粉砂及圓礫土層條件下長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術(shù)

粉砂及圓礫土層條件下長螺旋鉆孔壓灌樁施工技術(shù)摘要本文用工程實例給出長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁在粉砂及圓礫土層條件下的設(shè)計、施工與措施，取得滿意效果，表明該樁型在粉砂及圓礫土層條件下有明顯的經(jīng)濟和社會效益。

關(guān)鍵詞長螺旋鉆孔；壓灌混凝土樁；粉砂及圓礫土層

1工程與地質(zhì)概況

長沙東方劍橋商住小區(qū)位于長沙市天心區(qū)新中路立交橋位置，北靠京廣鐵路，西臨芙蓉南路，東側(cè)為已建成入住的天鴻安置小區(qū)，小區(qū)為磚混7層結(jié)構(gòu)。商住小區(qū)總體規(guī)劃為2層地下室，4棟主體，1#棟為商住兩用樓，2#、3#、4#棟為住宅樓，小區(qū)地下室平面呈不規(guī)則多邊形，各邊長為57.15m，192m，49.8m，183m。計劃2012年10月竣工交付業(yè)主，該小區(qū)地理位置顯著，外部形象要求高，質(zhì)量要求高，工期緊。

場區(qū)巖土工程勘察報告表明，該場區(qū)位于長沙市天心區(qū)，區(qū)內(nèi)已建有防洪排澇體系，不會被洪水淹沒；也不具備暴發(fā)山洪及泥石流的地質(zhì)條件。擬建場地及周邊一定范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)影響其穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用，場地穩(wěn)定，適宜建筑。在勘察深度范圍內(nèi)，地基土上部為人工填土（qml），中部為耕植土（qpd），下部為第四系沖洪積層（qal+pl），根據(jù)其成因、土性及強度變化，地基土可分為三層組六層，各層土的基本力學(xué)性質(zhì)情況見表1。

表1各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標

層號 土層名稱 層厚

（m） 狀態(tài) 層頂標高（m） 含水量

w（%） 孔隙比

（e） fak

（kpa） es

(mpa)

① 人工填土 0-7.6 松散

② 耕植土 0.8-2.5 松散 48.12-52.06 24.5 0.769 120 6

③ 含礫粉砂 0.8-12.5 中密 46.92-50.90 200 *20

④ 粉砂 0-33.2 中密 36.36-49.70 200 *20

⑤ 圓礫 0-32.9 中密~密實 14.02-42.89 250 *30

⑥ 卵石 中密~密實 15.05-33.09 350 *35

2基礎(chǔ)選型分析

2.1高層建筑物基礎(chǔ)方案

根據(jù)勘察結(jié)果，擬建場地內(nèi)人工填土層分布在場地的南北兩端，厚度不均，層底標高介于48.12~52.06m，地下室底板標高53.00m，不具備采用天然地基的條件，故應(yīng)采用樁基礎(chǔ)。從經(jīng)濟節(jié)約、技術(shù)可行上考慮，結(jié)合場地地質(zhì)狀況，擬建建筑物宜采用預(yù)應(yīng)力管樁或長螺旋鉆孔灌注樁。若采用預(yù)應(yīng)力管樁，由于圓礫為中密狀態(tài)，且含有大直徑卵石、偶含漂石；預(yù)應(yīng)力管樁在穿越圓礫時難度很大，設(shè)計樁長難以得到保證，需采用預(yù)鉆孔等輔助措施施工，成樁成本高；若采用長螺旋鉆孔灌注樁，遇大直徑卵石或漂石時雖有一定的困難，但在類似場地施工較為合適可行。綜上所述，擬建高層建筑物均為2+23f~2+33f層，設(shè)計室內(nèi)地坪標高為62.20m，地下室底板標高為53.00m。建議1棟采用圓礫⑤為樁基持力層，建議2、3、4棟采用粉砂④為樁基持力層，建議采用長螺旋鉆孔壓灌樁施工。各擬建建筑物樁基礎(chǔ)的具體樁長及樁端持力層的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求而定。樁基施工前，建議通過試樁確定單樁承載力及基樁的適應(yīng)性。

2.2地下室基礎(chǔ)方案

擬建場地內(nèi)設(shè)二層整體地下室，負一層地下室層高4.20m，負二層地下室層高3.90m，底板厚0.4m，地下室底板面標高為53.00m，地下室荷載相對較小。根據(jù)勘察結(jié)果，底板土層為人工填土，不能直接將人工填土作為地下室基礎(chǔ)的持力層。在擬建建筑物部分的地下室可利用建筑物的基礎(chǔ)，建議對地下室底板采取結(jié)構(gòu)措施。對純地下室的部分，建議采用樁基礎(chǔ)以粉砂④或圓礫⑤為樁基持力層。

