大直徑素混凝土灌注樁復(fù)合地基在高層建筑地基加固中的應(yīng)用

王　榮,　任　刃，　朱 金 衛(wèi)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都　610072)

大直徑素混凝土灌注樁復(fù)合地基在高層建筑地基加固中的應(yīng)用

王榮,任刃，朱 金 衛(wèi)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：以成都市成華區(qū)龍?zhí)端缕瑓^(qū)中國(guó)電建地產(chǎn)開發(fā)的“美立方”項(xiàng)目為例 ，結(jié)合其地層特點(diǎn) ，詳細(xì)介紹了采用旋挖成孔工藝的大直徑素混凝土樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì) 、施工和檢測(cè)過程，可對(duì)類似地層地基加固提供一定的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：大直徑；素混凝土灌注置換樁；復(fù)合地基 ；旋挖成孔；檢測(cè)

1工程概述

該項(xiàng)目場(chǎng)地位于成都市成華區(qū)成華大道以南、三環(huán)路以西、龍?zhí)禘線以北、龍?zhí)读⒔慌c城南立交之間、龍?zhí)豆I(yè)園對(duì)面(三環(huán)路內(nèi)側(cè))，場(chǎng)地地理位置優(yōu)越，交通便利。擬建場(chǎng)地建設(shè)凈用地面積約為44 505.03m2，規(guī)劃總建筑面積約為171 517.19m2，總?cè)莘e率為3，總建筑密度為22%。該項(xiàng)目由8棟高層建筑、6棟低層商業(yè)建筑及純地下室部分組成，均為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為7度，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為甲級(jí)。住宅樓要求符合地基承載力：2#樓Fspk=610kPa、3#樓Fspk=560kPa、4#樓Fspk=630kPa、5#樓Fspk=630kPa、6#樓Fspk=560kPa、7#樓Fspk=650kPa。

2地質(zhì)情況

2.1工程地質(zhì)情況

場(chǎng)地上覆第四系人工填土(Q4ml)，其下由第四系中下更新統(tǒng)冰水堆積(Q3fgl)成因的粘土及含粘性土、卵石組成，下伏白堊系上統(tǒng)灌口組(K2g)泥巖。地層的主要特性分布及描述如下。

2.1.1第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)

(1)雜填土：色雜，松散，干～稍濕，成分以建筑垃圾為主，為近期場(chǎng)地內(nèi)拆遷平整場(chǎng)地而成，場(chǎng)地內(nèi)部分地段有分布，層厚0.5～3.5m。

(2)素填土：褐黃、褐灰色，松散～稍密，稍濕，成分以粘性土為主，含少量卵石、泥巖塊及植物根系。堆填年代小于3a，場(chǎng)區(qū)普遍分布，層厚0.5～5.1m。

2.1.2第四系中下更新統(tǒng)冰水堆積層(Q3fgl)

(1)粘土：上部主要呈褐黃色、褐灰色，下部主要呈褐紅色、棕紅色；硬塑～堅(jiān)硬，無搖震反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度及韌性高，含氧化鐵、鐵錳質(zhì)及灰白色高嶺土等，部分地段含有少量鈣質(zhì)結(jié)核，部分鉆孔中該層底部夾有泥巖塊。該層部分地段裂隙較發(fā)育，裂隙面充填灰白色礦物。場(chǎng)地內(nèi)均有分布，鉆探揭露層厚9.1～15.9m。局部分布有可塑狀粘土，該層分布于硬塑～堅(jiān)硬狀粘土之上，此次勘察僅在4、5號(hào)鉆孔中有揭露，鉆探揭露層厚為1.8～2.4m。

(2)含粘性土卵石：褐紅、褐黃、灰白色；多呈稍密狀，濕～飽和。卵石成分主要由花崗巖、砂巖、石英巖等組成，多呈亞圓形，磨圓度和分選性中等，頂部多呈強(qiáng)風(fēng)化狀，其下為中～微風(fēng)化，一般粒徑為2～15cm，大者可達(dá)20cm以上，卵石含量約為50%～55%，卵石層隙間充填物質(zhì)以粘性土、砂粒、礫石為主。場(chǎng)地內(nèi)大部分地段有分布，局部地段缺失，鉆探揭露層厚為0.9～4.5m。

2.1.3白堊系上統(tǒng)灌口組(K2g)

泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄～厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，產(chǎn)狀水平，成分以粘土礦物為主。泥巖頂板埋深為14.1～20.6m，平均為17.52m，標(biāo)高為487.41～493.71m，高差為6.3m，有一定的起伏。據(jù)鉆孔揭露，按風(fēng)化程度可分為強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化。

(1)強(qiáng)風(fēng)化泥巖：風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀(局部夾短柱狀)，該層在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度為1.8～5.3m。

(2)中等風(fēng)化泥巖：巖芯呈柱狀，裂隙較發(fā)育，巖體較完整。其頂板埋深18.7～21.5m，標(biāo)高485.4～488.88m。

2.2水文地質(zhì)情況

勘察期間屬于平水期，場(chǎng)地內(nèi)各鉆孔未見地下水分布，但根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料得知，場(chǎng)地內(nèi)地下水類型有第四系上層滯水和基巖裂隙水兩種類型。

