文/靳莉果、李書強(qiáng)、張奇 中建七局安裝工程有限公司 河南鄭州 450000
根據(jù)黃河橋村地質(zhì)災(zāi)害搬遷項(xiàng)目地質(zhì)勘察報(bào)告顯示,本場(chǎng)地探井孔自重濕陷系數(shù)均<0.015,根據(jù)(GB50025-2018)《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》表4.4.6,判定為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地,場(chǎng)地地基濕陷等級(jí)為輕微濕陷I級(jí)。采用灰土擠密樁或水泥土擠密樁消除部分濕陷性?;A(chǔ)采取水泥土擠密樁的方式進(jìn)行加固,等邊三角形布置,孔徑0.4m,樁間距1.2m,樁長(zhǎng)8m,水泥土擠密樁采用沉管法成孔,水泥土擠密樁樁身采用水泥土混合料,體積配合比3:7。涂料選用粉質(zhì)黏土,有機(jī)質(zhì)含量不超過5%,分層夯實(shí),填料平均壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)低于0.97。
該區(qū)域地層基本情況如表1所示:
表1 地層基本情況
1.3.1 物理性質(zhì)
該區(qū)域濕陷性黃土物理性質(zhì)如下:(1)組成顆粒,濕陷性黃土地區(qū)的顆粒物主要由砂粒(粒徑超過0.05mm)、粉粒(粒徑在0.005mm-0.05m)和黏粒(粒徑低于0.005mm)組成,其中大部分地區(qū)濕陷性黃土中的粉粒數(shù)量占比較高,一般會(huì)超過50%,如該工程所在地區(qū)濕陷性黃土中粉粒的平均占比為53.6%,粉土性質(zhì)穩(wěn)定性較低,受壓后會(huì)出現(xiàn)形變,同時(shí)其保水能力較強(qiáng),受擠壓時(shí)也會(huì)對(duì)外排放出較多水分,導(dǎo)致不均勻沉降問題。(2)孔隙比,孔隙比和濕陷性強(qiáng)度存在正比關(guān)系,常見孔隙種類有大孔隙(孔隙直徑≥32mm)、中孔隙(孔隙直徑在8-32mm)、小孔隙(孔隙直徑在2-8mm)、微孔隙(孔隙直徑<2mm)幾種類型,該工程所在區(qū)域大孔隙占比較高,濕陷性處于較強(qiáng)的狀態(tài)。(3)干容重,該參數(shù)和土壤濕陷性之間存在反比關(guān)系,該地區(qū)部分粉質(zhì)粘土所層的干容重超過15.0kN/m,處于非濕陷性的狀態(tài),粉土層干容重小于13.0kN/m,位于濕陷性狀態(tài)。(4)天然含水量。通常情況下土壤中的天然含水量處于3.3%~25.3%,基于以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以得知,在土壤中含水率超過25%后,土層不會(huì)出現(xiàn)濕陷問題,同時(shí)土層的承受壓力也會(huì)下降,但對(duì)應(yīng)的壓縮性能處于相反的狀態(tài)。該地區(qū)土壤中土壤天然含水量的平均值為13.5%,處于濕陷性較強(qiáng)的狀態(tài)。
1.3.2 力學(xué)性質(zhì)
該區(qū)域濕陷性黃土力學(xué)性質(zhì)如下:(1)壓密性,該性質(zhì)主要反饋了土體在外部荷載作用下產(chǎn)生變形的情況,該地區(qū)的大孔隙數(shù)量較多,加上粉土自身性質(zhì)特征,在受到外部荷載時(shí)容易出現(xiàn)較大變形問題,也是后期施工時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。(2)抗剪強(qiáng)度,該力學(xué)性質(zhì)的高低和土壤中含水量、土壤密度存在較為直接的關(guān)聯(lián)性。在含水率較低的狀態(tài)下,隨著密度的增大也會(huì)帶來剪切強(qiáng)度增加的情況,該區(qū)域土壤中的含水量適中,密度處于較為中等的狀態(tài),因此其具有一定的應(yīng)用強(qiáng)度,也是施工階段需要注意的內(nèi)容。(3)濕陷性,黃土在浸水后會(huì)緩慢吸收水分,隨后會(huì)沿著地質(zhì)逐步下陷,整個(gè)過程中的土體抗剪強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生變化,最初土壤的抗剪強(qiáng)度下降速率較大,在達(dá)到最大數(shù)值后,土體中的含水量也會(huì)逐步增加,強(qiáng)度數(shù)值對(duì)比最初也會(huì)有所提升,尤其是初期土體中含水量較高時(shí),底部的抗剪強(qiáng)度也會(huì)大于上層土壤。在該區(qū)域的土壤中,也存在不同的濕陷情況,這也是后期處理中需要注意的內(nèi)容。
