軟弱地質(zhì)中樁基礎(chǔ)可行性方案

【摘要】多層或高層建筑在軟弱地質(zhì)條件下，通常采用開挖換填、復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)等形式。當(dāng)上覆軟弱土層較厚且土層起伏較大時(shí)，為了確保基礎(chǔ)沉降變形均勻性，一般采用樁基礎(chǔ)。本文以遂寧市河?xùn)|新區(qū)朝陽(yáng)路小學(xué)項(xiàng)目為例，針對(duì)對(duì)噪音要求較高、樁成孔后存在塌孔以及流沙風(fēng)險(xiǎn)的樁基礎(chǔ)，提出了兩種工藝改進(jìn)后的樁基礎(chǔ)可行性方案，分別為后植筋灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁植樁。詳細(xì)介紹了這兩種方案涉及的機(jī)械設(shè)備、施工工藝流程，并分析了方案的優(yōu)缺點(diǎn)。旨在為類似地質(zhì)情況下樁基礎(chǔ)的選擇提供參考思路。

【關(guān)鍵詞】后植筋灌注樁； 預(yù)應(yīng)力管樁植樁； 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)； 靜壓沉樁； 塌孔； 工期； 成本

【中圖分類號(hào)】TU473.1+2A

1 工程概況

本項(xiàng)目為遂寧市河?xùn)|新區(qū)朝陽(yáng)路小學(xué)，位于四川省遂寧市河?xùn)|新區(qū)圣泉路以東，由綜合教學(xué)樓、地下室及配套用房組成。其中綜合樓為地上5層、局部地下1層的混凝土框架結(jié)構(gòu)，房屋結(jié)構(gòu)高度21.850 m，建筑面積為21 076.73 m2。建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)［1］。

根據(jù)巖土地勘報(bào)告，擬建場(chǎng)地地處涪江東岸，屬侵蝕堆積地形，地貌單元屬涪江水系Ⅰ級(jí)階地后緣。在勘探深度范圍內(nèi)的地層主要由第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖積洪積層（Q4al+pl）、侏羅系上統(tǒng)遂寧組基巖層（J3s）組成。場(chǎng)地上覆厚度變化大、層頂起伏較大、結(jié)構(gòu)不均，為不均勻地基土。

從上至下，土層構(gòu)成依次為；①雜填土（Q4ml）以粉土為主，含混凝土塊，磚塊，卵石等雜質(zhì)，新近堆積，屬未固結(jié)土，層厚0.5～9.9 m；②粉土（Q4al+pl） 韌性及干強(qiáng)度較低，底部含砂量增多，層厚2.70～3.70 m；③卵石（Q4al+pl） 成分以火成巖為主，亞圓形—圓形，強(qiáng)風(fēng)化—微風(fēng)化，部分分布不連續(xù)，按N120超重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)和顆粒粒徑含量分為③1松散卵石、③2稍密卵石、③3中密卵石、③4密實(shí)卵石四個(gè)亞層，層厚0.0～5.20 m；④泥巖（J3s）成份為粘土巖，以鈣質(zhì)泥巖，粉砂質(zhì)泥巖為主夾硬度較大、強(qiáng)度較高的多層鈣泥質(zhì)粉砂巖透鏡體，局部夾有強(qiáng)風(fēng)化泥巖透鏡體，根據(jù)風(fēng)化程度劃分為④1 強(qiáng)風(fēng)化泥巖，④2中風(fēng)化泥巖兩個(gè)亞層。

基于上述地質(zhì)情況，上覆軟弱土層較厚，不宜選用天然基礎(chǔ)；振沖碎石樁復(fù)合地基，樁端以較穩(wěn)定的③3中密卵石作樁端持力層，由于樁長(zhǎng)短不一，差異較大，易產(chǎn)生差異變形［2］，也不宜選用復(fù)合地基。因此最終采用樁基礎(chǔ)，以③3中密卵石層為持力層。

2 樁基礎(chǔ)施工中難點(diǎn)

