淺析人工挖孔大直徑擴底孔底壓漿樁在施工中出現(xiàn)的問題

卜　婧

摘要:近年來,隨著高層建筑的發(fā)展,出現(xiàn)了許多適合高層建筑的基礎(chǔ)形式。其中大直徑人工挖孔擴底孔底壓漿樁由于經(jīng)濟性好,施工質(zhì)量容易保證,結(jié)構(gòu)受力合理,工期不受機械成孔限制等諸多優(yōu)點;在土質(zhì)較好的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。哈爾濱市南崗區(qū)和香坊區(qū)的很多高層建筑都是這種樁基礎(chǔ)類型。筆者就此種類型的樁基礎(chǔ)在施工中出現(xiàn)的一些問題談?wù)勛约旱囊恍┮娊狻?/p>

關(guān)鍵詞:大孔樁;焊接鋼管;混凝土

1 防止樁底壓漿時,將樁身隆起

大孔樁樁身隆起會帶來很多危害;①樁身隆起會使樁身與土層之間側(cè)摩阻減少,降低承載力。②樁身隆起將影響下一步施工,影響總工期。一般施工中都要進行分段流水作業(yè),即邊澆筑樁身混凝土,邊開挖承臺,打混凝土墊層、砌磚模等。而樁身隆起會使周邊土體上移,破壞已完成的墊層和磚模,使分段流水施工不能順利完成。

實際施工中常會遇到樁身隆起。這里簡單介紹一下其施工工藝過程:人工挖孔擴底達到設(shè)計要求后,由質(zhì)檢人員下孔內(nèi)檢查擴大頭的尺寸、形狀、以及進入中砂層的厚度。并取孔底砂樣,檢驗是否為中砂,確認無誤后,先向孔底投入200mm厚2~4cm碎石,安放注漿管,注漿管一般為Φ25焊接鋼管,每孔安裝3~6根。注漿管下部應(yīng)用棉布或麻絲將管口封住。然后向孔內(nèi)投入300mm厚2~4cm碎石,在碎石表面鋪一張厚五彩布或厚塑料薄膜,在其上澆筑干硬性混凝土200mm厚,最后澆筑樁身混凝土。待樁身混凝土強度達到規(guī)范要求后,通過泥漿泵向注漿管內(nèi)注入純水泥漿,水泥漿水灰比在0.6左右。注漿后壓力控制在0.2~4Ma左右。視擴底大小分二次注入水泥漿,每次間隔15min左右。下面主要從工程實際中抽查結(jié)果來分析一下裝身隆起的主要原因;筆者隨機抽查了幾項工程,發(fā)現(xiàn)發(fā)生隆起的樁數(shù)占總樁數(shù)的15%左右,且多數(shù)樁身的隆起均是自己樁頭附近范圍的土體上移。為解決此問題,需從理論上計算一下,以d=1m徑打孔樁為例,擴大頭直徑D=2m,裝長L=15m。(假設(shè)樁底水泥漿已飽和)。

水泥漿壓力R=4Mpa×12×3.14×106=1.256×107N

覆土及混凝土樁身自重:(一般取土擴散角22°~30°),這里取22°。取粉質(zhì)粘土容重16KN/m2。且不考慮其它樁對本樁的影響。則:

P=[πh/3(R2+r2+R×r)] ×r土+(r砼-r土)[ π×1.5/3(D2+d2+D×d)+(h-1.5) ×πd2/4]=1.1995×107+0.113×106=1.211×107N

由計算可知:從理論上講注漿壓力達到4Mpa左右時,將使樁身隆起。但有時只有2Mpa壓力(或更小)就能使樁身隆起,且隆起的部位如前所述(土體上移均在樁頭附近范圍內(nèi),而且隆起幾厘米后不再繼續(xù)上移了)這是為什么呢?筆者個人認為原因主要是注漿壓力在樁擴大頭斜面處產(chǎn)生與斜面平行的分力,分力由混凝土與土之間產(chǎn)生的摩阻力承擔(dān),當(dāng)摩阻力不足以抵抗該分力時,樁就會隆起。另一方面斜面處混凝土在施工中未振搗密實,且混凝土坍落度大,終凝后產(chǎn)生收縮大,使土層與混凝土表面分離,大大地減少了土層與混凝土面之間的摩阻力,而上面樁身垂直段的側(cè)摩阻只有100~200T左右。所以樁身將隆起上移。分析完上述原因,防止樁身隆起上移的辦法就不難知道了,只需控制注漿量和注漿壓力兩方面:一般取注漿量W=(2-8)AD,注漿壓力控制在0.2~2Mpa之間,并注意施工混凝土?xí)r的坍落度及振搗的情況。

