復合載體夯擴樁處理軟弱及溶洞地基

曹雙其

0 引言

復合載體夯擴樁是采用細長錘夯擊成孔,將護筒沉到設計標高后,細長錘將護筒底擊出一定深度,分批向孔內投入填充料和干硬性混凝土,反復夯實、擠密,在樁端形成復合載體,然后放置鋼筋籠,灌注混凝土樁身形成的一種樁。這種樁與其他同直徑灌注樁比較,具有突出的優點:1)樁的承載性狀好,單樁承載力較高,為相同樁長和樁徑的灌注樁承載力的2.5倍以上;2)夯擴體采用碎磚、碎石、塊石等價格十分低廉的建筑材料或建筑垃圾,故其造價低且有利于保護環境;3)在夯擴過程中填充料形成了良好的透水通道,使得夯擴體周圍影響范圍內土體快速固結,顯著提高了土體強度也相應提高了樁的承載力;4)施工機械輕便,機動靈活,且夯擴體施工質量易控制。故復合載體夯擴樁近年來在全國各地,尤其是在地基處理方面得到了廣泛運用。本文介紹了復合載體夯擴樁在實際工程中處理軟弱及溶洞地基,可為其他類似工程提供參考。

1 工程概述

某中學5層鋼筋混凝土框架結構教學樓,建筑面積約為7 000 m2。場地地質勘察結果如下:第①層為1.5 m～2.5 m人工填土;第②層為2 m～2.5 m耕植土;第③層為 2.5 m～3.5 m磚紅色粉質黏土;第④層為2.7 m～3.3 m黃褐色粉質黏土,其中含有黑色鐵質礦物(基礎設計時選用此層為持力層);第④層以下為黃色砂土。場地局部在地下5 m～7 m范圍內有軟弱土層及小溶洞,勘察此處時沒有巖芯或鉆頭突然下沉。詳細勘察后發現軟弱層及溶洞的規模均較小。經建設單位和設計單位詳細論證后,決定采用長6 m～8 m、直徑400 mm的復合載體夯擴樁對軟弱層及溶洞進行處理。

2 復合載體夯擴樁施工工藝

2.1 復合載體夯擴樁基本概況

本工程復合載體夯擴樁的基本情況如下:

1)細長錘直徑300 mm,長3 000 mm,重4 t;2)填充料采用碎石、黏土磚以及少量建筑垃圾;3)復合載體由0.5 m3干硬性混凝土填充料、擠密土體和影響土體組成,如圖1所示。

2.2 施工工藝與三擊貫入度

1)三通一平→2)放線定位→3)移機就位(保持護筒的垂直)→4)夯錘成孔→5)對護筒施壓,使護筒底與錘底平齊→6)重復4)和5),將護筒沉到預定深度→7)提起夯錘,投入填充料(控制每次投入的量)→8)填充料夯實后,連續夯擊三次,并測三擊貫入度(三擊總貫入度應滿足設計要求,如果不滿足設計要求,重復7)和8))→9)投入干硬性混凝土,并夯擊(控制每次投入量)→10)放入鋼筋籠并灌注混凝土樁身→11)拔出護筒并振搗混凝土。

2.3 施工要點

1)保持樁位的偏差在規范規定的范圍內(≤150 mm);

2)護筒在就位及下沉的過程中要始終保持垂直;

3)確保填充料數量,夯擊收錘時,錘擊出護筒深度大于50 cm以上,以確保夯擴體有足夠的厚度和橫向尺寸;

4)夯錘的提升高度要滿足相應要求;

5)三擊貫入度不超過100 mm;

6)控制每次干硬性混凝土(C30)投入量,并確保干硬性混凝土填充料的總量不少于0.3 m3～1 m3;

7)確保鋼筋籠加工質量,籠徑不足,影響抗壓和抗水平力;籠徑過大,則容易在拔護筒過程中使鋼筋籠上浮;

8)樁身混凝土的粗骨料的粒徑為20 mm～40 mm;混凝土攪拌均勻;坍落度宜為60 mm～100 mm;為改善混凝土的性能,可添加外加劑;當樁不長時,樁身混凝土可一次灌滿后拔出護筒,當樁較長時,宜分段灌注;混凝土頂面高出樁頂的余量,應按設計要求確定;上部樁身混凝土應該用振搗棒振搗,如果樁身較長,也可在護筒頂部設置振動器來振實混凝土;

9)采用合理的夯擴順序,以確保相鄰復合載體不會相互影響。本工程中,對所有樁進行編號,按編號的順序進行樁的施工,能夠保證在3 d內不會對一根樁有施工影響;

10)拔出護筒時,要注意勻速,防止鋼筋籠偏位及樁身頸縮。

3 軟弱土層及溶洞的處理方法

3.1 軟弱土層的處理

經詳細勘察,軟弱土層的厚度為0.4 m～1.5 m。主要采用以下兩種處理方法:

1)當軟弱土層在較淺位置時,讓樁身穿過軟弱層,復合載體落在持力層上;

2)當軟弱土層在較深位置時,讓樁身穿過部分軟弱層,通過多加填充料和干硬性混凝土擴大復合載體的尺寸,復合載體還是落在持力層上。處理方法如圖2所示。

在該項目中有7根樁按方法一施工,共投入黏土磚約380塊、干硬性混凝土約0.5 m3;有4根樁按方法二施工,共投入黏土磚800塊～2 800塊、干硬性混凝土0.8 m3～1.3 m3。

3.2 溶洞的處理

經詳細勘察,在本場地內有兩個小溶洞,溶洞深約1 m。處理方法:將護筒沉到一定位置后,用夯錘將溶洞擊穿→將護筒下沉并穿過溶洞→投入填充料及干硬性混凝土→放入鋼筋籠澆搗混凝土(護筒不拔出),如圖3所示。

留在溶洞中的護筒相當于樁身的模板,使樁身混凝土成型,同時可以使樁身形成約束混凝土,提高樁身的承載力。本項目中共有兩根樁采用此方法處理溶洞。

4 單樁完整性及承載力檢測

樁澆筑完工三周后,根據JGJ/T 135-2001復合載體夯擴樁設計規程,采用低應變動測法對20%的樁進行了完整性檢測,檢測結果表明,所有樁基完整性較好,沒有出現頸縮等明顯缺陷。采用靜荷載試驗對3根樁進行了豎向承載力檢測,3根樁最大加載為430 kN,總沉降量僅為十幾毫米,回彈量為4 mm～5 mm,回彈率達30%～40%,說明該樁還未達到極限狀態,仍處于彈塑性工作狀態。

5 結語

處理軟弱地基及小溶洞方法有很多,但復合載體夯擴樁是一種利用價格低廉的建筑材料或建筑垃圾等來處理軟弱地基及溶洞,是一種施工方便、有效且經濟的處理方法。本文提出的利用復合載體夯擴樁處理軟弱地基及小溶洞的方法可為其他類似工程提供參考。

[1] 沈保漢.復合載體夯擴樁[J].施工技術,2002,31(2):51-58.

[2] 仇凱斌,介玉新,李廣信,等.復合載體夯擴樁承載力性狀有限元分析[J].工程力學,2002,19(3):90-94.

[3] JGJ/T 135-2001,復合載體夯擴樁設計規程[S].