大直徑素混凝土灌注樁復合地基在高層建筑地基加固中的應用

王　榮,　任　刃，　朱 金 衛

(中國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合地基在高層建筑地基加固中的應用

王榮,任刃，朱 金 衛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都610072)

摘要：以成都市成華區龍潭寺片區中國電建地產開發的“美立方”項目為例 ，結合其地層特點 ，詳細介紹了采用旋挖成孔工藝的大直徑素混凝土樁復合地基的設計 、施工和檢測過程，可對類似地層地基加固提供一定的經驗借鑒。

關鍵詞：大直徑；素混凝土灌注置換樁；復合地基 ；旋挖成孔；檢測

1工程概述

該項目場地位于成都市成華區成華大道以南、三環路以西、龍潭E線以北、龍潭立交與城南立交之間、龍潭工業園對面(三環路內側)，場地地理位置優越，交通便利。擬建場地建設凈用地面積約為44 505.03m2，規劃總建筑面積約為171 517.19m2，總容積率為3，總建筑密度為22%。該項目由8棟高層建筑、6棟低層商業建筑及純地下室部分組成，均為全現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，結構抗震設防烈度為7度，地基基礎設計為甲級。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地質情況

2.1工程地質情況

場地上覆第四系人工填土(Q4ml)，其下由第四系中下更新統冰水堆積(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，為近期場地內拆遷平整場地而成，場地內部分地段有分布，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，場區普遍分布，層厚0.5～5.1m。

2.1.2第四系中下更新統冰水堆積層(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～堅硬，無搖震反應，稍有光澤，干強度及韌性高，含氧化鐵、鐵錳質及灰白色高嶺土等，部分地段含有少量鈣質結核，部分鉆孔中該層底部夾有泥巖塊。該層部分地段裂隙較發育，裂隙面充填灰白色礦物。場地內均有分布，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～堅硬狀粘土之上，此次勘察僅在4、5號鉆孔中有揭露，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，頂部多呈強風化狀，其下為中～微風化，一般粒徑為2～15cm，大者可達20cm以上，卵石含量約為50%～55%，卵石層隙間充填物質以粘性土、砂粒、礫石為主。場地內大部分地段有分布，局部地段缺失，鉆探揭露層厚為0.9～4.5m。

2.1.3白堊系上統灌口組(K2g)

泥巖：紫紅色，泥質結構，薄～厚層狀構造，泥質膠結，產狀水平，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，標高為487.41～493.71m，高差為6.3m，有一定的起伏。據鉆孔揭露，按風化程度可分為強風化、中等風化。

(1)強風化泥巖：風化裂隙很發育，巖芯呈碎塊狀(局部夾短柱狀)，該層在場地內普遍分布，厚度為1.8～5.3m。

(2)中等風化泥巖：巖芯呈柱狀，裂隙較發育，巖體較完整。其頂板埋深18.7～21.5m，標高485.4～488.88m。

2.2水文地質情況

勘察期間屬于平水期，場地內各鉆孔未見地下水分布，但根據區域水文地質資料得知，場地內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，主要受大氣降水補給，對工程影響不大。

(2)基巖裂隙水：主要賦存于泥巖中，透水性差，分布不廣，無統一地下水位并具有承壓性的特點，水量主要受基巖裂隙發育程度、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。

場地環境類別為Ⅲ類，屬弱透水層。

3地基加固方案的選擇

由于擬建場地要求的地基承載力較高 ，可采用的地基形式有：應力管樁、CFG樁、樁筏基礎和大直徑素混凝土樁復合地基。由于所設計的地下室底板至強風化泥巖粉砂巖底板平均距離達10m以上 ，其間包括第四系松散土層和全風化泥質粉砂巖層。若打入式預應力管樁以中等風化的泥巖或中等風化的泥質粉砂巖作為樁端持力層成樁難度較大(經現場試驗性施工得到證實)。若采用CFG樁，在經初設樁位布置后，樁間距過密，成樁施工困難且綜合造價偏高。若采用樁筏基礎則總體造價更高，且施工周期長。

經比選分析后認為：采用大直徑、素混凝土灌注置換樁復合地基進行處理，技術方案完全可行，經濟上亦較為合理，也能滿足本項目工期需要，因此，決定采用此方案，根據實際情況采用旋挖機械成樁工藝。

4大直徑素混凝土灌注樁造孔及質量控制

4.1成孔

采用旋挖鉆成孔。旋挖鉆進是利用旋挖鉆桿上的液壓馬達往下壓并利用扭矩旋轉，使旋挖鉆頭擠壓并旋轉切入土體，而將被破碎的巖體直接裝入鉆頭內，然后再由鉆機提升裝置和伸縮式鉆桿提出孔外卸土，如此循環往復，不斷地取土卸土，直至鉆至設計深度。對于提出孔外的鉆渣，采用裝載機運走。