在這里還要提到注漿的另一個參數(shù)(即注漿水灰比),實際工程中有時由于操作問題會出現(xiàn)注漿泵堵泵現(xiàn)象,這時不能單純靠加大水灰比來達到輸送自如,因為如水灰比過大(一般超過0.8以上)會因水泥硬化收縮和水泥漿離析而使樁端承載力反而下降,適得其反。

2 自錨法靜載試驗的利與弊

由于大直徑擴底灌注樁的單樁承載力很大,所以樁靜載試驗操作起來很困難。近年來,出現(xiàn)了一些自錨法作樁靜載試驗的方法,比如深層載荷法等。其操作性好,也比較經(jīng)濟;因此得到了廣泛的應(yīng)用。下面先介紹一下其試驗機理:成孔后,下注漿管3~6根(注漿管分布在外筒外側(cè)),下碎石500mm厚,鋪五彩布,在五彩布上放置載荷板厚度≥2cm的鋼板,在外筒外側(cè)焊接25根Φ25鋼筋;在外筒外側(cè)澆筑與工程樁相同混凝土,待混凝土強度達到規(guī)范要求后,樁底注漿,待樁底注漿混凝土強度達到6Mpa以上時(一般在7~9天)下內(nèi)筒(內(nèi)筒上下均焊接圓形平板);將千斤頂放在內(nèi)筒上部。根據(jù)高度放上鋼帽與外筒間用鋼筋焊接。

給工程試驗樁加荷載的同時,也給測定側(cè)摩阻的試驗樁加荷載,用樁自身的側(cè)摩阻力達到樁底加荷載數(shù)值。用試驗荷載數(shù)據(jù)反算出qpk,用摩擦樁的試驗數(shù)據(jù)反算出qsk將反算出的qpk、qsk代入公式:

Quk=Qsk+Qpk=uΣΦsi×qski×βsi×li+Φp×βp×qpk×Ad

求出樁的單樁極限承載力的標(biāo)準值。

這種方法試驗較簡單。試樁費用相對較小,但操作時應(yīng)注意幾個問題:

防止內(nèi)筒失穩(wěn)、影響試驗數(shù)據(jù)的準確性,內(nèi)筒外側(cè)每2m高應(yīng)加肋板支撐。

內(nèi)筒上部平板及鋼帽上部鋼板不宜太薄,應(yīng)≥2m厚,否則容易出現(xiàn)加載后變形,影響試驗數(shù)據(jù)的準確性。

反算出qpk只是一種理想化的近似值,所以應(yīng)留有一定的保險系數(shù)。

此外,還要在工程實際應(yīng)用中注意設(shè)計樁擴大頭的形狀以及樁端進入中砂層的深度。一般情況下,地質(zhì)砂層所在的深度和厚度是不均勻的,設(shè)計者通常只提出樁端進入中砂層800mm,而不是具體規(guī)定樁長數(shù)值,即實際進入中砂層800mm后挖多長算多長。然而在實際施工中,在砂層內(nèi)開挖擴大頭操作難度很大,有時候還未來得及支護就已經(jīng)塌孔了,擴大頭塌孔后護壁施工的難度就更大了,作業(yè)工人的操作危險性很大,很難保證不出現(xiàn)傷亡事故。針對上述情況,具體操作應(yīng)是在進入砂層前的粉質(zhì)黏土層內(nèi)開挖樁底擴大頭漏斗部分。待進入砂層上表面時再完成樁底擴大頭漏斗部分的施工。實踐證明,砂層上面的黏土層很密實,不易出現(xiàn)坍塌。從而保證了工程質(zhì)量。