黃土濕陷問題出現(xiàn)機(jī)理主要分為外因和內(nèi)因兩方面,具體的分析內(nèi)容如下:(1)導(dǎo)致黃土濕陷的外因在于外部降雨或地下水對(duì)土壤的侵蝕,使得土壤中含水量超過某一臨界值,會(huì)導(dǎo)致黃土呈現(xiàn)出濕陷性狀態(tài)。而且施工時(shí)外部荷載作用也會(huì)帶來濕陷性問題,這也是施工階段需要重要關(guān)注的內(nèi)容。(2)導(dǎo)致黃土濕陷的內(nèi)因在于黃土自身結(jié)構(gòu)和物質(zhì)成分情況,即土壤的顆粒物狀態(tài),具體的排列關(guān)系、顆粒物之間的接觸關(guān)系、顆粒膠結(jié)種類、顆粒物賦存狀態(tài)等情況都會(huì)對(duì)黃土濕陷強(qiáng)弱產(chǎn)生較大影響,這也是導(dǎo)致黃土濕陷形變的重要機(jī)理。
從本質(zhì)情況來看,水泥土擠密柱法屬于一種依托復(fù)合地基原理的加固處理措施。在具體應(yīng)用中,其具體的加固機(jī)理如下:在加固過程中利用打樁機(jī)把套管打入到對(duì)應(yīng)的土層中,在此過程中,套管周圍的土層中也會(huì)受到相應(yīng)的水平壓力,從而使土體結(jié)構(gòu)也會(huì)逐漸被擠密,土層密度也會(huì)不斷提升。隨后會(huì)將提前拌制好的水泥土分層回填到套管中,逐層夯實(shí)后可以順利形成強(qiáng)度較大的樁體結(jié)構(gòu),對(duì)樁間土體展開進(jìn)一步擠密。整個(gè)過程中也會(huì)不斷降低土層中的孔隙率,并且結(jié)構(gòu)的擠密影響范圍也會(huì)隨著距離樁體中心距離的增長(zhǎng)逐漸減弱,這樣需要通過樁體數(shù)量來提升整個(gè)濕陷性地基的綜合強(qiáng)度,以達(dá)到預(yù)期的承載設(shè)計(jì)要求。
在施工準(zhǔn)備階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:(1)臨時(shí)管線質(zhì)量檢查,在濕陷性黃土地基的施工現(xiàn)場(chǎng),存在數(shù)量較多的電與管線,這也需要提前做好管線質(zhì)量檢查、相對(duì)位置/對(duì)應(yīng)標(biāo)高等參數(shù)的記錄,為后續(xù)施工遷改工程的推進(jìn)奠定良好基礎(chǔ)。(2)該地區(qū)路堤地段基礎(chǔ)清理,按要求做好區(qū)域內(nèi)地表植物根系、腐殖質(zhì)等內(nèi)容進(jìn)行清理,在施工現(xiàn)場(chǎng)中如果存在土坎、溝槽等結(jié)構(gòu),需要借助推土機(jī)和平地機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理。為了降低區(qū)域水源對(duì)地基穩(wěn)定性的影響,在具體的施工活動(dòng)中,也會(huì)對(duì)流經(jīng)作業(yè)區(qū)域的水源進(jìn)行提前截?cái)?,搭配排水溝設(shè)施,可以確保施工過程中的正常排水,以達(dá)到預(yù)期的處理要求。(3)和當(dāng)?shù)貧庀蟛块T進(jìn)行合作,在工作過程中根據(jù)氣象部門的反饋數(shù)據(jù),做好工作方面的調(diào)整工作,如增設(shè)臨時(shí)排水設(shè)施、加固基礎(chǔ)設(shè)備、保護(hù)成孔等,以此來降低氣候因素對(duì)工程施工質(zhì)量的影響性,營(yíng)造良好的工程作業(yè)環(huán)境。
在該工程測(cè)量放線階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:第一,放樣設(shè)備質(zhì)量檢查,在測(cè)量放線工作中會(huì)使用到全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量設(shè)備,這些測(cè)量設(shè)備的工作質(zhì)量也會(huì)直接影響到測(cè)量放線結(jié)果的準(zhǔn)確性。在具體實(shí)踐中,需要做好這些測(cè)量設(shè)備質(zhì)量的檢查和調(diào)試,等待其滿足要求后再進(jìn)行使用,降低設(shè)備因素帶來的負(fù)面影響。第二,設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量校核,上文中已經(jīng)提到水泥土擠密樁的擠密影響范圍也會(huì)隨著距離樁體中心距離的增長(zhǎng)逐漸減弱,這樣需要通過樁體數(shù)量來提升整個(gè)濕陷性地基的綜合強(qiáng)度。前期也需要做好設(shè)計(jì)圖紙的綜合設(shè)計(jì),確定放樣位置和放樣點(diǎn)數(shù)量。在BIM技術(shù)輔助下可以對(duì)設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量進(jìn)行綜合化考量,對(duì)于不滿足質(zhì)量要求的內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)修正,滿足要求后按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放樣。