黃土層和砂層交界面處鉆孔灌注樁施工工藝研究

沙 鳴 芮 江

西安市軌道交通集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710018

鉆孔灌樁因強(qiáng)度高、剛度大、支護(hù)穩(wěn)定性好、振動小、無擠壓的優(yōu)點(diǎn),適用于黏土、黃土、砂層及淤泥質(zhì)土等復(fù)雜型地基中[1],因此被廣泛應(yīng)用到房建、地鐵橋梁等基礎(chǔ)工程上。灌注樁成孔過程隱蔽,技術(shù)復(fù)雜,導(dǎo)致產(chǎn)生各種質(zhì)量問題。馮居忠研究泥漿護(hù)壁對樁身承載力的影響[2],費(fèi)鴻慶研究成孔時間樁身承載力的影響[3],邵海兵研究鉆孔灌注樁在富水砂層中的應(yīng)用[4]。地質(zhì)突變地段出現(xiàn)擴(kuò)孔、縮頸是造成缺陷樁的直接原因。本文依托西安地鐵十六號線某項(xiàng)目,研究分析在素填土和砂層兩種地層交界面上鉆孔灌注樁成樁效果的影響。

1 工程概況

西安某地鐵項(xiàng)目,車站主體結(jié)構(gòu)包含土層與砂層交界面的灌注樁有530根,設(shè)計(jì)樁徑為0.6-0.8m,設(shè)計(jì)樁長范圍為15.92-27.92m。該標(biāo)段位于該車站地質(zhì)條件復(fù)雜,自上至下為:1-1雜填土、1-2素填土、、2-1-2黃土狀土、2-4-2細(xì)砂、2-4-3細(xì)砂、2-5-3中砂。雜填土、素填土呈散體狀態(tài),土質(zhì)很不均勻,力學(xué)性質(zhì)差,穩(wěn)定性較差,砂層自穩(wěn)坡率低,穩(wěn)定性較差。

2 設(shè)備選型

灌注樁成孔施工采用SR155旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn),鉆孔時要注重鉆機(jī)的各項(xiàng)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)要求,適當(dāng)根據(jù)地層具體情況及時進(jìn)行調(diào)整。下鉆時應(yīng)注意先將鉆頭垂直后,再導(dǎo)正下入孔內(nèi)。進(jìn)入孔內(nèi)后,先緩慢鉆進(jìn),當(dāng)孔位和鉆機(jī)的穩(wěn)定性、鉆桿的垂直度確定準(zhǔn)確后,再正常鉆進(jìn)。鉆進(jìn)中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)塌孔、偏孔、斜孔時,應(yīng)及時處理。

3 鉆孔灌樁施工工藝

3.1 場地準(zhǔn)備 鉆孔灌注樁施工前先場地內(nèi)多余土方、建筑垃圾和房屋基礎(chǔ)清理完成,軟弱地層進(jìn)行換填,并夯實(shí)。施工前進(jìn)行管線調(diào)查,發(fā)現(xiàn)如有與樁位沖突,及時與產(chǎn)權(quán)單位聯(lián)系,及時改簽,以免影響后期施工。

3.2 泥漿制備 鉆孔時泥漿在孔壁形成膈膜層,從而保持孔內(nèi)和地下水之間的壓力差,防止塌孔,同時泥漿可以帶走巖屑、冷卻和潤滑鉆頭,因此,無論在成孔階段還是灌樁階段,對成樁質(zhì)量有著重要的影響。本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前,并在相同質(zhì)條件下進(jìn)行試樁,得出不同地質(zhì)中1m3漿液外加劑使用量:黏土與頁巖0.2-0.6Kg淤泥,細(xì)到中砂0.3-0.7Kg粗砂、較小的礫石0.4-0.9Kg,卵礫石0.4-0.9Kg。新配置的泥漿指標(biāo):泥漿比重1.1-1.25g/cm3,泥漿粘稠度18-28S,泥漿含砂率4-8%,Ph值8-10;循環(huán)泥漿的泥漿比重<1.15g/cm3,泥漿粘稠度35S,泥漿含砂率8%,Ph值<8。使用比重計(jì)、漏斗計(jì)、洗砂平和ph試紙測試泥漿指標(biāo)。

3.3 鉆孔 場地平穩(wěn)完成以后,首先進(jìn)行樁位放樣,加設(shè)十字護(hù)樁,樁機(jī)就位后,根據(jù)樁位調(diào)整樁機(jī)的水平位置和鉆桿的垂直度。在成孔過程中,升降鉆頭時要平穩(wěn),不得碰撞護(hù)筒或孔壁,并且注意地層變化,在地層變化處應(yīng)撈取渣樣,判明后記入記錄表并與地質(zhì)剖面圖核對。時刻關(guān)注孔內(nèi)液面的變化,同時對泥漿的比重、粘度和含砂率進(jìn)行測量。

