方波 黃安 延偉
武漢地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程有限公司 湖北 武漢 434000
近年來(lái),隨著中國(guó)房地產(chǎn)市場(chǎng)的突飛猛進(jìn),建筑行業(yè)向更快更高的目標(biāo)飛速發(fā)展。樁基工程也迎來(lái)了高速發(fā)展的機(jī)遇。旋挖鉆機(jī)因?yàn)橥ㄓ眯詮V,效率高,成樁質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)在樁基工程中得到大力推廣和應(yīng)用。干孔作業(yè)成孔灌注樁是指不用泥漿或套管護(hù)壁措施而直接將鉆渣排出鉆孔而成孔的灌注樁,適用于在地下水不發(fā)育或者高地下水位地區(qū)的一般黏性土、粉土、黃土及密實(shí)的黏性土、砂土層中使用[1]。
某樁基項(xiàng)目位于黃石市大冶市金山開(kāi)發(fā)區(qū)。設(shè)計(jì)工程樁314根,其中16#樓700mm工程樁78根,有效樁長(zhǎng)19.5m,入持力層6.5m,豎向承載力特征值2800kN;17#酒店800mm工程樁93根,有效樁長(zhǎng)29m,入持力層9.5m,豎向承載力特征值4300kN;18-20#商業(yè)700mm工程樁143根,有效樁長(zhǎng)27m,入持力層7m,豎向承載力特征值3300kN;樁端持力層為(4)-2層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層,樁端全截面進(jìn)入持力層不小于2~9.5m且樁端全部通過(guò)第(4)-1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層。
該項(xiàng)目交通便利,場(chǎng)區(qū)地面高程在16~20m之間,場(chǎng)區(qū)略有起伏,局部高差大于4m。本場(chǎng)區(qū)地貌單元屬剝蝕壟崗地貌。場(chǎng)區(qū)原有多個(gè)水塘分布,設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前已進(jìn)行回填整平。
根據(jù)地勘報(bào)告將場(chǎng)地內(nèi)地層按其成因、結(jié)構(gòu)特征及強(qiáng)度自上而下共分為4層組8層,各巖土層的地質(zhì)時(shí)代及成因類(lèi)型、頂板埋深、頂板標(biāo)高、厚度、空間分布、巖土特征、工程性質(zhì)分述如下:
①雜填土0.0~7.9m,雜色,松散狀態(tài),壓縮性高,土體結(jié)構(gòu)松散飽和,主要由黏性土夾少量碎石及植物根系組成,為新近回填堆積,全場(chǎng)分布。②-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,1~3.8m,灰黑色,流塑狀態(tài),壓縮性高,土質(zhì)較均,飽和,含少量黑色腐殖質(zhì),具腥臭味,干強(qiáng)度低,韌性低,局部分布。③-3粉質(zhì)黏土,1~6.4m,灰褐色,可塑,壓塑性中等,土質(zhì)較均,含少量鐵錳質(zhì)氧化物,干強(qiáng)度中等,韌性中等。刀切面光滑,手搓成條,局部分布。④-1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖K-E,6.5~21.6m,紅褐色,強(qiáng)風(fēng)化,壓塑性低,粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)、中厚層狀構(gòu)造,泥質(zhì)膠結(jié),節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,手掰易碎,屬極軟巖,巖體基本質(zhì)量分級(jí)劃為Ⅴ級(jí)。該層局部偶含10%~15%石英砂巖角礫,粒徑1~4cm,分布不均,巖層性質(zhì)不均勻,全場(chǎng)分布。⑤-2中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖K-E,9.5~28.4m,未揭穿紅褐色,中風(fēng)化,不可壓縮,粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,泥質(zhì)膠結(jié),巖體較破碎,屬極軟巖,巖體基本質(zhì)量分級(jí)劃為Ⅴ級(jí)?;鶐r的強(qiáng)度存在一定程度的不均勻性。該層局部偶含約10%~15%石英砂巖角礫,粒徑1~4cm,分布不均,巖層性質(zhì)總體不均勻,全場(chǎng)分布。
