黃河灘區(qū)工程建設(shè)中粉噴樁地基的設(shè)計(jì)施工及檢測(cè)

周建偉 張建國(guó) 張文利 李鳳軍 陳文鵬

黃河灘區(qū)工程建設(shè)中粉噴樁地基的設(shè)計(jì)施工及檢測(cè)

周建偉 張建國(guó) 張文利 李鳳軍 陳文鵬

（黃河水利委員會(huì)山東水文水資源局 山東濟(jì)南 250100）

粉噴樁地基是高層建筑中一種新型的地基處理方法，它是一種柔性水泥土柱樁，利用樁與樁周土共同作用的結(jié)果而形成復(fù)合地基。特別適用于淤泥質(zhì)粘性土，淤泥、粘性土、砂性土和充填土軟土地基的加固。在設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)時(shí)，不僅要充分考慮到樁體自身，而且要對(duì)其樁周土作巖土工程綜合性評(píng)價(jià)。同時(shí)，對(duì)于完工后的樁基要作動(dòng)態(tài)檢測(cè)和靜載檢測(cè)，保證樁基的完整性，確保不發(fā)生斷樁，保證單樁承載力的設(shè)計(jì)數(shù)值。本文主要總結(jié)黃河灘區(qū)工程建設(shè)中粉噴樁地基技術(shù)及施工要求。

粉噴樁地基 技術(shù)施工 檢測(cè)

1 技術(shù)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》、《建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，在建筑場(chǎng)區(qū)內(nèi)要布置適當(dāng)數(shù)量的鉆探孔，孔深根據(jù)地質(zhì)條件確定，鉆探孔要包括技術(shù)孔和一般地質(zhì)孔。并采取原狀土樣，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。然后確定樁基設(shè)計(jì)中的有關(guān)數(shù)據(jù)。

1.1巖土工程評(píng)價(jià)的內(nèi)容

（1）區(qū)域氣候

區(qū)域氣候是了解建筑區(qū)情況的基礎(chǔ)，必須掌握年平均氣溫，年平均無霜期，結(jié)冰期長(zhǎng)短，年平均降雨量。年平均日照時(shí)數(shù)，相對(duì)濕度，最大凍土深度，最大日降雨量，最大雪壓。區(qū)域內(nèi)全年各風(fēng)向頻率。區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向，全年平均風(fēng)速，最大風(fēng)速，最大瞬時(shí)風(fēng)速，最大風(fēng)壓，最大瞬時(shí)風(fēng)壓等項(xiàng)目。

（2）地形、地貌及地下水

建筑區(qū)域的地形、地貌及地下水是樁基施工關(guān)鍵因素，要現(xiàn)場(chǎng)勘探區(qū)域內(nèi)的地下水埋藏情況，掌握地下水的主要補(bǔ)給來源和主要排泄方式。

（3）地層及物理力學(xué)性質(zhì)

對(duì)于勘測(cè)區(qū)域內(nèi)的地基土要分析逐層其物理力學(xué)性質(zhì)，了解各層的厚度，土質(zhì)顏色，含水情況，土質(zhì)的疏密程度，土層中所含礦物質(zhì)等。

（4）土層液化判定23

土層液化的判定主要分兩步進(jìn)行。第一步是初步判定，判斷依據(jù)主要是根據(jù)地基土的物理力學(xué)性質(zhì)和氣候情況及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)判斷；第二步采取貫入試驗(yàn)判斷。這是一個(gè)準(zhǔn)確驗(yàn)證飽和粉土的液化的方法，主要采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法進(jìn)行驗(yàn)證（N63.5< Ncr）。驗(yàn)證依據(jù)的公式為：

式中：

N63.5——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測(cè)值（未經(jīng)桿長(zhǎng)修正）；

Ncr——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；

N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊基準(zhǔn)值；

ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點(diǎn)深度（米）；

pc——粘粒含量百分率，當(dāng)小于3或?yàn)樯巴敛捎?。

（5）巖土工程的綜合性評(píng)價(jià)

巖土工程的綜合性評(píng)價(jià)主要是確定巖土各層土地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fK、側(cè)壁磨阻力標(biāo)準(zhǔn)值qai、端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qp，為設(shè)計(jì)單樁承載力提供數(shù)據(jù)。

1.2單樁承載力的確定

設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一個(gè)因素是單樁承載力的確定。一般采取下列兩式中的最小值。

式中：

R —單樁容許承載力，KN；

fcu—與樁身水泥土配方相同的室內(nèi)水泥試塊，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，90天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值，KPa;