2.1 噪音擾民

采用以中密卵石作樁端持力層的預(yù)應(yīng)力管樁，成樁快、工期短，但管樁要穿越③1松散卵石和③2稍密卵石層，只能采用錘擊沉樁，但該項(xiàng)目位置遂寧市中心，錘擊沉樁的噪音將會(huì)嚴(yán)重?cái)_民。因此地勘建議不能采用錘擊預(yù)應(yīng)力管樁，改為采用噪音較小的③3鉆（沖）孔灌注樁［1］。

2.2 塌孔以及流沙風(fēng)險(xiǎn)

該項(xiàng)目的場(chǎng)地地下水主要為位于砂卵石層中的孔隙潛水，鉆（沖）孔成孔灌注樁施工時(shí)，由于機(jī)械擾動(dòng)，粉土層易垮孔及形成流沙，因此，施工中需采取相應(yīng)措施防止中砂層垮塌及形成流沙的情況。傳統(tǒng)做法一般采用鋼護(hù)筒措施或者泥漿護(hù)壁［1］。但為了降低成本，鋼護(hù)筒需循環(huán)使用，拔出鋼護(hù)筒無(wú)疑增加了施工難度；而泥漿護(hù)壁會(huì)導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)泥漿四溢，影響工地施工環(huán)境。

3 兩種方案比選

為防止錘擊沉樁的噪音擾民，預(yù)防樁成孔過程中塌孔以及流沙風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過對(duì)周邊及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的踏勘，擬采用兩種備選方案，后植筋灌注樁和預(yù)應(yīng)力管樁植樁［5］。

3.1 方案一：后植筋灌注樁

此方案的重點(diǎn)在于采用改良的大功率長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)。大致施工工藝流程如下：長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，鉆孔至持力層且滿足終鉆條件—通過附著在鉆桿上的導(dǎo)管從鉆桿下端部向孔底部注入細(xì)石混凝土，邊提鉆邊注漿—注漿結(jié)束后，將長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的鉆桿換成“植筋桿”，“植筋桿”的下端穿過鋼筋籠的下端，通過適當(dāng)振動(dòng)，將鋼筋籠植入混凝土樁身內(nèi)。

此方案中，改良的大功率長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)了一機(jī)三用，即成孔、注漿、植入鋼筋。成孔之后立刻注漿，利用細(xì)石混凝土形成樁身護(hù)壁，有效防止塌孔以及流沙。

但施工過程中要嚴(yán)控成孔質(zhì)量，盡量減少樁端沉渣。適當(dāng)加大鋼筋籠的縱筋和箍筋間距，增加鋼筋籠剛度，植入過程中做好鋼筋籠垂直度校對(duì)和定位工作［1］，確保鋼筋籠垂直度和鋼筋籠混凝土保護(hù)層厚度。且由于要進(jìn)入持力層較深，受限于長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的功率，一般成孔深度上限約16 m。

此方案主要有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）成本低。首先，機(jī)械成本較低，一種機(jī)械完成樁身成孔、注漿、植入鋼筋籠三種工作；其次，樁身材料成本較低，只采用了細(xì)石混凝土和鋼筋籠兩種材質(zhì)，比預(yù)應(yīng)力管樁植樁材料成本低；最后，樁身護(hù)壁成本降低，對(duì)于引孔容易塌孔以及流沙的情況，采用樁身的細(xì)石混凝土護(hù)壁，護(hù)壁成本遠(yuǎn)低于額外的鋼套管護(hù)壁或泥漿護(hù)壁的成本。

（2）無(wú)擠土效應(yīng)和豎向剪切破壞作用［4］。長(zhǎng)螺旋成孔以及振搗沉入鋼筋籠的過程均對(duì)樁周土體無(wú)擠壓和豎向剪切作用，減少了對(duì)周邊環(huán)境的影響，也解決了噪音擾民的問題。

3.2 方案二：預(yù)應(yīng)力管樁植樁

此方案的重點(diǎn)在采用改良的旋挖機(jī)引大孔，采用靜壓機(jī)械沉樁。大致施工工藝流程如下：旋挖機(jī)旋挖成孔，旋挖至持力層且滿足終鉆條件—通過附著在鉆桿上的導(dǎo)管從鉆桿下端部向孔底部注入細(xì)石混凝土，邊提鉆邊注漿—注漿結(jié)束后，采用靜壓機(jī)械將預(yù)應(yīng)力管樁壓入混凝土樁身內(nèi)。