場(chǎng)區(qū)內(nèi)地表水不發(fā)育,主要為水塘及局部低洼地積水,水量不大,主要受大氣降水的影響,水塘現(xiàn)多已被回填整平。場(chǎng)區(qū)地下水類(lèi)型主要為上層滯水和基巖裂隙水兩種。上層滯水主要賦存于第①層雜填土中,接受大氣降水和地表積水垂直及側(cè)向的滲透補(bǔ)給,多以蒸發(fā)方式排泄。無(wú)統(tǒng)一自由水面,水位及水量隨大氣降水的影響而波動(dòng);基巖裂隙水主要賦存于白堊-下第三系泥質(zhì)砂巖風(fēng)化裂隙中,水量較小,主要靠徑流補(bǔ)給和上覆含水層的越流補(bǔ)給,徑流緩慢;排泄以補(bǔ)給相鄰含水層為主[2]。
工期緊、任務(wù)重,本工程共314根鉆孔灌注樁,合同工期僅30d。
嵌巖深度大,設(shè)計(jì)最大入持力層深度9.5m。
場(chǎng)地條件差,樓棟工區(qū)全部為魚(yú)塘回填基礎(chǔ),且回填不到位工區(qū)長(zhǎng)期泡在水中。
樓棟工區(qū)分布在不同的位置,附屬設(shè)施后臺(tái)無(wú)法共享,需要遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)場(chǎng)施工。
16-17#樓場(chǎng)地狹小,且低于場(chǎng)平標(biāo)高3m,不利于正常作業(yè);18-20#樓場(chǎng)地面積過(guò)大,樁間距大,平均樁間距5m,需要投入大量人力物力平整機(jī)場(chǎng)。
根據(jù)本工程特點(diǎn)和以往類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn),擬投入兩臺(tái)(250型以上)旋挖設(shè)備進(jìn)場(chǎng)施工,為確保施工質(zhì)量,提高施工效率,滿足安全文明施工需要,采用干孔作業(yè)成孔施工工藝,選用機(jī)鎖桿鉆桿,配備單底體開(kāi)式鉆頭和雙底截齒鉆頭[3]。(鉆孔灌注樁施工工藝流程詳見(jiàn)圖1所示)
圖1 施工工藝流程圖
在地下水不發(fā)育或者高地下水位地區(qū)施工時(shí),黏性土可利用土層自身的較好的塑性和完整性保持孔壁穩(wěn)定,故可選擇干孔作業(yè)成孔施工工藝施工,具體針對(duì)不同的地層選擇不同的工藝(見(jiàn)表1)。
表1 不同地層工藝參數(shù)的確定
3.3.1 泥漿護(hù)壁工藝的特點(diǎn)。泥漿護(hù)壁能快速形成穩(wěn)定的護(hù)壁層防止孔壁坍孔、能有效地?cái)y帶排出鉆渣、能為孔內(nèi)提供水壓支撐平衡土壓力。但是泥漿的副作用也不可小覷。
(1)泥漿制造過(guò)程復(fù)雜,技術(shù)要求高。需要有固定的泥漿池、回收池、供回漿管路等,占用場(chǎng)地面積大。泥漿有各種指標(biāo)要求,比重、黏度、含砂率、膠體率等。如果漿液指標(biāo)不達(dá)標(biāo),容易引發(fā)質(zhì)量事故。
(2)投入成本高。泥漿主要制備原材料是膨潤(rùn)土和燒堿及其他外加劑,一般泥漿護(hù)壁使用量較大,提高了工程造價(jià)。
(3)排放困難、污染環(huán)境。泥漿排放一直是建筑行業(yè)難題,隨意排放會(huì)造成河(管)道堵塞、污染,泥漿回收又很難達(dá)到要求,泥漿在使用一段時(shí)間后性能指標(biāo)達(dá)不到要求就是廢漿,廢漿的產(chǎn)生量較大,一般現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有足夠的設(shè)備設(shè)施儲(chǔ)存,隨意排放容易引起管道堵塞,污染地下水,經(jīng)常面臨環(huán)衛(wèi)城管部門(mén)處罰。利用泥漿處理設(shè)備脫水處理工藝麻煩,處理成本高昂。
3.3.2 干成孔作業(yè)的特點(diǎn)。干成孔工藝簡(jiǎn)單、施工成本低,可以有效提升旋挖剪切破碎效率。但是要注意鉆頭潤(rùn)滑、降溫、磨損過(guò)快和鉆桿振動(dòng)問(wèn)題。
(1)干孔作業(yè)無(wú)須配制泥漿,占用場(chǎng)地小地,完全省去泥漿系統(tǒng),減少了泥漿材料和水資源的消耗,降低了施工成本。
(2)干孔作業(yè)簡(jiǎn)化了施工程序,降低了技術(shù)要求。干孔作業(yè)減少了對(duì)孔壁的擾動(dòng),提高了成孔質(zhì)量。
(3)干孔作業(yè)減少了環(huán)境污染,施工現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔,降低了安全隱患,減少了對(duì)周邊環(huán)境的污染,有利于安全文明施工工作的開(kāi)展。
