超長沖擊錘樁在風(fēng)化巖層地基的應(yīng)用

呂善勇，謝春，崔婧瑞，劉洪剛，莊小杰 ，宋志波

（中國建筑一局（集團）有限公司，北京 100161）

1 工程概況

景寧東方廣場工程位于浙江省麗水市景寧畬族自治縣，東至環(huán)城東路西側(cè)，南至建設(shè)路、工會、職高，西至人民中路，北至復(fù)興東路。場地整體東高西底，用地面積約為53943.28m2，總建筑面積為260022.32m2。布局上以兩層商業(yè)為基面，宜居式住宅為主體，在場地西面建設(shè)花園洋房，中間為高層住宅5棟，G1#樓29層，G2#樓 30層，G3#樓 33層，G4#樓 15 層，G5#樓18層，最高結(jié)構(gòu)高度為97.7m，東南角為雙拼住宅，±0.00標(biāo)高為200.4m，設(shè)1～4層地下室，地下室底板標(biāo)高為183.50m。

本工程樁基采用超長沖擊錘樁基，工程樁數(shù)共943根，樁徑有 1000mm（234根）、900mm（146根）、800mm（413根）、700mm（150根）共四種，入巖進入強風(fēng)化花崗巖4～2～2層不小于4～5m和進入中風(fēng)化花崗巖4～3層不小于1m。所有有效樁長根據(jù)設(shè)計提供的參數(shù)范圍和巖芯樣品雙控判定，樁身混凝土為水下混凝土，強度等級為C35。

2 沖擊錘樁施工

2.1 地形地貌及氣象水文

場區(qū)地勢開闊，上部地層為第四系全新統(tǒng)稱素填土、粉質(zhì)黏土及卵石，基底巖性為燕山期花崗巖。經(jīng)測定現(xiàn)地面高程介于185.28～207.40m之間。

景寧畬族自治縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫17.5℃，最熱月（7月）平均氣溫27.7℃，最冷月（1月）平均氣溫6.6℃，極端最高氣溫40.5℃，極端最低氣-8.3℃，年平均降水量1542.7mm，無霜期241天，日照1774.4h。

2.2 地基土的構(gòu)成與分布特征

根據(jù)巖土勘察地質(zhì)報告顯示，地層結(jié)構(gòu)、巖性特征、埋藏條件及物理力學(xué)性質(zhì)，在勘探深度范圍內(nèi)，劃分為4個工程地質(zhì)層，共7個工程地質(zhì)亞層。G1#樓和G2#樓局部整體卵石含量大、粒徑大到50cm。現(xiàn)自上而下分述如下。

①填土

雜色，松散。主要由碎石、卵石及少量砂土組成。卵石粒徑5～10cm，個別20cm，含量約60～70%。本層物理力學(xué)性質(zhì)差，基本全場分布。層厚0.50～7.80m。采芯率55～70%，圓錐動力觸探試驗N63.5=6.9～40.9擊。

②粉質(zhì)黏土

灰、灰黃色，可塑，稍濕～濕，無層理，切面粗糙，砂含量約20～30%，干強度低，韌性低。本層物理力學(xué)性質(zhì)一般，基本全場分布。層頂埋深0.60～4.00m，層厚1.80～10.30m。采芯率75%～85%，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N=7.0～9.0擊。

③卵石

淺灰色，中密～密實，稍濕～濕。粒徑2.0～10.0cm含量約65%，亞圓狀，個別粒徑達20cm，成分以凝灰?guī)r為主，其余為砂及少量黏性土充填。本層物理力學(xué)性質(zhì)較好，除場地東南角外全場分布。層頂埋深4.20～8.60m，層厚 2.20～10.00m。采芯率 60-70%，圓錐動力觸探試驗N63.5=6.6～106.4擊。

④-1全風(fēng)化花崗巖

灰黃色，硬塑。巖石風(fēng)化強烈，巖芯呈砂土狀，原巖結(jié)構(gòu)模糊不清，手掰易散。本層物理力學(xué)性質(zhì)一般，全場分布。層頂埋深0.50～14.00m，層厚0.80～19.50m。采芯率40～60%，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N=12.0-50.0擊，圓錐動力觸探試驗N63.5=8.5-18.0擊。

④-2-1強風(fēng)化花崗巖

灰黃色，稍硬。巖石風(fēng)化強烈，巖芯呈砂土狀，原巖結(jié)構(gòu)稍具，手掰不易散。本層物理力學(xué)性質(zhì)較好，全場分布。層頂埋深 9.70～32.00m，層厚 2.00～33.00m。采芯率40～70%，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。圓錐動力觸探試驗N63.5=8.9-60.1擊。