3.4 灌樁 本工程砼澆注采用導(dǎo)管法施工,砼導(dǎo)管選用D=300mm的鋼導(dǎo)管,管節(jié)連接應(yīng)嚴(yán)密、牢固?；炷翝仓璧膶?dǎo)管及料斗均已進(jìn)場,且設(shè)備性能完好,并對導(dǎo)管進(jìn)行氣密性試驗(yàn)滿足施工需要。鋼筋籠沉放就位后應(yīng)及時灌注砼,導(dǎo)管儲料斗內(nèi)砼儲量應(yīng)保證開始灌注混凝土?xí)r埋管深度不小于500mm,導(dǎo)管隨砼灌注應(yīng)逐步提升,其埋入砼深度應(yīng)保持為2.0～4.0m,混凝土超灌高度取50cm,以保證樁頂混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析

4.1 樁身完整性檢測 工程施工中采用應(yīng)力波理論來反演分析實(shí)測速度信號、頻率信號,從而獲得樁身是否完整[5],檢測簡便,且檢測速度較快。樁基分類2類:Ⅰ類樁:樁身完整;Ⅱ類樁:樁身有輕微缺陷,不影響樁身結(jié)構(gòu)承載力[6]。A-D型樁以及F-I型樁都包含土層與砂層交界面,E型樁為位于過街通道下面,不包含土層。隨機(jī)選取總樁數(shù)的20%去掉樁頭浮漿和松動開裂的混凝土,打擊點(diǎn)磨平。檢測結(jié)果如表一所示:

有表一可知:A-D型樁以及F-I型樁灌注樁都包含土層與砂層交界面,Ⅰ類樁所占比例為66.7%-75%,E型樁不包含土層,Ⅰ類樁所占比例為87.5%,由此可知,土層與砂層交界面處鉆孔灌注樁Ⅰ類樁占比明顯降低,Ⅱ類樁占比增加,缺陷樁數(shù)量的增加。

表一 樁基完整性檢測結(jié)果

4.2 擴(kuò)徑 隨著該標(biāo)段車站主體開挖,灌注樁在土層和砂層交界面出現(xiàn)不同程度擴(kuò)徑現(xiàn)象,為了更好研究土層與砂層地質(zhì)突變對灌注樁的影響,分別從長度、體積兩個方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

使用卷尺測量土層和砂層交界面處灌注樁擴(kuò)徑長度,把統(tǒng)計(jì)結(jié)果分為五類,如表二所示:

表二 灌注樁不同擴(kuò)徑長度占比統(tǒng)計(jì)表

考慮到樁間噴錨混凝土厚度10cm,以及樁身可能產(chǎn)生傾限,鉆孔灌注樁外放14cm,在土層與砂層交界面處樁身擴(kuò)徑體積小于0.2m3對主體結(jié)構(gòu)尺寸的影響,可忽略不計(jì)。根據(jù)灌注樁擴(kuò)徑體積統(tǒng)計(jì)的結(jié)果如表三:

表三 灌注樁不同擴(kuò)徑體積占比統(tǒng)計(jì)表

由表二可知,有386根灌注樁在土層與砂層交界面處出現(xiàn)樁身擴(kuò)徑,占總樁數(shù)的72.8%;擴(kuò)徑長度在0-0.5m范圍內(nèi)的樁有192根,約占擴(kuò)徑樁數(shù)的49.5%;灌注樁擴(kuò)徑長度在0.5-2.5m范圍內(nèi)的約占擴(kuò)徑樁數(shù)的43.5%;土層與砂層交界面處擴(kuò)徑長度主要分布在0-2.5m范圍。

由表三可知:在土層與砂層交界面處灌注樁擴(kuò)徑體積大于等于0.2m3的為87根,主要分布在0.2-1.0m3范圍內(nèi),占擴(kuò)徑總數(shù)的81.6%,約占總樁數(shù)的13.4%。

5 結(jié)論

⑴A-D型以及F-I型土層與砂層地質(zhì)突變處樁身完整性較E型樁明顯降低;

⑵包含土層與砂層地質(zhì)突變的鉆孔灌注樁擴(kuò)徑達(dá)到總樁數(shù)的72.8%,擴(kuò)徑長度主要分布在0-2.5m范圍內(nèi);

⑶包含土層與砂層地質(zhì)突變的灌注樁的擴(kuò)徑體積主要分布在0.2-1.0m3范圍內(nèi)。