(4)干孔作業(yè)減少了設(shè)備設(shè)施費(fèi)的投入,干孔作業(yè)產(chǎn)生的鉆渣(特別是巖層鉆渣)是鋪填現(xiàn)場(chǎng)的好材料,鉆渣直接在施工現(xiàn)場(chǎng)消耗掉省去了外運(yùn)的麻煩,提高了施工效率,節(jié)約了成本[4]。
4.1.1 16#樓工區(qū)全部為魚(yú)塘回填基礎(chǔ),且回填不到位工區(qū)長(zhǎng)期泡在水中。針對(duì)此種情況先對(duì)場(chǎng)內(nèi)積水進(jìn)行抽排,對(duì)局部稀泥進(jìn)行換填,用挖機(jī)進(jìn)行碾壓以增強(qiáng)土體的承載力,確保旋挖設(shè)備能夠正常行走。為防止上部雜填土及淤泥垮孔,避免混凝土充盈系數(shù)過(guò)大,故上部雜填土及淤泥質(zhì)黏土層選用4m長(zhǎng)鋼護(hù)筒護(hù)壁,下部黏土層及強(qiáng)風(fēng)化基巖層采用單底體開(kāi)式鉆頭干孔鉆進(jìn)。
4.1.2 在鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆孔無(wú)跨孔縮徑情況發(fā)生,由于黏性土塑性高、膠結(jié)性好,經(jīng)過(guò)鉆頭擠壓后密實(shí)度高,在無(wú)水情況下粘附在斗腔內(nèi),一般鉆頭很難通過(guò)甩土或蹾土將鉆渣排出鉆頭外,選用單底體開(kāi)式鉆頭,當(dāng)鉆頭提出鉆孔打開(kāi)鉆頭兩瓣筒體,鉆頭內(nèi)鉆渣自動(dòng)掉出斗腔,快速又干凈,避免了不斷的蹾土甩土造成的機(jī)械損傷和噪音污染,加快了卸渣的速度,進(jìn)一步提高了施工效率。
在基巖層施工過(guò)程中,由于部分鉆孔中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖原始狀態(tài)下強(qiáng)度高,硬度大,吸水性、黏結(jié)性強(qiáng),施工過(guò)程中容易打滑,干孔鉆進(jìn)使用單底體開(kāi)式鉆頭負(fù)載較大,切削效率慢,截齒消耗快,通過(guò)不斷地摸索反復(fù)試驗(yàn),選用雙底截齒鉆頭切削式鉆進(jìn),通過(guò)在鉆進(jìn)中控制鉆壓和回次進(jìn)尺深度,避免鉆頭在底部空轉(zhuǎn)打滑,提鉆后及時(shí)清理截齒與底板間的鉆屑等手段,解決了鉆進(jìn)打滑進(jìn)尺緩慢的難題,提高了鉆進(jìn)效率[5]。
通過(guò)16#樓整體施工情況看,干孔施工鉆進(jìn)效率較高,26m樁從開(kāi)孔到終孔施工時(shí)間僅為1.5h,日平均工作量8根;成孔質(zhì)量良好,鉆孔無(wú)發(fā)生垮孔縮徑情況,鉆孔靜置2h內(nèi)孔底成渣不超過(guò)50mm;移機(jī)清場(chǎng)轉(zhuǎn)場(chǎng)輔助時(shí)間大大縮短,鉆孔排出的鉆渣直接鋪填在現(xiàn)場(chǎng),提高了渣土利用率,減少了外運(yùn)成本;安全文明施工井然有序,施工現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔,無(wú)安全事故發(fā)生。
該項(xiàng)目按照干孔工藝施工,在預(yù)定的工期內(nèi)提前完成了施工任務(wù),樁基在開(kāi)挖過(guò)程中全部樁頭超灌合格,樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,全部判為一類(lèi)樁。一次通過(guò)驗(yàn)收評(píng)審,施工質(zhì)量得到監(jiān)理甲方及監(jiān)管單位的一致好評(píng)[6]。
鉆孔灌注樁施工工藝多種多樣,且還在不斷更新開(kāi)發(fā)中。在地下水不發(fā)育或者高地下水位地區(qū)采用旋挖干孔作業(yè)施工鉆孔灌注樁,不僅成孔質(zhì)量好、施工效率高、環(huán)境污染小,更符合當(dāng)下環(huán)保和低碳的施工理念。本文通過(guò)干孔作業(yè)鉆孔灌注樁在該項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用,并針對(duì)施工中遇到的實(shí)際問(wèn)題做出相應(yīng)處理措施,可為今后類(lèi)似條件的鉆孔灌注樁項(xiàng)目施工提供一定參考和借鑒。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展,相信在不久的將來(lái),基礎(chǔ)施工領(lǐng)域施工技術(shù)會(huì)突飛猛進(jìn),朝著更加多元化精細(xì)化發(fā)展。