2.3成樁可行性及環(huán)境影響

根據(jù)勘察結(jié)果，擬建場地內(nèi)人工填土層厚度變化大，結(jié)構(gòu)松散：粉砂層稍密~中密狀態(tài)，濕~飽和；圓礫層中密狀態(tài)，濕~飽和，不均勻且偶見大直徑卵石；卵石層中密~密實狀態(tài)，濕~飽和，偶遇漂石。預(yù)應(yīng)力管樁在穿越圓礫、卵石時難度大，樁長難以保證，且擬建場地東側(cè)為居民區(qū)，南鄰鐵道學(xué)院，預(yù)應(yīng)力管樁施工時噪音大，對周邊居民及學(xué)校師生的生活帶來較大的不利影響；人工挖孔灌注樁在人工填土層、砂土及碎石土層施工時易出現(xiàn)垮孔的情況，中砂層有產(chǎn)生“流沙”現(xiàn)象的可能，若采用人工挖孔灌注樁，樁長普遍較長（大于15m），樁身質(zhì)量和人員安全難以得到保證；長螺旋鉆孔壓灌樁在遇到大直徑卵石密集段或漂石時雖有一定難度，但相對于其他樁型可行性較高。

3長螺旋鉆孔壓灌樁設(shè)計與施工

3.1設(shè)計

為得到長螺旋鉆孔壓灌樁的設(shè)計參數(shù)，同時檢驗長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁施工工藝，機械性能，核對地質(zhì)資料，在工程樁正式施工前，建設(shè)單位委托幾家施工單位進行試樁施工，其靜載試驗結(jié)果統(tǒng)計見表2：

表2試樁檢測結(jié)果匯總表

試樁號 樁徑

（mm） 有效樁長

（m） 最大加載值（kn） 最大沉降量（mm） 單樁極限承載力（kn）

1 800 14.5 4000 44.54 3600

2 800 16.5 4000 45.41 3600

通過試樁檢驗結(jié)果，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)型式荷載情況，經(jīng)調(diào)整后設(shè)計參數(shù)見表3：

表3工程樁設(shè)計概要表

單樁持力層 樁徑（mm） 樁長（m） 主筋 樁身混凝土強度等級 樁身混凝土充盈系數(shù) 樁數(shù)量 備注

圓礫層 600 ＞20 1216 c30 ≥1.45 1303根 用于1棟主樓部分

粉砂層 800 ＞20 1216 c30 ≥1.45 用于2~4棟主樓部分

粉砂層 800 ＞15 1416 c30 ≥1.45 336根 用于裙樓部分

3.2施工工藝及特點

長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁是采用長螺旋樁機鉆孔，用混凝土輸送泵帶壓灌注樁身混凝土的新樁型。由于它具有獨特的優(yōu)越性，近些年來，在長沙地區(qū)迅速推廣應(yīng)用，該樁型具有極其廣闊的發(fā)展前途。

長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁的工藝流程如下：

測放樁位→鉆機對位→干作業(yè)成孔→成孔至設(shè)計孔深停鉆、鉆具留與孔內(nèi)→通過混凝土輸送泵壓送混凝土→邊泵壓邊提升鉆具→成樁→鉆機移位、清理孔口→起吊鋼筋籠及其振動送籠器→邊下邊振鋼筋籠至設(shè)計孔深→提升并繼續(xù)振動送籠器及孔口。

長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁成樁過程中由于高壓（3-5mpa）泵送混凝土，故對樁周土有一定擠壓密實作用，與其他各種傳統(tǒng)樁型相比，具有以下顯著的特點：

（1）承載力高。該成樁工藝決定了其樁身類似于糖葫蘆狀，充盈系數(shù)比其他樁型大（均大于1.30）?？扇珮堕L發(fā)揮樁側(cè)摩阻力，同時有效地利用樁身上下各部分土層。

（2）樁身質(zhì)量穩(wěn)定。本樁型施工工藝簡單，鉆具提升速度與混凝土泵送量相匹配，再加上振送鋼筋籠過程中對混凝土的振密作用，因此樁身混凝土完整，樁身實測直徑一般比設(shè)計直徑大10%以上。

（3）施工速度快。長螺旋樁機是一種一機多能的新型鉆機設(shè)備，底盤采用全液壓步履式行走，液壓馬達驅(qū)動360°回轉(zhuǎn)，移孔就位快捷準確，自動化程度高，操作簡單，動力大（功率90kw以上），成孔速度快，對于一般土層，若孔深20.0m左右，樁徑600mm，那么每臺樁機每天可施工20-30根。

