái)班澆筑量超過(guò)50 m3混凝土，應(yīng)不少于2組，以此類推。

(3)基礎(chǔ)樁單樁承載力檢測(cè)：當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，應(yīng)采用單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)進(jìn)行承載力驗(yàn)收檢測(cè)。檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于同一條件下樁基分項(xiàng)工程總樁數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3根；當(dāng)總樁數(shù)小于50根時(shí)，檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于2根。

表1 混凝土灌注樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2.3 旋挖成孔灌注樁

基礎(chǔ)樁采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁?；A(chǔ)樁樁身范圍內(nèi)以粘性土層、砂層和卵石層為主，局部樁端進(jìn)入基巖，適合于濕作業(yè)成孔工藝，能充分發(fā)揮出泥漿護(hù)壁的優(yōu)勢(shì)，不會(huì)產(chǎn)生塌孔等不良影響[2]。結(jié)合本工程水文地質(zhì)、土層條件和樁的參數(shù)(樁徑、樁長(zhǎng))考慮，選用旋挖鉆機(jī)作為成孔機(jī)械，成樁工藝為泥漿護(hù)壁濕作業(yè)成孔[3]。

2.4 泥漿性能指標(biāo)及測(cè)試方法

采用膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行護(hù)壁。泥漿比重參數(shù)為1.1～1.25，膠體率不小于95%，同時(shí)控制含砂率不大于8%。泥漿性能指標(biāo)及測(cè)試方法如表2所示，泥漿的選擇標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表2 泥漿性能指標(biāo)及測(cè)試方法

現(xiàn)場(chǎng)制備的泥漿需要靜置24 h，經(jīng)過(guò)測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)合格后方可應(yīng)用。對(duì)孔內(nèi)泥漿的漿面下1 m處及離孔底以上1 m處各取一次試樣測(cè)試。若達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要及時(shí)調(diào)整泥漿性能。旋挖斗提升出地面時(shí)要及時(shí)補(bǔ)漿，以保持孔內(nèi)泥漿面高度。在清孔結(jié)束后測(cè)一次粘度和比重，澆筑混凝土前再測(cè)一次，并做好原始記錄。

表3 泥漿的選擇標(biāo)準(zhǔn)

3 砂卵石土層下深長(zhǎng)混凝土灌注樁施工質(zhì)量控制

3.1 提高樁基承載力及減少樁基沉降

本工程中抗壓樁為超長(zhǎng)、大直徑鉆孔灌注樁。為控制成樁質(zhì)量，在施工中采取以下各種有效措施，以彌補(bǔ)超大型灌注樁的缺陷，達(dá)到提高樁基的承載力、減少樁基沉降的目的。

(1)改善及消除泥皮

灌注樁泥皮影響樁的承載能力，在灌注過(guò)程中樁周泥皮會(huì)越來(lái)越厚。在本工程中采取以下措施改善泥皮對(duì)樁的不利影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文情況，合理安排機(jī)械，調(diào)整泥漿比重，縮短灌注樁成孔時(shí)間，減少泥皮厚度，提高樁載力。保證所用泥漿質(zhì)量，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)配備泥漿，針對(duì)部分土層，做好人工造漿，同時(shí)及時(shí)清理泥漿池[4]。

(2)解決沉渣問(wèn)題

樁底沉渣壓縮性大，承載力低，工程力學(xué)性質(zhì)差，當(dāng)樁頂受壓時(shí)，其存在將直接影響樁端承載力的正常發(fā)揮，使樁產(chǎn)生較大的沉降變形，甚至樁端發(fā)生刺入破壞，影響上部結(jié)構(gòu)的安全和使用。結(jié)合本工程中基礎(chǔ)樁的長(zhǎng)度和深入土層條件，以30 m為界限，采用不同的清孔工藝?；A(chǔ)樁深小于30 m時(shí)，以泵吸旋挖清孔的方式；樁深大于30 m時(shí)，以泵吸旋挖、氣舉旋挖組合工藝清孔，根據(jù)調(diào)研，能夠達(dá)到較為理想的效果，有效降低樁底沉渣累積厚度[5-7]。