④-2-2強風(fēng)化花崗巖

淺灰色，較硬。花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石完整性差，巖性呈碎塊狀，少量砂土狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，見鐵錳質(zhì)渲染，敲擊聲啞。本層物理力學(xué)性質(zhì)較好，主要在場地南側(cè)分布。層頂埋深 10.20～40.00m，層厚4.00～23.00m。RQD值15%～30%，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。圓錐動力觸探試驗N63.5=10.3-36.0擊。

④-3中風(fēng)化花崗巖

淺灰色，堅硬。花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石完整性較差，巖性呈碎塊狀，少量短柱狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，敲擊聲脆。本層物理力學(xué)性質(zhì)好，分布場地深部。層頂埋深 27.00～41.00m，揭露厚度 1.00～9.40m。RQD 值40～80%，巖石單軸飽和抗壓強度為31.50～76.4MPa，單軸飽和抗壓強度平均值為51.2MPa，屬較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

根據(jù)設(shè)計要求對該工程ZK15#～ZK115#共5個鉆孔進行了單孔波速測試，其目的是為了測定各巖土層的剪切波波速、判別飽和粉土、砂土的液化情況、確定場地地基土類型與場地類別。

ZK15、ZK22、ZK63鉆孔地質(zhì)柱狀分層表 表1

ZK68、ZK15 鉆孔地質(zhì)柱狀分層表 表2

2.3 工程特點及難點

該施工技術(shù)主要驗證了在景寧畬族自治縣當(dāng)?shù)仫L(fēng)化花崗巖層地質(zhì)條件下，超深、大直徑?jīng)_擊錘樁的施工技術(shù)控制，該超深、大直徑?jīng)_擊錘樁技術(shù)難點如下：

①成孔難度大。本工程樁基基底持力層為風(fēng)化巖層，樁體成孔難度大，在實際錘擊成孔施工中，進入巖層區(qū)域?qū)用啃r純鉆進尺小于5cm～10cm，實際現(xiàn)場施工中成孔最困難的G3-93號樁用時長達13天，根據(jù)設(shè)計提供的參數(shù)范圍和巖芯樣品雙控判定，最終有效樁長達69m。

②根據(jù)地勘報告所在地質(zhì)層③卵石層，該層卵石為淺灰色，中密～密實，根據(jù)試成孔觀察，卵石粒徑2.0～20.0cm含量約 65%，亞圓狀，個別粒徑達50～70cm，層厚2.20～10.00m。使用該工藝時需要穿透該卵石層，需采用超長鋼護筒進行輔助施工，否則極易塌孔、卡錘。實際施工中也出現(xiàn)了多次卡錘現(xiàn)象。

③該工程處于縣城中心地段，周邊有學(xué)校、老年活動中心，工會等，環(huán)保噪聲要求特別高，因此施工前必須根據(jù)樁位圖、場地施工路線布置圖、地勘報告等資料設(shè)計出最合理、最節(jié)約時間的“S型、Z型”成樁順序圖，加快進度，最少化擾民。

④該工藝使用時需要泥漿護壁措施配合，控制泥漿濃度防止塌孔現(xiàn)象是非常重要的環(huán)節(jié)。施工中需要提前進行泥漿濃度試配，根據(jù)地勘報告將施工現(xiàn)場劃分多個區(qū)域，每個區(qū)域施工前均要提前試配，過程中根據(jù)需要進行調(diào)整。

⑤別墅區(qū)自然地為階梯狀，施工前需要根據(jù)階梯狀特點，進行場地整平，整平后標(biāo)高為200.1m、195.6m、193.5m、190.5m。需確保在施工中沖擊錘機施工安全，因該機械由多數(shù)小零件組裝而成，非常適合當(dāng)?shù)氐纳襟w階梯狀的地形特點，可自由裝載組裝。

2.4 樁機選型

根據(jù)相鄰工程成樁經(jīng)驗，機械沖擊成孔泥漿護壁的方式，具有振動及噪音相對較小，效率高，成本較低，不易塌孔的優(yōu)點，在麗水市景寧畬族自治縣當(dāng)?shù)貞?yīng)用已較為成熟，比較適宜在本場址使用。

根據(jù)麗水市景寧畬族自治縣目前的施工技術(shù)、設(shè)備能力結(jié)合本工程地質(zhì)水文情況，選用機械沖擊成孔施工是可行的。因此，本工程成樁方式選用機械沖擊成孔，泥漿護壁的方式。