第三,根據(jù)已經(jīng)確定的邊界線,從中選擇若干控制點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)控制點(diǎn),誤差控制在±5mm以內(nèi),按照梅花型來進(jìn)行控制點(diǎn)放樣,并且每一個(gè)控制點(diǎn)都會(huì)進(jìn)行編號(hào),便于后續(xù)復(fù)核工作的進(jìn)行。第四,在放樣工作結(jié)束后,也需要按要求做好質(zhì)量校核與放樣點(diǎn)保護(hù)工作,一般情況下,會(huì)選用長(zhǎng)度為短鋼筋插入到控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置,露出地面長(zhǎng)度為30cm,質(zhì)量滿足要求后進(jìn)入到下一作業(yè)階段。
在該工程設(shè)備組裝階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:(1)做好設(shè)備質(zhì)量控制,在該工程項(xiàng)目的施工中,共設(shè)置了5500根水泥土擠密樁,為滿足施工活動(dòng)的順利推進(jìn),所需要投入的施工設(shè)備為履帶式柴油打樁機(jī)(共有4臺(tái))、卷揚(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)(共有4臺(tái))、夯錘(共有4個(gè))和夾桿錘(1個(gè)),根據(jù)相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范,對(duì)不滿足要求的設(shè)備進(jìn)行更換和調(diào)試,等待其達(dá)到預(yù)期要求后再進(jìn)行使用。(2)設(shè)備組裝質(zhì)量校核,現(xiàn)場(chǎng)使用的打樁機(jī)、夯實(shí)機(jī)需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝和調(diào)試,組裝的過程中也需要遵循相應(yīng)規(guī)范來進(jìn)行,控制好各節(jié)點(diǎn)安裝質(zhì)量的檢查工作,打樁機(jī)的中心點(diǎn)和控制點(diǎn)之間的偏差值不能超過5mm。(3)在設(shè)備使用過程中,也需要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢查,該工程中使用到的水泥土擠密樁數(shù)量較多,為加快工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度,許多設(shè)備都處于高負(fù)荷工作狀態(tài),這也需要在日常工作中做好養(yǎng)護(hù)工作,包括每日工作結(jié)束后清洗干凈打樁機(jī)、夯實(shí)機(jī)外部附著污漬,并且定期進(jìn)行一次系統(tǒng)養(yǎng)護(hù),更換損壞和老化元件,從而維持設(shè)備正常的工作狀態(tài),達(dá)到預(yù)期的施工質(zhì)量要求。
3.4.1 結(jié)構(gòu)成孔階段
在結(jié)構(gòu)成孔階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:(1)在鉆機(jī)順利就位后,需要將鉆機(jī)鉆頭中心和樁位點(diǎn)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn),考慮到打樁機(jī)的自重較大,結(jié)合濕陷性黃土的基本特征,也需要做好樁點(diǎn)位置基礎(chǔ)點(diǎn)的加固工作,該工程項(xiàng)目的施工中會(huì)使用混凝土來對(duì)基礎(chǔ)面進(jìn)行簡(jiǎn)單加固,同時(shí)簡(jiǎn)單平整和夯擊基礎(chǔ)面,以此來確保結(jié)構(gòu)成孔環(huán)境,加快相關(guān)活動(dòng)的推進(jìn)速度。(2)在擠密樁大面積作業(yè)前,也需要先進(jìn)行試樁作業(yè),在具體的試樁實(shí)驗(yàn)中,需要設(shè)計(jì)單位、甲方單位、檢測(cè)單位和施工單位共同進(jìn)行監(jiān)督,等待實(shí)驗(yàn)工作結(jié)束后相應(yīng)報(bào)告也會(huì)提交給對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)單位,等待其最終審核并通過后,可以進(jìn)入到大面積樁施工階段。(3)在沖擊成孔的過程中,樁機(jī)的機(jī)身需要保持平穩(wěn)和垂直的狀態(tài),過程中也需要做好質(zhì)量監(jiān)督工作,對(duì)于發(fā)現(xiàn)的垂直度偏差、孔徑過小、孔深不足等問題,也會(huì)及時(shí)采取措施進(jìn)行處理,等待所有問題順利解決后,可進(jìn)入到下一作業(yè)階段。
3.4.2 驗(yàn)孔和清孔階段