3.2 針對(duì)基礎(chǔ)樁特點(diǎn)采取的施工技術(shù)措施

本工程中基礎(chǔ)樁的部分，基礎(chǔ)樁打樁工作面距離樁頂標(biāo)高為3.0 m，增大了鉆孔的深度，其基礎(chǔ)樁的垂直偏差控制采取以下措施。為了確保鉆機(jī)正對(duì)開鉆和護(hù)筒方向，在基礎(chǔ)樁上端設(shè)置大于4 m的導(dǎo)向護(hù)筒。當(dāng)鉆進(jìn)至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，再次檢測(cè)鉆桿垂直度。發(fā)現(xiàn)偏差，及時(shí)調(diào)整。在鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中，需嚴(yán)格控制鉆進(jìn)的速度，以免遇到堅(jiān)硬地層導(dǎo)致鉆頭偏向邊側(cè)。

3.3 鋼筋籠標(biāo)高控制及抗浮措施

利用專用定位裝置進(jìn)行控制，在鋼筋端部焊接卡具，鋼筋籠吊放時(shí)，利用兩根定位裝置卡住鋼筋籠頂部架力筋，當(dāng)鋼筋籠標(biāo)高調(diào)整至設(shè)計(jì)位置時(shí)，在定位裝置露出地面的部位插入鋼管固定，使得鋼筋籠停在設(shè)計(jì)位置，見圖2。進(jìn)行混凝土灌注成樁時(shí)，觀測(cè)到定位裝置向上浮動(dòng)，就需要調(diào)整鋼筋籠的位置，使鋼筋籠恢復(fù)到原有的設(shè)計(jì)位置[8-10]。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)吊裝鋼筋籠

3.4 旋挖鉆機(jī)入巖判定方法

離心機(jī)樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，部分需入巖，如何判斷入巖情況是本項(xiàng)目卵石地基混凝土灌注樁施工技術(shù)處理難點(diǎn)之一。

遇到大粒徑卵石時(shí)，小于40 cm的大粒徑卵石，使用筒鉆將卵石提出。在鉆進(jìn)時(shí)遇到大于40 cm的卵石，需要改變施工工藝。通過(guò)一邊鉆進(jìn)一邊拋黏土的工藝提升泥漿比重至1.6，增強(qiáng)泥漿護(hù)壁能力。在鉆進(jìn)過(guò)程中將黏土擠入卵石層，增加卵石的黏結(jié)力，放慢旋挖速度且并用360破碎巖石功能，破碎卵石后旋挖清渣，確保成孔、成樁的施工質(zhì)量。

一般可以通過(guò)鉆進(jìn)速度、振動(dòng)和出孔口的巖石碎渣特征對(duì)巖石進(jìn)行初步判定。但鉆機(jī)速度和振動(dòng)只能對(duì)巖層堅(jiān)硬程度進(jìn)行區(qū)分，不同地層的巖石碎渣有相似的可能。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，在施工過(guò)程中依據(jù)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)隨鉆檢測(cè)與控制系統(tǒng)，基于旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)工況的特性分析，采用地層比功預(yù)測(cè)模型，把地質(zhì)條件和鉆機(jī)的工況參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的自動(dòng)識(shí)別與歸類[7]。

4 總 結(jié)

以砂卵石土層下深長(zhǎng)混凝土灌注樁為實(shí)例，可以得出以下結(jié)論。

(1)砂卵石土層深長(zhǎng)樁適用旋挖成孔灌注樁，充分發(fā)揮出泥漿護(hù)壁的優(yōu)勢(shì)。

(2)改善消除泥皮,減少沉渣，規(guī)范水下混凝土灌注能夠有效提高樁基承載力及減少樁基沉降。

(3)控制樁的垂直偏差和鋼筋籠標(biāo)高有利于保證樁的質(zhì)量。

(4)旋挖鉆機(jī)入巖判定采用地層比功預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的自動(dòng)識(shí)別與歸類。