（4）環(huán)保型工藝。長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁由于依靠螺旋鉆具切削土層干作業(yè)成孔，無振動，低噪音，低污染，擠土效應(yīng)小，對周圍建筑物基礎(chǔ)無影響。

（5）經(jīng)濟性。長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁成樁速度快，工期短，而且承載力高，樁徑變化可大可小，一般為350-600mm，這樣特別適合多層及小高層建筑物，充分發(fā)揮樁基承臺、土共同作用，有效控制樁基承臺混凝土用量，因此綜合工程造價低，有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

4針對本工程施工的主要技術(shù)措施

工程樁從2011年1月7日開始，4月24日結(jié)束，順利完成4棟主樓及裙樓1639根工程樁。由于施工期雨季不斷，且場地地面土為淤泥。施工前及施工中采取回填建筑垃圾來穩(wěn)固長螺旋樁機的做法，但由于長螺旋樁機自重大，達40噸以上，為保證樁機行走安全和確保樁身垂直度，在場地局部土質(zhì)差的區(qū)域鋪設(shè)12mm厚的鋼板，確保了施工的順利進行。同時，根據(jù)本場區(qū)人工填土和耕植土埋深平均9m左右，且落雨后土質(zhì)面層變?yōu)橛倌噘|(zhì)土的特點，為防止樁身上部混凝土下陷可能引起的鋼筋籠下沉，在施工前特制定以下措施：

①施工要求跳打，兩樁間距必須大于3倍樁徑以上方可施工；②在泵送混凝土過程中，鉆具提升速度要與泵壓值、泵壓混凝土量相結(jié)合，尤其在淤泥質(zhì)土中，要嚴格按操作規(guī)程提升鉆桿；③在下籠后用不小于16#的鐵絲吊在鋼筋籠上，竹桿橫穿鐵絲架于樁孔上，防止鋼筋籠下沉。

5檢測情況與沉降分析

樁基礎(chǔ)施工完成后共對12根工程樁進行了單樁靜載荷試驗，并對492根工程樁進行了低應(yīng)變檢測。靜載試驗中對三種不同單樁承載力的工程樁都進行了單樁靜載試驗，靜載試驗結(jié)果見表4，可以看出均滿足設(shè)計要求。

表4單樁靜載試驗結(jié)果

工程樁號 樁徑

（mm） 設(shè)計承載力特征值（kn） 最大加載值（kn） 單樁極限承載力（kn） 最大沉降量（mm）

32# 600 2100 4200 4200 12.78

195# 600 1400 2800 2800 11.24

208# 800 1700 3400 3400 10.66

209# 600 1400 2800 2800 11.99

219# 600 1400 2800 2800 10.70

94# 600 2100 4200 4200 19.06

110# 600 2100 4200 4200 18.99

2# 600 1400 2800 2800 11.31

102# 600 1400 2800 2800 13.06

50# 600 1400 2800 2800 12.70

314# 800 1700 3400 3400 12.91

471# 800 1700 3400 3400 19.69

同時，492根低應(yīng)變測試樁中，ⅰ類樁438根，ⅱ類樁54根，無ⅲ、ⅳ類樁。

商住小區(qū)地下室頂板分兩次澆筑，最后一塊頂板于2011年8月2日澆筑完畢，沉降觀測按《工程測量規(guī)范》gb50026-2007進行，1#棟設(shè)觀測點8個，2#棟設(shè)觀測點10個，3#棟設(shè)觀測點10個，4#棟設(shè)觀測點8個。2011年8月1日首次觀測，商住樓竣工交付后繼續(xù)觀測，目前對1#棟、2#棟、3#棟和4#棟已按規(guī)范要求進行了觀測，累計沉降分別為3.102mm、2.913mm、2.876mm與1.936mm，平均沉降速率均已低于0.02mm/日，滿足規(guī)范允許要求。根據(jù)沉降觀測結(jié)果，可以得出該地質(zhì)條件下，長螺旋鉆孔壓灌樁能滿足建筑物使用要求。

6結(jié)語

本工程表明，在上部土質(zhì)松散，下部持力層為粉砂層，圓礫層的情況下，樁基型式采用長螺旋鉆孔壓灌混凝土樁，施工中采取有效措施可完全滿足設(shè)計要求。

本樁基與其他樁型相比，為建設(shè)單位節(jié)省綜合投資1000萬元以上，樁基單項工期提前最少兩個月，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

參考文獻：

[1]建筑施工手冊(第四版)編寫組.建筑施工手冊(第四版)[m].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2003.architectureconstructionmanual(thefourthedition)preparedbythegroup.architectureconstructionmanual(thefourthedition)[m].beijing:chinaarchitecture&buildingpress,2003.(inchinese)

[2]中華人民共和國行業(yè)標準