等待樁孔順利成型后,進(jìn)入到驗(yàn)孔和清孔階段,在該階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:(1)等待成孔工作順利結(jié)束后,需要及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)孔作業(yè),此時(shí)樁孔的深度已經(jīng)順利達(dá)到了持力層以下,此時(shí)會(huì)使用鋼尺來對(duì)樁孔直徑進(jìn)行檢測(cè),若不能達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求,也需要利用水泥回填夯實(shí)等方法進(jìn)行重新成孔施工,等待其質(zhì)量滿足要求后才可以進(jìn)入下一作業(yè)環(huán)節(jié)。(2)在驗(yàn)孔的過程中如果遇到了塌孔問題,那么此時(shí)回填的混合料也需要進(jìn)行復(fù)打成孔作業(yè),直到質(zhì)量滿足要求并經(jīng)過監(jiān)理驗(yàn)收合格后,可以進(jìn)入到下一道作業(yè)工序當(dāng)中。(3)在成孔質(zhì)量檢查中,也需要明確具體的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),該工程項(xiàng)目的施工中,對(duì)于成樁孔的垂直度允許差值為±1%,而樁孔中心距的允許偏差值不能超過樁間距的5%,等待所有驗(yàn)收工作均滿足要求后,可進(jìn)入到下一作業(yè)階段,以提高作業(yè)結(jié)果的合理性。
3.5.1 原材料質(zhì)量控制
在質(zhì)量控制活動(dòng)中,基礎(chǔ)工作內(nèi)容便是做好原材料質(zhì)量控制,具體的控制要點(diǎn)如下:(1)遵循相應(yīng)建設(shè)規(guī)范,參考該地區(qū)的基礎(chǔ)情況,選擇相匹配的水泥土材料。在該工程項(xiàng)目的施工中,將粉質(zhì)粘土作為主要的施工材料,材料粒徑不超過15mm,并且所使用材料的配比控制在3:7,結(jié)合該區(qū)域氣候條件,所使用水泥土的含水率需要控制在最佳含水率±2%范圍內(nèi),以滿足相應(yīng)的使用要求。(2)在樁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中,也會(huì)使用到素土材料,該工程項(xiàng)目施工過程中,由于樁結(jié)構(gòu)總量較多,因此在施工活動(dòng)中會(huì)將部分打樁鉆孔產(chǎn)出土方、外部采購二類土作為此次施工時(shí)的重要材料。對(duì)于打樁鉆孔產(chǎn)出土方,會(huì)選擇與二類土性質(zhì)一致的材料,以滿足相應(yīng)的使用要求。(3)所有原材料質(zhì)量檢查結(jié)果也會(huì)形成相應(yīng)的檢查報(bào)告,遞交給監(jiān)理人員進(jìn)行核查,確認(rèn)其滿足要求后才可以進(jìn)行使用,避免不合理材料混入影響作業(yè)質(zhì)量的情況。
3.5.2 填料拌制質(zhì)量控制
在填料拌制質(zhì)量控制環(huán)節(jié),應(yīng)注意以下作業(yè)內(nèi)容:(1)做好室內(nèi)配比試驗(yàn)工作,為了降低該工程項(xiàng)目成本支出,會(huì)使用部分已開挖的粉質(zhì)黏土作為施工材料,而且在應(yīng)用中也需要做好配比試驗(yàn),在試驗(yàn)中需要對(duì)不同水泥摻入量情況下,對(duì)于無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影像情況,并以此為基礎(chǔ)來確定最優(yōu)化的含水率和最大密度,從而得到準(zhǔn)確的配合比分析數(shù)據(jù)。(2)水泥土擠密樁在具體作業(yè)中也需要加強(qiáng)填料攪拌過程控制,在水泥土的具體攪拌中,需要先將相應(yīng)比例的原材料進(jìn)行干拌處理,攪拌時(shí)間控制在40s左右,隨后向其中添加其他材料,并對(duì)各類材料進(jìn)行濕拌和處理,時(shí)間總長(zhǎng)度不超過2min,版惡化結(jié)束后需要對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行檢查,等待其參數(shù)滿足施工要求后,才可以進(jìn)行應(yīng)用。(3)結(jié)合該地區(qū)濕陷性黃土的基本特征,按要求進(jìn)行拌和的水泥土需要按要求盡快完成回填,避免混凝土凝結(jié)影響到最終的施工質(zhì)量。