此方案中，旋挖機(jī)引大孔，引孔直徑比預(yù)應(yīng)力管樁直徑200 mm左右。引大孔解決了錘擊過程中遇漂石無(wú)法錘入樁和錘擊樁穿越的土層類別、深度有限的情況［4］。樁進(jìn)入持力層的深度大大增加，在不考慮靜壓的擠土效應(yīng)情況下，參考灌注樁單樁承載力特征值計(jì)算形式，單樁承載力較錘擊樁仍能大幅提升。成孔之后立刻注漿，利用細(xì)石混凝土形成樁身護(hù)壁，有效防止塌孔以及流沙。

植樁時(shí)采用靜壓沉樁，靜壓沉樁適用于壓縮性高、承載力較低的土層［1］，細(xì)石混凝土的流動(dòng)性使靜壓沉樁具備可行性。為了增加壓樁的效率、降低壓入難度，引孔直徑大于預(yù)應(yīng)力管樁直徑300 mm。靜壓沉樁具有樁身施工質(zhì)量有保證、施工操作方便、樁身抗腐蝕性強(qiáng)、噪音小、對(duì)周圍建筑道路管線影響小的優(yōu)點(diǎn)［4］。

預(yù)應(yīng)力管樁植樁相較于灌注樁，可節(jié)約施工工期。預(yù)應(yīng)力管樁植樁，在靜置7天后可進(jìn)行樁承載力靜載試驗(yàn)及其它樁基檢測(cè)工作［1］，而灌注樁需要待混凝土達(dá)到承載力（一般28天）后方可進(jìn)行靜載試驗(yàn)及其它樁基檢測(cè)工作。不過特別注意，由于預(yù)應(yīng)力管樁植樁在靜載試驗(yàn)時(shí)混凝土遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，此時(shí)不應(yīng)考慮灌注的混凝土強(qiáng)度，靜載試驗(yàn)的加載荷載不得大于預(yù)應(yīng)力管樁的樁身承載力［5］。

此方案主要有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）工期短。相較于灌注樁，預(yù)應(yīng)力管樁可提前21天進(jìn)行樁基檢測(cè)。

（2）成樁質(zhì)量較好。相較于灌注樁，預(yù)應(yīng)力管樁靜壓沉樁在樁身直徑、安裝垂直度和定位、影響相鄰樁等方面更加可控。

（3）樁身耐久性和抗腐蝕性能更好。預(yù)應(yīng)力管樁利用預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)大拉力來(lái)提高樁體的承載能力和抗震能力。預(yù)應(yīng)力及其外層混凝土對(duì)樁身預(yù)應(yīng)力鋼筋構(gòu)成了雙重防護(hù)［3］。

（4）護(hù)壁成本低。對(duì)于引孔容易塌孔以及流沙的情況，該方法采用樁身的細(xì)石混凝土護(hù)壁，護(hù)壁成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的鋼套管護(hù)壁或泥漿護(hù)壁的成本。

4 綜合比對(duì)

如前所述，兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)將其分點(diǎn)列出進(jìn)行對(duì)比見表1。

經(jīng)過綜合對(duì)比，由于項(xiàng)目工期緊張，本工程最終采用方案二，即預(yù)應(yīng)力管樁植樁。預(yù)應(yīng)力管樁采用PHC-600-AB-130，旋挖孔直徑為D=900 mm，樁端持力層為③3中密卵石，樁身進(jìn)入持力層深度不小于4 m。成孔方式為機(jī)械旋挖鉆孔。外芯采用C20細(xì)石混凝土。單樁豎向抗壓承載力特征值為2400 kN。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的飛速發(fā)展，施工技術(shù)的種類也愈加多樣化。建設(shè)方對(duì)工期和成本的要求以及行政監(jiān)管方對(duì)項(xiàng)目施工對(duì)周邊環(huán)境影響的關(guān)注度日益提高。

在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須確保結(jié)構(gòu)安全性的前提下，綜合考慮項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性、工期、施工工藝以及施工質(zhì)量等多方面因素。通過對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行綜合對(duì)比分析，以達(dá)到在保障安全的前提下，使項(xiàng)目取得最佳成效的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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