(1)上層滯水：分布于填土和粘性土中，無統(tǒng)一地下水位，水量欠豐，多呈島狀分布，容易明排疏干，主要受大氣降水補(bǔ)給，對(duì)工程影響不大。

(2)基巖裂隙水：主要賦存于泥巖中，透水性差，分布不廣，無統(tǒng)一地下水位并具有承壓性的特點(diǎn)，水量主要受基巖裂隙發(fā)育程度、連通性及隙面充填特征等因素控制，總體來看，該類水具有一定的承壓性，水量一般不大。

場(chǎng)地環(huán)境類別為Ⅲ類，屬弱透水層。

3地基加固方案的選擇

由于擬建場(chǎng)地要求的地基承載力較高 ，可采用的地基形式有：應(yīng)力管樁、CFG樁、樁筏基礎(chǔ)和大直徑素混凝土樁復(fù)合地基。由于所設(shè)計(jì)的地下室底板至強(qiáng)風(fēng)化泥巖粉砂巖底板平均距離達(dá)10m以上 ，其間包括第四系松散土層和全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層。若打入式預(yù)應(yīng)力管樁以中等風(fēng)化的泥巖或中等風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖作為樁端持力層成樁難度較大(經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)性施工得到證實(shí))。若采用CFG樁，在經(jīng)初設(shè)樁位布置后，樁間距過密，成樁施工困難且綜合造價(jià)偏高。若采用樁筏基礎(chǔ)則總體造價(jià)更高，且施工周期長(zhǎng)。

經(jīng)比選分析后認(rèn)為：采用大直徑、素混凝土灌注置換樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，技術(shù)方案完全可行，經(jīng)濟(jì)上亦較為合理，也能滿足本項(xiàng)目工期需要，因此，決定采用此方案，根據(jù)實(shí)際情況采用旋挖機(jī)械成樁工藝。

4大直徑素混凝土灌注樁造孔及質(zhì)量控制

4.1成孔

采用旋挖鉆成孔。旋挖鉆進(jìn)是利用旋挖鉆桿上的液壓馬達(dá)往下壓并利用扭矩旋轉(zhuǎn)，使旋挖鉆頭擠壓并旋轉(zhuǎn)切入土體，而將被破碎的巖體直接裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿提出孔外卸土，如此循環(huán)往復(fù)，不斷地取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。對(duì)于提出孔外的鉆渣，采用裝載機(jī)運(yùn)走。

(1)鉆孔前，調(diào)平鉆機(jī)，保持鉆機(jī)垂直穩(wěn)固。開鉆前將鉆頭著地，進(jìn)尺深度調(diào)整為零。

(2)鉆進(jìn)時(shí)原地順時(shí)針旋轉(zhuǎn)開孔，然后以鉆頭自重、鉆桿自重加以液壓力作為鉆進(jìn)壓力，將初鉆壓力控制在90kPa左右，鉆速先慢后快。

(3)不同地質(zhì)條件采取不同類別的旋挖鉆機(jī)鉆頭施工： 細(xì)砂、中砂、礫砂、角礫土、圓礫土及強(qiáng)風(fēng)化層可采用筒式鉆頭。

(4)當(dāng)鉆桿充滿鉆渣后，停止下壓及回旋，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力頭，稍向下送行，關(guān)閉鉆頭，回轉(zhuǎn)底蓋，緩慢上提鉆頭，避免鉆頭碰撞孔壁。提離孔口后，鉆機(jī)自身旋轉(zhuǎn)至棄渣土，用動(dòng)力頭頂壓頂桿，將底蓋打開，傾卸鉆渣，然后關(guān)閉底蓋，旋回孔位，對(duì)準(zhǔn)孔位慢慢將鉆頭放至孔底鉆孔，重復(fù)進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)鉆桿跳動(dòng)、鉆機(jī)搖晃、鉆進(jìn)時(shí)無進(jìn)尺等異常情況時(shí)，立即停機(jī)提鉆檢查，待查明原因妥善處理后再行鉆進(jìn)，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。

(5)清孔后提出鉆頭，由質(zhì)檢員和工程監(jiān)理員進(jìn)行孔徑、孔深、垂直度檢測(cè)，驗(yàn)收合格后，移走鉆機(jī)，蓋好蓋板，進(jìn)行下道工序施工。

4.2成孔質(zhì)量和沉渣檢查

(1)成孔質(zhì)量檢查方法。

成孔質(zhì)量檢測(cè)的方法主要為圓環(huán)測(cè)孔法(常規(guī)測(cè)法)。成孔后采用圓環(huán)測(cè)孔法測(cè)試樁成孔質(zhì)量。

圓環(huán)測(cè)孔法的基本原理是在所成孔內(nèi)利用鉛絲下鋼筋圓環(huán)，鉛絲吊點(diǎn)位于鋼筋圓環(huán)中間，利用鉛絲線的垂直傾斜角測(cè)定成孔質(zhì)量。該方法快速簡(jiǎn)便，為常用的成孔檢測(cè)方法。