在回填夯實(shí)階段的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:(1)工程施工期間使用人工填料的方式進(jìn)行施工,這也要求參與施工人員專業(yè)水平處于較高狀態(tài),以達(dá)到預(yù)期的施工效果。在回填過程中選擇分層回填的方法進(jìn)行施工,單次回填土厚度不超過800mm。在操作過程中,會(huì)利用小型鏟車來輔助施工,鏟車底部也會(huì)添加模板材料,單次鏟起的土體厚度不能超過0.1m,搭配人工輔助填料的方法,確?;靥詈穸鹊暮侠硇浴#?)做好夯實(shí)過程的質(zhì)量控制,在具體的施工活動(dòng)中,需要先利用夯機(jī)對(duì)鉆孔底部進(jìn)行夯實(shí)處理,隨后再進(jìn)行其他層結(jié)構(gòu)的夯擊。在此過程中夯機(jī)的落錘高度應(yīng)控制在4.0m以上,為確保每次夯擊結(jié)果的可靠性,會(huì)統(tǒng)一確定具體的落錘高度,如果所使用的夯機(jī)為一噸規(guī)格,那么過程中遵循“一輕九重”的順序進(jìn)行夯擊,若所使用的夯機(jī)為兩噸規(guī)格,那么過程中遵循兩輕四重的順序進(jìn)行夯擊,控制好相應(yīng)的夯擊次數(shù),完成夯擊工作后樁直徑不小于0.50m,滿足要求后可進(jìn)入下一作業(yè)要求。
3.7.1 取樣階段
在結(jié)構(gòu)順利成型之后,進(jìn)入到取樣實(shí)驗(yàn)階段,在取樣過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:(1)為了得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在實(shí)驗(yàn)中會(huì)采用隨機(jī)抽檢的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),基于相應(yīng)的檢測(cè)規(guī)范,在具體實(shí)踐中所需要抽檢的樁體數(shù)量不能少于總樁數(shù)量的1%(即不少于550根),為了更快地鎖定不合規(guī)區(qū)域,一般都會(huì)將該區(qū)域細(xì)分為若干分區(qū)域,每個(gè)區(qū)域選擇若干數(shù)量的樣本,以便于后續(xù)分析活動(dòng)的進(jìn)行。(2)在完成基礎(chǔ)取樣后也需要對(duì)樣本進(jìn)行編號(hào),如A區(qū)第一根擠密樁可以編號(hào)為A11,以此類推來完成其他參數(shù)的設(shè)計(jì),以達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用要求。在實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)利用到靜荷試驗(yàn),取樣點(diǎn)數(shù)量需要控制在3點(diǎn)以上,并且參考《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(JGJ106-2014)中的相關(guān)要求對(duì)取樣進(jìn)行預(yù)處理,以便于后續(xù)分析活動(dòng)的快速進(jìn)行。
3.7.2 檢驗(yàn)階段
進(jìn)入到樁體檢驗(yàn)階段后,其質(zhì)量的控制要求如下:(1)明確具體的檢測(cè)內(nèi)容,在具體實(shí)踐中的相關(guān)檢測(cè)項(xiàng)目和對(duì)應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如下:檢測(cè)樁體的壓實(shí)系數(shù),該濕陷性黃土施工時(shí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為平均值不小于0.97;平均擠密系數(shù),該濕陷性黃土施工時(shí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為平均值不小于0.93;最小樁間土擠密系數(shù),該濕陷性黃土施工時(shí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)值不小于0.88;④濕陷性系統(tǒng)數(shù),該濕陷性黃土施工時(shí)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)值不超過0.015。(2)在具體實(shí)踐中也會(huì)對(duì)施工允許偏差進(jìn)行計(jì)算,在具體的計(jì)算活動(dòng)中,具體的質(zhì)量要求如下:樁位縱橫向偏差值不能超過50mm;樁體結(jié)構(gòu)的垂直度偏差不能超過1%;樁體的有效直徑和樁長(zhǎng)需要滿足設(shè)計(jì)值要求,參考相應(yīng)的檢測(cè)規(guī)范進(jìn)行操作,以提高操作結(jié)果的合理性。
綜上所述,在濕陷性黃土地基的處理中,水泥土擠密樁具有良好的應(yīng)用價(jià)值,通過整理水泥擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用過程中需要注意的相關(guān)內(nèi)容,對(duì)于提高樁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量,加快后續(xù)工程作業(yè)進(jìn)度有著積極意義。