碎石樁在軟土地基加固處理中的應(yīng)用

摘要:碎石樁法是指在地基中設(shè)置由碎石組成的豎向樁體,設(shè)置碎石樁后樁體與樁間土形成復(fù)合地基,碎石樁對(duì)地基土起置換作用,以提高地基承載力和減少沉降,從而達(dá)到地基處理的目的。文章結(jié)合工程實(shí)際情況,介紹了碎石樁在軟土地基加固處理中應(yīng)用及錘擊法碎石樁施工工藝。

關(guān)鍵詞:軟土地基;排土法碎石樁;復(fù)合地基土承載力

中圖分類號(hào):TV74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)33-0132-02

柳州市某房地產(chǎn)開發(fā)公司擬建的一棟商住樓,樓高七層,占地面積40.50×12.0m2,基礎(chǔ)采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)(淺基礎(chǔ)),磚混結(jié)構(gòu),該商住樓基礎(chǔ)持力層為第③層可塑狀粉質(zhì)黏土,其承載力特征值fak=180kPa(設(shè)計(jì)值);由柳州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì),廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院提供的《巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》。但該商住樓西段原為地勢(shì)低洼的魚塘,后經(jīng)人工回填,結(jié)構(gòu)松散,該回填土平均厚度為3.0～5.0 m,最大厚度約7.0 m;該樓基礎(chǔ)持力層埋深在4.0～5.0m,但局部最大埋深達(dá)17m。為了節(jié)約工程成本,縮短工期,業(yè)主召集設(shè)計(jì)、勘察、施工等單位進(jìn)行研討,提出如下兩種方案:(1)大開挖基礎(chǔ),即采用土方施工機(jī)械進(jìn)行挖掘至基礎(chǔ)持力層,對(duì)于局部持力層埋深大的范圍,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(大開挖至5.0m后),采用鋼筋混凝土或毛石混凝土回填至地面。但由于該擬建商住樓西面、南面距既有建筑物較近,加上地表水水位淺,其邊坡自穩(wěn)定性差,基坑大開挖坑壁極易坍塌,因此在基礎(chǔ)大開挖前,必須采取基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。(2)對(duì)原魚塘范圍內(nèi)的基礎(chǔ)底部以下、持力層以上的軟弱地基土進(jìn)行加固處理,使其承載力特征值fak≥180kPa,以滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)綜合考慮工程造價(jià)和工期等因素,業(yè)主決定選擇第二種方案。我公司受業(yè)主委托,承擔(dān)了該樓軟土地基加固處理施工任務(wù)。

我院2008年9月10日進(jìn)場(chǎng),采用碎石樁對(duì)該軟土地基進(jìn)行加固處理,受停水停電影響,10月15日完工,共完成碎石樁450根,樁孔累計(jì)進(jìn)尺3024.20m,總的理論灌注量301.65m3,實(shí)際灌注量588m3。經(jīng)檢測(cè),碎石樁樁體承載力特征值fpk=400kPa,處理后樁間土承載力特征值fsk=180kPa,加固后形成的復(fù)合地基土承載力特征值fspk=195.6kPa,滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

一、工程概況

(一)施工場(chǎng)地基本情況

施工場(chǎng)地基本平整,但場(chǎng)地內(nèi)堆放有較多建筑材料,且地下障礙物如舊基礎(chǔ)等較多,給施工帶來較大困難;施工場(chǎng)地南面12.50m處為一幢七層居民樓,西面12.00m處為一幢七層居民樓,與既有建筑物距離較近。

(二)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

1.地形地貌。施工場(chǎng)地宏觀地貌屬柳江河二級(jí)階地,地形呈北高南低,B棟的西南角原為積水魚塘,因建房平整回填后,場(chǎng)地相對(duì)平坦。

2.巖土工程地質(zhì)特征。根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料,場(chǎng)地內(nèi)各巖土層由上而下依次分述如下:

第①層雜填土(Qml):灰～灰黑色,主要由黏土、煤灰、煤渣、片石、磚塊等建筑垃圾組成,結(jié)構(gòu)松散。該層可分為上下兩個(gè)亞層:上部主要由混凝土地板、煤渣、片石、磚塊及粘土組成,呈軟塑狀,層厚1.0～2.0m;下部主要由煤灰、淤泥、淤泥質(zhì)黏土組成,呈流塑—軟塑狀,富含有機(jī)質(zhì)土,具腥臭味;層厚0.80～7.00m,厚度變化較大,堆填時(shí)間約5～8年,未完成自重固結(jié),該亞層主要分布在原魚塘范圍內(nèi),其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)為1～2擊,其承載力特征值fak=60～80kPa。

第②層軟塑狀粉質(zhì)黏土(Qal):灰黃、灰綠色,土質(zhì)均勻,土體飽水、呈軟塑狀,巖芯變形,無搖振反應(yīng),干強(qiáng)度及韌性低。該層頂面埋深7.00m,揭露厚度2.00m。該層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)為5擊,其承載力特征值fak=130kPa。