2.5 沖擊錘樁施工工藝及控制要點

2.5.1 施工工藝流程（見圖1）

2.5.2 鉆進成孔

必須確保沖擊鉆機支架底座所處地面平整牢固，地基具有足夠的承載力，四周排水通暢，地基不會被輕易擾動，確保沖擊鉆機準(zhǔn)確無誤的與樁身中心重合，不發(fā)生偏移，鉆頭平穩(wěn)、不傾斜是成孔重點；需要組織專人在成孔過程中定期進行垂直度檢查，并形成檢查記錄；使用開口式截齒鉆頭，鉆壓參數(shù)選擇40kN，轉(zhuǎn)速30r/min，確保在巖石基層中順利鉆進。

2.5.3 沉渣厚度

本項目工程樁為樁端受力，根據(jù)設(shè)計文件及規(guī)范要求孔底成渣厚度不得大于50cm。清孔工作完成后，利用測繩從導(dǎo)管內(nèi)部放至孔底，測量出的成孔的深度，跟終孔時的深度進行差值計算，從而計算出當(dāng)前的沉渣厚度。在成渣允許范圍內(nèi)，方可進行后續(xù)樁身混凝土的澆筑。

2.5.4 混凝土灌注

在孔底沉渣厚度及成孔質(zhì)量檢查完成后，需立即進行樁身混凝土的灌注，根據(jù)規(guī)范要求，導(dǎo)管底部距離孔底需控制在30cm～50cm范圍內(nèi)，導(dǎo)管首次埋入混凝土澆筑面的深度不得小于1m，并且在澆筑過程中，導(dǎo)管進入澆筑面的深度需控制在2～6m范圍內(nèi)。

圖1 沖擊錘機施工工藝流程圖

采用內(nèi)徑為260mm鋼管作為澆筑導(dǎo)管，導(dǎo)管節(jié)長3m，并根據(jù)需要配備1節(jié)1.5m及1節(jié)1m的短導(dǎo)管。計算好首次澆筑量，使其形成一定的沖擊力，確保底部泥漿可以從底部擠出，在澆筑全過程中混凝土確保混凝土能夠連續(xù)澆筑，不得中途斷料以免影響樁身質(zhì)量。組織專人進行監(jiān)督導(dǎo)管內(nèi)部混凝土的下降和樁孔內(nèi)水位上升情況，按要求做好灌樁記錄。

3 成樁檢測

根據(jù)設(shè)計圖紙及相關(guān)規(guī)范要求，對本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110共計8根試樁進行了單樁豎向抗壓靜載試驗及樁身完成性檢測，檢測結(jié)果如下。

3.1 單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果（表3）

單樁靜載試驗結(jié)果 表3

根據(jù)本工程樁基抗壓靜載試驗Q-s曲線圖觀察發(fā)現(xiàn)：在試驗荷載作用下Q-s曲線圖基本呈現(xiàn)出緩慢變形，無明顯拐點，樁身變形均處于彈性變形階段，成樁效果較為理想。依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》JGJ106-2014的相關(guān)規(guī)定，本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110 共計 8根試樁單樁豎向抗壓極限承載力及對應(yīng)的沉降量均滿足本工程設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。

圖2 試樁Q-s曲線（I）

圖3 試樁Q-s曲線（II）

3.2 低應(yīng)變樁身完整性檢測結(jié)果（表4）

低應(yīng)變樁身完整性檢測結(jié)果 表4

根據(jù)試樁低應(yīng)變靜載試驗結(jié)果表明，本工程G4-12、G2-126、G1-23、G2-73、D-214#、G5-84、G5-53、D-110共計8根試樁樁身質(zhì)量評價均為完整，屬于一類樁，滿足本工程設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

景寧東方廣場項目地處山區(qū)，工程樁基底持力層為風(fēng)化花崗巖層，具有巖層埋深起伏大、風(fēng)化強烈、厚度大的特點，樁機成孔難度較大。結(jié)合本工程場地地質(zhì)、周邊環(huán)境及水文條件，經(jīng)綜合考慮選用沖擊錘成孔施工方案，并在施工過程中對鉆頭進行了多次改進，使得改進鉆頭具有垂直度高、軸向擺差小、經(jīng)濟耐用、焊接性能好的特點。實踐證明，沖擊錘樁基施工技術(shù)解決了工程樁在風(fēng)化花崗巖層中成孔難、施工工期長、樁身質(zhì)量難以保證的問題，為類似工程提供了寶貴的施工技術(shù)經(jīng)驗，具有一定的推廣應(yīng)用示范效果。