(1)鉆孔前，調平鉆機，保持鉆機垂直穩固。開鉆前將鉆頭著地，進尺深度調整為零。

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

(3)不同地質條件采取不同類別的旋挖鉆機鉆頭施工： 細砂、中砂、礫砂、角礫土、圓礫土及強風化層可采用筒式鉆頭。

(4)當鉆桿充滿鉆渣后，停止下壓及回旋，逆時針方向轉動動力頭，稍向下送行，關閉鉆頭，回轉底蓋，緩慢上提鉆頭，避免鉆頭碰撞孔壁。提離孔口后，鉆機自身旋轉至棄渣土，用動力頭頂壓頂桿，將底蓋打開，傾卸鉆渣，然后關閉底蓋，旋回孔位，對準孔位慢慢將鉆頭放至孔底鉆孔，重復進行。當出現鉆桿跳動、鉆機搖晃、鉆進時無進尺等異常情況時，立即停機提鉆檢查，待查明原因妥善處理后再行鉆進，直至鉆至設計深度。

(5)清孔后提出鉆頭，由質檢員和工程監理員進行孔徑、孔深、垂直度檢測，驗收合格后，移走鉆機，蓋好蓋板，進行下道工序施工。

4.2成孔質量和沉渣檢查

(1)成孔質量檢查方法。

成孔質量檢測的方法主要為圓環測孔法(常規測法)。成孔后采用圓環測孔法測試樁成孔質量。

圓環測孔法的基本原理是在所成孔內利用鉛絲下鋼筋圓環，鉛絲吊點位于鋼筋圓環中間，利用鉛絲線的垂直傾斜角測定成孔質量。該方法快速簡便，為常用的成孔檢測方法。

(2)沉渣檢查方法。

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

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

測餅測試沉渣法是將兩條測繩頂端分別系上測餅和測針，同時將測餅和測針放入孔底，再同時將測餅和測針提起，兩條測繩之間的差即為沉渣厚度。

4.3清孔

鉆至設計標高時用帶有活門的筒形鉆頭清理沉渣。在灌注混凝土導管安放完成后，對孔深、孔底的沉渣等進行復測。如果孔底沉渣的厚度超出規定、大于50mm時，進行第二次清孔，只有待測定孔底沉渣的厚度≤50mm，方可停止清孔。

4.4混凝土的灌注

樁體混凝土的設計強度等級為C20。本工程采用成都市岷濤商品混凝土有限公司生產的普通商品混凝土，施工順序如下：

(1)在澆筑混凝土前，將樁內的水用水泵抽干。

(2)將導管下到離樁底2m以內的地方。

(3)灌注混凝土。

應連續不斷灌注混凝土，嚴禁中途停工。在灌注過程中，應經常用測錘探測混凝土面的上升高度并適時提升、逐級拆卸導管。

(4)振搗。

混凝土每上升1m，選擇3個點振搗密實，快插慢提，振搗時間不宜過長。

(5)混凝土灌注時間：混凝土灌注的上升速度不得小于2m/h。

(6)樁頂的灌注標高及樁頂處理。

樁頂的灌注標高按照設計要求且應高于設計標高0.5m，以便清除樁頂部的浮漿渣層。樁頂灌注完畢，應立即探測樁頂面的實際標高，采用帶有標尺的鋼桿判斷樁頂的混凝土面。

5復合地基檢測

5.1檢測方法

(1)素混凝土樁復合地基施工2～3周后進行承載力檢測；

(2)復合地基承載力檢測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和樁間土淺層平板荷載試驗，數量不少于總樁數的1%，且不少于3根。

(3)樁體的完整性可用小應變進行測試，檢測數量為每棟樁總樁數的10%。

(4)對樁體質量及孔底沉渣控制采用鉆芯法檢測，檢測數量為每棟樁總樁數的10%，且不少于10根。

(5)如其承載力不能滿足設計要求時，應查明原因并采取補救措施或及時會同設計單位及相關單位進行基礎調整。

5.2檢測結果分析

“美立方“項目施工完后進行了全樁小應變試驗、基本試驗及驗收試驗。小應變試驗全部合格，根據檢測報告P-S曲線、Q-S曲線和S-Lgt曲線進行分析得知：復合地基承載力滿足設計要求。

表1　單樁及復合地基承載力靜載試驗匯總表

6結語

工程實踐和現場測試表明：在成都東郊及類似地區采用大直徑素混凝土灌注置換樁復合地基的設計和旋挖施工工藝是可行的，對工期和節約投資具有明顯的效果。

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

參考文獻：

[1]龔曉南，復合地基理論及工程應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

王榮(1981-)，男，四川中江人，項目經理，工程師，從事水利水電、房屋建筑地基與基礎工程施工技術與管理工作；

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

朱金衛(1987-)，男，重慶市人，項目經理，助理工程師，從事房屋建筑地基與基礎工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-03-08

文章編號:1001-2184(2015)04-0098-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TU47;TU753.3;TU753.8

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