第③層可塑狀粉質(zhì)黏土(Qal):棕黃、灰黃色,呈可塑狀,局部呈硬塑狀;土體結(jié)構(gòu)較致密,土質(zhì)均勻,切口粗糙,手搓具輕微砂感,粉粒含量自上而下漸高,韌性及干強(qiáng)度中等,無搖振反應(yīng)。頂面埋深0.80～9.00m,揭露厚度5.00～11.60m。該土層壓縮系數(shù)(a1-2)為0.31～0.24MPa-1,平均值為0.28MPa-1,屬中壓縮性土,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)錘擊數(shù)為6～15擊,其承載力特征值fak=180kPa。

3.場(chǎng)地內(nèi)水文地質(zhì)條件。該場(chǎng)地內(nèi)地下水主要為上層滯水,地下水初見水位埋深為0.5～1.0m,穩(wěn)定水位埋深為1.20～1.50m,屬上層滯水,水量小,主要接受大氣降水和地表排污水的入滲補(bǔ)給。該地下水的水質(zhì)類型為HCO-3 __Na+型,其pH值為8.40,對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

二、碎石樁加固機(jī)理與樁間距、置換率等技術(shù)參數(shù)的確定

(一)碎石樁加固機(jī)理

碎石樁加固機(jī)理:本工程軟土地基加固擬采用排土法碎石樁,即通過成樁機(jī)械將不良地基土強(qiáng)制排出,并采用碎石進(jìn)行置換,而對(duì)樁間土擠密效果不明顯,在地基中形成具有密實(shí)度高、直徑大的碎石樁體,它與原地基土構(gòu)成復(fù)合地基,共同承擔(dān)上部荷載。

(二)樁間距、置換率等技術(shù)參數(shù)的確定

1.根據(jù)加固處理后復(fù)合地基承載力特征值fspk=180kPa要求,結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn),預(yù)計(jì)樁體承載力fpk=450kPa,參照振沖樁公式fspk=mfpk+(1-m)fsk 和m=d2/de2確定置換率。式中fspk—振沖樁復(fù)合地基承載力特征值(kPa);fpk—樁體承載力特證值(kPa);fsk—處理后樁間土承載力特征值(kPa),取天然地基承載力特征值,fsk=60kPa;m—樁土面積置換率;d—樁身平均直徑(m),取0.50m;de—單樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑(m)。經(jīng)計(jì)算,m=30.8%,de=0.90m。

2.按等邊三角形布樁,則樁間距s按公式de=1.05s計(jì)算得,s=0.95m。

三、碎石樁的施工技術(shù)

(一)加固范圍的確定

根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求,碎石樁加固范圍應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和場(chǎng)地條件及基礎(chǔ)類型進(jìn)行確定,本工程采用獨(dú)立和條形基礎(chǔ),因此加固范圍為基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1排。

(二)樁位布置與確定

樁位布置:因本工程基礎(chǔ)采用獨(dú)立和條形基礎(chǔ),故采用等腰三角形布置;樁位確定:根據(jù)甲方提供的擬建建筑物四個(gè)角點(diǎn)及各軸線位置,采用經(jīng)緯儀和鋼卷尺測(cè)放各軸線,采用鋼卷尺測(cè)量放樁位,樁位測(cè)量允許偏差2cm。

(三)施工順序

因該施工場(chǎng)地距既有建筑物較近,結(jié)合本工程實(shí)際情況,碎石樁施工順序采用背離既有建筑物方向進(jìn)行施工。

(四)加固深度

碎石樁加固深度:樁端進(jìn)入持力層1.0m以上且樁長(zhǎng)不小于4.0m。

(五)成孔技術(shù)

1.鉆機(jī)就位安裝:鉆機(jī)就位安裝時(shí),保持取土器和沉管垂直于地面,對(duì)準(zhǔn)樁位,樁位允許偏差控制在5cm范圍內(nèi),設(shè)備安裝水平、穩(wěn)固、周正,并保證施工中不發(fā)生移位。

2.成孔方法:由于施工場(chǎng)地內(nèi)上層滯水水位高、回填土厚度大,為確保成孔質(zhì)量,采用沖擊取土、跟管鉆進(jìn)方法成孔,樁孔直徑不小于Φ500mm。

3.成孔深度:根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料,樁端進(jìn)入持力層1m以上,并保證樁長(zhǎng)不小于4m。施工過程中,樁端進(jìn)入持力層后,由乙方通知勘察單位對(duì)取上巖(土)樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鑒別與確認(rèn),確保樁端進(jìn)入持力層深度滿足設(shè)計(jì)要求。

4.成孔質(zhì)量檢查驗(yàn)收:樁孔深度滿足設(shè)計(jì)要求后,由現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員對(duì)樁孔直徑、深度、樁端進(jìn)入持力層深度、垂直度等檢查驗(yàn)收,其中樁孔垂直度允許偏差小于1%。

(六)成樁技術(shù)