(2)沉渣檢查方法。

澆灌混凝土之前，孔底沉渣厚度應(yīng)≤50mm。假如清孔不良，孔底沉渣太厚，將影響樁端承力的發(fā)揮，進(jìn)而大大降低樁的承載力。測(cè)試方法為垂球法和測(cè)餅測(cè)試沉渣法。

垂球法是利用重約1kg的球錐體作為垂球，頂端系上測(cè)繩，把垂球慢慢沉入孔內(nèi)，施工孔深與測(cè)量孔深之差即為沉渣厚度。

測(cè)餅測(cè)試沉渣法是將兩條測(cè)繩頂端分別系上測(cè)餅和測(cè)針，同時(shí)將測(cè)餅和測(cè)針放入孔底，再同時(shí)將測(cè)餅和測(cè)針提起，兩條測(cè)繩之間的差即為沉渣厚度。

4.3清孔

鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)用帶有活門的筒形鉆頭清理沉渣。在灌注混凝土導(dǎo)管安放完成后，對(duì)孔深、孔底的沉渣等進(jìn)行復(fù)測(cè)。如果孔底沉渣的厚度超出規(guī)定、大于50mm時(shí)，進(jìn)行第二次清孔，只有待測(cè)定孔底沉渣的厚度≤50mm，方可停止清孔。

4.4混凝土的灌注

樁體混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20。本工程采用成都市岷濤商品混凝土有限公司生產(chǎn)的普通商品混凝土，施工順序如下：

(1)在澆筑混凝土前，將樁內(nèi)的水用水泵抽干。

(2)將導(dǎo)管下到離樁底2m以內(nèi)的地方。

(3)灌注混凝土。

應(yīng)連續(xù)不斷灌注混凝土，嚴(yán)禁中途停工。在灌注過程中，應(yīng)經(jīng)常用測(cè)錘探測(cè)混凝土面的上升高度并適時(shí)提升、逐級(jí)拆卸導(dǎo)管。

(4)振搗。

混凝土每上升1m，選擇3個(gè)點(diǎn)振搗密實(shí)，快插慢提，振搗時(shí)間不宜過長(zhǎng)。

(5)混凝土灌注時(shí)間：混凝土灌注的上升速度不得小于2m/h。

(6)樁頂?shù)墓嘧?biāo)高及樁頂處理。

樁頂?shù)墓嘧?biāo)高按照設(shè)計(jì)要求且應(yīng)高于設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m，以便清除樁頂部的浮漿渣層。樁頂灌注完畢，應(yīng)立即探測(cè)樁頂面的實(shí)際標(biāo)高，采用帶有標(biāo)尺的鋼桿判斷樁頂?shù)幕炷撩妗?/p>

5復(fù)合地基檢測(cè)

5.1檢測(cè)方法

(1)素混凝土樁復(fù)合地基施工2～3周后進(jìn)行承載力檢測(cè)；

(2)復(fù)合地基承載力檢測(cè)由于靜載施工難度太大，遂分解為單樁豎向抗壓靜力荷載試驗(yàn)和樁間土淺層平板荷載試驗(yàn)，數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%，且不少于3根。

(3)樁體的完整性可用小應(yīng)變進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)數(shù)量為每棟樁總樁數(shù)的10%。

(4)對(duì)樁體質(zhì)量及孔底沉渣控制采用鉆芯法檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量為每棟樁總樁數(shù)的10%，且不少于10根。

(5)如其承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)查明原因并采取補(bǔ)救措施或及時(shí)會(huì)同設(shè)計(jì)單位及相關(guān)單位進(jìn)行基礎(chǔ)調(diào)整。

5.2檢測(cè)結(jié)果分析

“美立方“項(xiàng)目施工完后進(jìn)行了全樁小應(yīng)變?cè)囼?yàn)、基本試驗(yàn)及驗(yàn)收試驗(yàn)。小應(yīng)變?cè)囼?yàn)全部合格，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告P-S曲線、Q-S曲線和S-Lgt曲線進(jìn)行分析得知：復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

表1　單樁及復(fù)合地基承載力靜載試驗(yàn)匯總表

6結(jié)語

工程實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明：在成都東郊及類似地區(qū)采用大直徑素混凝土灌注置換樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和旋挖施工工藝是可行的，對(duì)工期和節(jié)約投資具有明顯的效果。

地基基礎(chǔ)采用大直徑素混凝土灌注樁置換復(fù)合地基處理后，能夠很好地滿足主樓地基承載力特征值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并能解決多種地層復(fù)合地基施工工藝問題及高承載力復(fù)合地基檢測(cè)問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔曉南，復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

王榮(1981-)，男，四川中江人，項(xiàng)目經(jīng)理，工程師，從事水利水電、房屋建筑地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與管理工作；

任刃(1987-)，男，山西代縣人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電、房屋建筑地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與管理工作；

朱金衛(wèi)(1987-)，男，重慶市人，項(xiàng)目經(jīng)理，助理工程師，從事房屋建筑地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-03-08

文章編號(hào):1001-2184(2015)04-0098-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TU47;TU753.3;TU753.8

作者簡(jiǎn)介: