在高層建筑基礎(chǔ)施工中人工挖孔樁結(jié)合高壓旋噴樁的應(yīng)用

[摘要]:人工挖孔樁和高壓旋噴樁是各具特點(diǎn)的基礎(chǔ)施工方法,各有施工針對(duì)性和適用性。當(dāng)高層建筑工程基礎(chǔ)施工遇到困難工程地質(zhì),如巖溶地質(zhì)、地下水豐富狀況,單一樁基形式無(wú)法滿意施工要求。通過(guò)將人工挖孔樁和高壓旋噴樁相結(jié)合,發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),勝利完成了困難工程地質(zhì)下的基礎(chǔ)工程施工。

巖溶地質(zhì)作為一種危害較大的工程地質(zhì)類型在巖溶地區(qū)工程建設(shè)中常會(huì)遇見(jiàn),在巖溶地質(zhì)條件下修建建筑物一般充分考慮巖溶發(fā)育程度和建筑物等級(jí)狀況進(jìn)行建筑規(guī)劃優(yōu)化設(shè)計(jì),巖溶地區(qū)基礎(chǔ)多采納淺基,以此將持力層設(shè)置在巖體上部性能較好的土層中,但在實(shí)際工程建設(shè)中,由于城市規(guī)劃建設(shè)須要或受工程地質(zhì)勘察遺漏等因素影響,高層建筑有時(shí)會(huì)坐落在巖溶發(fā)育區(qū)域上,而高層建筑樁基作為深基礎(chǔ)形式在高層建筑中廣泛應(yīng)用,單一樁基形式在工程地質(zhì)較好狀況具有施工便利、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、工藝成熟的優(yōu)點(diǎn),但在困難工程地質(zhì)如巖溶地質(zhì)、地下水豐富狀況下無(wú)法滿意施工要求,更多須要應(yīng)用復(fù)合樁基。

一、工程概況廣州暨南花園高層建筑,地下一層地上28層,設(shè)計(jì)基礎(chǔ)采納人工挖孔樁,直徑為112～118m。共61根樁,設(shè)計(jì)為端承樁,樁平面布置,持力層為中風(fēng)化基巖層。

①灰黑色,含有少量礫石和腐植物,厚014～110m。

②淤泥質(zhì)土:黑色,軟塑狀,厚111～310m。

③黏土:黃褐色,可塑、部分硬塑狀,厚211～412m。

④粉質(zhì)黏土:黃褐色,含有少量礫石,可塑、部分硬塑狀,厚119～715m。

⑤含礫粗砂:灰褐色,含有少量礫石,厚115～315m。

⑥角礫巖:礫石為灰色,主要成分為灰?guī)r,泥沙質(zhì)含量約10%,鐵鈣質(zhì)膠結(jié)。⑦灰?guī)r:深灰、灰色,致密堅(jiān)硬,隱晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。

地下水位狀況:該場(chǎng)地地下水主要為上層滯水和孔隙潛水,其來(lái)源為地表水和大氣降水。

施工先開(kāi)挖地下室土方至地下室底板下,預(yù)留樁位澆筑墊層,進(jìn)行人工挖孔樁施工。11月下旬起先孔樁工,正值江河枯水季節(jié),6號(hào)軸線以南孔樁粉土、砂層較薄,黏土層分布較厚,人工挖孔樁進(jìn)展順當(dāng)。但

5號(hào)軸線以北因粉土砂層分布較厚,地下水豐富,人工挖孔樁成孔過(guò)程中,由于土層受到擾動(dòng),粉土、細(xì)砂伴隨水流涌出,水泵抽水常常將粉土、細(xì)砂抽出,常常把水泵燒壞,成孔特別困難,且護(hù)壁很難成型支護(hù)。因此

6號(hào)軸線以南孔樁基本上在次年2月份全部終孔,并澆筑完成孔樁。F號(hào)軸線以北孔樁因施工困難、塌孔嚴(yán)峻只完成6個(gè)孔樁,還?？?H、5H、6H、7H、8H、4G、5G、6G、7G、8G八個(gè)孔樁未完成,其中3個(gè)孔無(wú)法達(dá)到持力層,5個(gè)孔還未開(kāi)挖。至3月份雨水增多,江河水位上漲,透水性良好的砂土層和礫砂層與河流水貫穿,地下水愈加豐富。

經(jīng)建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方會(huì)商后改機(jī)械鉆孔樁成孔施工,但在施工孔7H孔時(shí)發(fā)覺(jué)該樁位以下有溶洞,并發(fā)生卡鉆、夾鉆、鉆孔偏斜,漏漿塌孔事故,無(wú)法正常終孔。后經(jīng)補(bǔ)充勘察,發(fā)覺(jué)該地層狀況于原報(bào)告有出入,在孔6H、7H、8H、6G、7G、8G孔在持力層巖層有局部溶洞出現(xiàn)。該地域基巖面起伏大,溶蝕劇烈,溶洞、溶槽、溶溝、溶蝕裂隙極發(fā)育,厚度大。

二、巖溶探測(cè)形式選擇

2.1.1地質(zhì)雷達(dá)探查該方法是一種有效的探查溶洞方法,但探查費(fèi)用較高。

2.1.2采納常規(guī)勘察鉆鉆探探查雖然也能探查地基中的溶洞,但要做到不遺漏,則鉆孔密度要大,從而鉆孔數(shù)量及總進(jìn)尺相對(duì)較大。

由于鉆探單價(jià)較高,所需勘測(cè)費(fèi)用也較大。鉆探機(jī)具進(jìn)出場(chǎng)及孔間搬遷也比較費(fèi)事。另外鉆探機(jī)具基本無(wú)法平安吊放孔中,操作難度較大,因孔徑較大,還可能須要封孔處理。

2.1.3超前鉆巖風(fēng)鉆探查超前鉆雖然不能取芯,但在鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆在巖石、土和空洞中時(shí)有明顯不同的鉆進(jìn)感覺(jué),可以探查溶洞。

依據(jù)類似地層的施工閱歷,超前鉆孔的深度一般可以達(dá)到10m,最深14m。另外超前風(fēng)鉆機(jī)具輕巧,進(jìn)出場(chǎng)及孔間搬遷簡(jiǎn)潔,鉆孔單價(jià)較低,鉆孔密度可以較大,鉆進(jìn)速度也較快。經(jīng)過(guò)以上勘探方案比較,確定采納超前風(fēng)鉆勘察探測(cè)。

三、樁端持力巖層平安厚度的確定巖溶區(qū)樁端持力巖層平安厚度(hf+h)的影響因素眾多,其中hf為入巖最小深度,一般取015m;h為持力層最小厚度。目前我國(guó)現(xiàn)行各設(shè)計(jì)規(guī)范尚未對(duì)此有明確的規(guī)定。建筑樁基技術(shù)規(guī)范規(guī)定,當(dāng)存在軟下臥層時(shí),樁基以下硬持力層厚度一般不宜小于5倍的樁徑。

通過(guò)多篇文獻(xiàn)報(bào)道和工程實(shí)踐證明,該計(jì)算過(guò)于保守。

本工程計(jì)算模型是將持力巖層視為一剛性底板,其上作用一垂直荷載,此時(shí)底板可能出現(xiàn)沖切、剪切和彎拉破壞。依據(jù)溶洞頂板的沖切破壞可近似求算巖層持力層厚度。溶洞頂板內(nèi)樁基沖切的計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2,這里按鋼筋混凝土板受沖切構(gòu)件公式計(jì)算持力層最小厚度h。

KP=01595ftdπh(h+d)(設(shè)應(yīng)力擴(kuò)散角α=45°)式中,ftd為基巖的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,ftd=018MPa;K為抗沖切平安系數(shù)(給定);P為樁底處的豎向力;d為樁基直徑;h為持力層最小厚度。

依據(jù)上述公式驗(yàn)算即可求解持力層最小厚度,一般狀況下樁端以下作為持力層的厚度大約為215～310倍樁徑。對(duì)于溶洞頂板厚度滿意要求的孔樁,頂板可做持力層,可不作處理。如計(jì)算厚度不能滿意要求,則要進(jìn)一步進(jìn)行處理。