Ap—樁的截面積；

η —樁身強(qiáng)度折減系數(shù)；

包含ENCRYPT.H，將ENCRYPT.LIB加入PROJECT。ENCRYPT.DLL接口說明如下。

UP—樁的周長(zhǎng)，m;

qai—樁周第i層土的容許摩擦力，KPa;

Li—樁周第i層土的厚度，m；

其中，在一些系數(shù)的取值則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)確定。一般η取值為0.35～0.40；fcu原則上由試驗(yàn)確定，一般取值為1200～1500 KPa；水泥摻量10%～15%，單樁承載力為120～160 KN（樁徑φ=600mm左右）。

2 樁基的布設(shè)及施工

2.1樁基布設(shè)

根據(jù)巖土工程的綜合性評(píng)價(jià)，依據(jù)粉噴樁地基的技術(shù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)建筑范圍內(nèi)的地基樁進(jìn)行布設(shè)，該項(xiàng)工作應(yīng)由設(shè)計(jì)部門完成。

2.2樁基施工

根據(jù)粉噴樁傳遞荷載規(guī)律，設(shè)計(jì)上均要求樁身上部（3～5）D范圍內(nèi)復(fù)攪、復(fù)噴（增加噴灰量1.5%左右），以加強(qiáng)樁身上部強(qiáng)度。樁身強(qiáng)度要與樁土間摩擦力及樁端承載力相匹配，根據(jù)研究成果認(rèn)為可選用樁端土承載力（α·qp·Ap），樁端天然地基土承載力折減系數(shù)α一般取值0.50,但在樁端質(zhì)量保證措施下，設(shè)計(jì)時(shí)α取值達(dá)到0.60，qp為樁端天然地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值。在施工中應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

在施工過程中，粉噴壓力的大小控制對(duì)樁基的質(zhì)量存在較大影響。對(duì)樁基所使用的空氣機(jī)的壓力并不需要很高，風(fēng)量也不宜太大，灰罐壓力應(yīng)根據(jù)噴灰量的要求一般掌握在比風(fēng)壓高0.02～0.05MPa左右。壓力過低，會(huì)因土的阻力導(dǎo)致粉灰出不來；壓力過高，粉灰就會(huì)在短距離內(nèi)全部噴射光，導(dǎo)致水泥超量，從而影響樁體的縱向均勻度，強(qiáng)度忽高忽低。在施工中，當(dāng)需要調(diào)壓時(shí)，應(yīng)將鉆機(jī)鉆至發(fā)現(xiàn)問題部位以下，并進(jìn)行空鉆，然后再調(diào)整壓力，等到壓力正常時(shí)，方可提升鉆機(jī)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是避免斷樁。否則就會(huì)出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

（2）水泥質(zhì)量與樁體強(qiáng)度

水泥是粉噴樁唯一固化材料，它的質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響樁體的強(qiáng)度。在施工前，一定要對(duì)水泥進(jìn)行質(zhì)檢，標(biāo)號(hào)要符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。施工中，對(duì)不同生產(chǎn)日期和不同廠家的水泥一般不能混用；使用水泥前，要使用過濾網(wǎng)，及時(shí)清除灰塊、雜物，避免影響施工質(zhì)量；要注意防雨、防潮、防變質(zhì)。

（3）噴灰的均勻度與樁體強(qiáng)度

由于土層的密實(shí)程度不同對(duì)噴灰量有較大影響，因此送灰器的轉(zhuǎn)速應(yīng)隨土層的情況作適當(dāng)調(diào)整。在施工中要避免“冒灰”現(xiàn)象發(fā)生，因?yàn)榘l(fā)生“冒灰”的現(xiàn)象，會(huì)使樁基上部的含灰量較少，影響樁基強(qiáng)度。解決“冒灰”的辦法是在鉆機(jī)提桿時(shí)適當(dāng)?shù)募铀?。另外，?duì)于淺層硬殼層粘土，要攪拌均勻，避免鉆頭帶動(dòng)粘土柱一起轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生同心轉(zhuǎn)，一旦發(fā)生同心轉(zhuǎn)，應(yīng)當(dāng)慢檔提升鉆桿。在施工時(shí)，只要按照設(shè)計(jì)時(shí)要求的復(fù)噴、復(fù)攪去施工，樁頭的質(zhì)量就會(huì)達(dá)到要求。