1.碎石擠密樁成樁材料:采用柳州市樓梯山采石場(chǎng)生產(chǎn)的2～4cm的碎石,含石粉或泥量≤5%。

2.碎石擠密樁成樁方法:采用自下而上、分層夯實(shí)成樁的方法進(jìn)行。為確保樁身碎石密實(shí),每填充厚30～50cm 的碎石,用夯錘(500㎏)、落距5～8m進(jìn)行夯實(shí),錘擊數(shù)8～12擊。為確保樁身碎石樁不受樁外淤泥等雜質(zhì)浸染,當(dāng)下一樁段碎石夯實(shí)好后,在鋼護(hù)壁管內(nèi)再加碎石夯實(shí)0.8～1.0m方能將管往上拔0.5m,后進(jìn)行上一段樁孔碎石的夯實(shí),采用連續(xù)加料錘擊夯實(shí);當(dāng)貫入碎石夯實(shí)成樁的高度超過鋼護(hù)壁管的長(zhǎng)度時(shí),往管內(nèi)再加入0.5m碎石后方能拆卸護(hù)壁管。同時(shí)在樁頂加夯實(shí)0.5～1.0m的碎石,防止因拔管造成密實(shí)碎石樁松動(dòng)和縮徑。

(七)施工注意事項(xiàng)

1.為保證樁位的準(zhǔn)確性,測(cè)量定孔位時(shí)應(yīng)按有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行,嚴(yán)格控制其允許偏差;同時(shí)在安裝和施工過程中發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)移位或偏差時(shí),應(yīng)及時(shí)糾正。

2.保證樁孔的垂直度,在安裝和施工過程中經(jīng)常檢查鉆機(jī)是否水平、周正;沉管時(shí)應(yīng)校正是否垂直,嚴(yán)格控制樁孔垂直度偏差。

3.樁端應(yīng)進(jìn)入持力層1.0m以上并保證樁長(zhǎng)不小于4.0m,如遇樁端持力層巖性無法判別時(shí),應(yīng)及時(shí)通知勘察單位對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)鑒別與確認(rèn)。終孔驗(yàn)收時(shí),應(yīng)檢查樁端入巖深度和樁長(zhǎng)是否滿足設(shè)計(jì)要求;樁孔深度在滿足樁長(zhǎng)和入巖要求同時(shí)應(yīng)盡可能少地破壞原狀地基土。

4.在碎石夯實(shí)成樁過程中,應(yīng)采取分層夯實(shí),通常情況每次灌入30～50cm碎石,夯擊8～10錘;特殊情況下,每層最多灌入不得超過100cm,同時(shí)增加夯實(shí)錘擊數(shù)。

5.在碎石夯實(shí)成樁過程中,應(yīng)盡量保持夯實(shí)成樁的連續(xù)性。

6.夯實(shí)成樁過程中,套管內(nèi)的碎石料應(yīng)保持一定的高度;同時(shí)每段成樁不要過大,如發(fā)生排碎石不暢時(shí)可適當(dāng)加大拔管高度。

7.為確保樁頂樁身強(qiáng)度和因拔出沉管造成樁身松動(dòng)或縮徑,應(yīng)超灌一定高度的碎石。

8.碎石樁施工前期,應(yīng)根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求進(jìn)行試樁,對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,并應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù),如樁間距增加或減少,以滿足設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)合理性的要求。

9.碎石樁施工過程中,還應(yīng)適當(dāng)抽檢,并應(yīng)根據(jù)抽檢結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工技術(shù)或設(shè)計(jì)參數(shù)。

10.當(dāng)樁身縮徑造成碎石灌入量未能達(dá)到設(shè)計(jì)灌入量時(shí),應(yīng)在該樁附近補(bǔ)1根樁。

四、碎石樁加固效果檢測(cè)

據(jù)檢測(cè)單位提供的檢測(cè)報(bào)告,碎石擠密樁加固效果檢測(cè)樁身采用重型圓錐動(dòng)力觸探原位測(cè)試手段進(jìn)行,檢測(cè)結(jié)果:碎石樁樁體承載力特征值fpk=400kPa;樁間土采用標(biāo)貫、重型圓錐動(dòng)力觸探等原位測(cè)試手段進(jìn)行,檢測(cè)結(jié)果:承載力特征值fsk=180kPa。加固處理后形成的復(fù)合地基承載力大幅度提高,其承載力特征值fspk=195.6kPa,滿足設(shè)計(jì)要求。

五、施工體會(huì)

1.排土法碎石樁加固施工工藝簡(jiǎn)單,操作方便,工程成本低;但施工工期稍長(zhǎng)些。若采用振沖擠密法碎石樁,可適當(dāng)縮短工期。

2.碎石樁在軟弱地基土加固處理中的加固效果明顯,由碎石樁及其周圍的土體共同承擔(dān)上部建筑物的載荷,但必須做好褥墊層。

參考文獻(xiàn)

[1]葉觀寶著.地基加固新技術(shù)(第二版)[M].2002.

作者簡(jiǎn)介:陳萬鴻(1968- ),廣西貴港人,廣西水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院工程師,研究方向:鉆孔灌注樁、軟土地基加固、深基坑支護(hù)等施工技術(shù)與管理。