四、復(fù)合樁基設(shè)計(jì)采納挖孔樁結(jié)合高壓旋噴樁復(fù)合樁基施工工藝。

4.1.1人工挖孔樁結(jié)合外圍高壓旋噴樁在人工挖孔樁外圍基巖上部進(jìn)行高壓旋噴樁施工,施工平面布置如圖3(孔樁孔徑118m)。在基巖上部形成防滲高噴圍護(hù)筒式墻,作為止水帷幕隔絕與地下水的聯(lián)系,將坍塌量局限在肯定范圍,保證挖孔樁正常進(jìn)行。

4.1.2人工挖孔樁結(jié)合樁基高壓旋噴樁用旋噴方法處理樁基下溶洞,施工平面布置見(jiàn)圖4。在巖溶頂板以下的溶洞層段,以高壓將水和水泥漿從噴嘴中噴射出來(lái),沖擊破壞溶洞內(nèi)的后期充填物本論文由無(wú)憂論文網(wǎng)和弱膠結(jié)物,一些顆粒隨沖洗液溢出地面,其余部分與漿液攪拌混合,有規(guī)律地重新排列與堅(jiān)硬巖石骨架緊密膠結(jié),充填密實(shí)形成密實(shí)的復(fù)合地基。

4.1.3人工挖孔樁結(jié)合樁基高壓旋噴樁加鋼構(gòu)件如經(jīng)旋噴樁處理后的樁基不能滿意設(shè)計(jì)要求,可在孔樁基礎(chǔ)上等角布置三個(gè)鉆孔,穿透溶洞入完整基巖,灌漿,置放鋼軌或無(wú)縫鋼管等鋼構(gòu)件,形成旋噴體加鋼構(gòu)件結(jié)合人工挖孔樁復(fù)合樁基,將完整基巖、旋噴體、人工挖孔樁連成一個(gè)整體,有效地將荷載傳遞給基巖,增加地基強(qiáng)度。其鋼構(gòu)件置放規(guī)格數(shù)量可通過(guò)下式計(jì)算鋼構(gòu)件的截面積:

Ag>(FK-ARa)Pσg

式中,Ag為鋼構(gòu)件截面積;A為旋噴體截面積;F為設(shè)計(jì)荷載;K為平安系數(shù);Ra為旋噴體單軸極限抗壓強(qiáng)度;σg為鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)強(qiáng)度。再由鋼構(gòu)件的截面積,可計(jì)算出構(gòu)件的規(guī)格和數(shù)量。

五、施工步驟

1)先施工孔樁外圍旋噴樁?？讟渡喜客鈬龂姌堕_(kāi)孔,鉆孔,鉆至基巖,將鉆頭換成噴漿噴頭,插入孔內(nèi)啟動(dòng)高壓水泥漿泵,按規(guī)定提速噴漿形成旋噴體,相鄰兩孔間隔24h高壓旋噴,最終形成封閉圓筒狀防滲帷幕墻。

2)人工挖孔樁施工。上部旋噴帷幕墻施工完成后,進(jìn)行人工挖孔樁施工,依據(jù)人工挖孔樁操作規(guī)程挖至基巖面,再運(yùn)用超前鉆在基巖面等角三點(diǎn)布孔,鉆孔,探明完整基巖層厚度。如厚度符合設(shè)計(jì)要求,則進(jìn)行孔樁按設(shè)計(jì)要求入巖,終孔,封底,下放鋼筋籠,澆筑樁芯混凝土。

3)樁基高壓旋噴樁施工。如孔樁基巖厚度不能滿意設(shè)計(jì)要求,下臥有溶洞,則進(jìn)行孔樁基礎(chǔ)旋噴樁施工,先施工中心樁,全孔復(fù)噴兩次,使孔樁直徑增大。后施工外圍基礎(chǔ)旋噴樁,外圍旋噴樁相鄰兩樁施工間隔時(shí)間為24h。

4)孔樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測(cè)。待孔樁基礎(chǔ)達(dá)到養(yǎng)護(hù)時(shí)間后,進(jìn)行抽芯檢測(cè),如不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求則采納鋼構(gòu)件加旋噴樁補(bǔ)強(qiáng)處理,如達(dá)到設(shè)計(jì)要求,則下放鋼筋籠澆筑樁芯,完成基礎(chǔ)施工。