（4）樁端工藝與樁體強(qiáng)度

由于地質(zhì)土層的好壞不一致，對(duì)于土層的土質(zhì)較好的部分，為了節(jié)約材料，認(rèn)為采用短樁可以達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的樁端承載力。但是，在對(duì)此樁基進(jìn)行施工時(shí)，除了應(yīng)復(fù)攪、復(fù)噴外，鉆頭在到達(dá)樁底時(shí)，應(yīng)該在原地旋轉(zhuǎn)15min左右，以便葉片對(duì)土壤壓實(shí)及水泥的充分?jǐn)嚢?，并?yīng)當(dāng)在提升鉆桿時(shí)，以慢檔提升 0.50～1.00m。

（5）施工機(jī)械故障與樁體強(qiáng)度

在施工中，由于施工機(jī)械的故障造成斷灰或其他故障時(shí)，待重新工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)停止部分進(jìn)行復(fù)噴，重疊深度應(yīng)大于500mm。另外，鉆頭應(yīng)保證干凈進(jìn)鉆。

3 樁基的檢驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，樁基在主體工程施工前必須進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)以確定單樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和動(dòng)態(tài)檢測(cè)以測(cè)定樁身完整性和樁身質(zhì)量。

3.1動(dòng)態(tài)檢測(cè)

（1）檢驗(yàn)原理及儀器

因?yàn)橐话銟堕L(zhǎng)遠(yuǎn)大于樁的直徑，因此樁可視為一維彈性桿件。當(dāng)樁頂作用一脈沖力后，便有應(yīng)力波沿樁身傳播，在遇到樁阻抗（Z=ρAC）變化時(shí)，在變化處將產(chǎn)生反射和投射，通過安裝在樁頂?shù)募铀俣葌鞲衅鳒y(cè)量反射信號(hào)的大小和相位。由波動(dòng)理論分析，當(dāng)樁身由斷裂、離析、夾泥、縮徑（嵌巖端承樁除外），由于波阻抗變小，反射波和入射波同相位；當(dāng)樁身由擴(kuò)徑、擴(kuò)底，波阻抗變大，反射波和入射波反相位。結(jié)合振幅大小、波速高低、反射波到達(dá)時(shí)間、頻譜、相位等對(duì)樁的完整性、缺陷性程度、缺陷位置作出綜合分析。

采用的測(cè)試儀器常見的有FEI—C型樁基動(dòng)力分析儀，該設(shè)備是建立在波動(dòng)原理、聲波檢測(cè)技術(shù)、土體動(dòng)力學(xué)、最優(yōu)化理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)之上，屬于應(yīng)力波反射法。

（2）檢測(cè)的樣本容量及評(píng)價(jià)

動(dòng)態(tài)檢測(cè)觸探試驗(yàn)的樣本容量一般要求不少于完成樁的20%。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般分為完整樁、缺陷樁、報(bào)廢樁。

（3）缺陷樁的修復(fù)

對(duì)于缺陷樁主要存在“樁頂損傷”和“樁頂松散”兩種現(xiàn)象，只要在基樁上剔除缺陷部分后，用C10素混凝土灌至設(shè)計(jì)標(biāo)高后即可施工。

3.2靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)就是檢驗(yàn)粉噴樁復(fù)合地基承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。檢驗(yàn)適用的主要設(shè)備為鋼梁承力架，0.50m2及1.0m2圓承壓板（承重較大的樁基采用面積較大的承壓板），1000KN油壓千斤頂，25、40MPa精密壓力表，百分表（量程50mm）等儀器設(shè)備。壓重物為袋裝砂子。觀測(cè)辦法采取逐步增重，用百分表測(cè)量地基沉降量。

試驗(yàn)中對(duì)于工程用樁，不宜做破壞性檢驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)單樁復(fù)合地基荷載檢驗(yàn)一般均加荷至設(shè)計(jì)要求單樁復(fù)合地基承載力的兩倍即可。

總之，對(duì)于這種在建筑上采用的一種新型的復(fù)合地基，仍然應(yīng)當(dāng)進(jìn)行不斷探索，為了快速、簡(jiǎn)便、全面搞好施工質(zhì)量，在未有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一定要對(duì)樁基進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，特別在無經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，要進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)和靜載檢測(cè)，確保工程質(zhì)量。在檢測(cè)時(shí)，要結(jié)合設(shè)計(jì)部門、施工部門、監(jiān)理部門進(jìn)行全面的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)于存在的問題要及時(shí)補(bǔ)救，決不可大意。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.023

TV223

A

1672-2469（2014）03-0065-03

23作者簡(jiǎn)介：周建偉（1966年—），男，高級(jí)工程師。