深厚欠固結(jié)填土層深樁基礎(chǔ)施工工藝研究

馮永光，張 勇，劉 歡

(中煤地質(zhì)工程總公司北京分公司，北京 100073)

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深厚欠固結(jié)填土層深樁基礎(chǔ)施工工藝研究

馮永光，張 勇，劉 歡

(中煤地質(zhì)工程總公司北京分公司，北京 100073)

在濟(jì)南市某重點(diǎn)工程的深樁基施工中，存在著樁的類型較多，人工回填碎石土層深厚，且為欠固結(jié)狀態(tài)，地層中存在大塊漂石的問題。綜合工程場地情況、施工進(jìn)度、地層條件等因素，采用上部碎石土層人工挖孔成孔和第四系沉積層、巖石層部分采用旋挖鉆機(jī)成孔的復(fù)合成孔施工工藝進(jìn)行施工。對(duì)孔內(nèi)存在巨大漂石，采用靜態(tài)破碎劑進(jìn)行破碎；采用在孔口設(shè)置固定四角架，并懸吊垂直吊墜的方式保證人工挖孔樁身垂直度；為消除欠固結(jié)碎石土層對(duì)樁的負(fù)摩阻力的作用，在碎石土層人工挖孔護(hù)壁完成后，在內(nèi)側(cè)護(hù)壁上涂抹無腐蝕性的脫模劑或潤滑劑。后期的樁基檢測表明，樁身完整性檢測的I類樁比例為100%，樁基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。施工工期也由計(jì)劃的120d縮短為90d，節(jié)約了現(xiàn)場施工管理成本，為以后類似工程提供了參考。

深基礎(chǔ)；欠固結(jié)土層；樁基礎(chǔ)施工；嵌巖樁

0 引言

隨著高層建筑對(duì)地基沉降和建筑傾斜要求的提高，對(duì)深樁基礎(chǔ)質(zhì)量和承載力的要求更加嚴(yán)格，基礎(chǔ)施工的規(guī)模和成本也在不斷增加。對(duì)深樁基礎(chǔ)工程來說，地層情況、地下水情況，以及施工設(shè)備和施工工藝的選擇，都是非常關(guān)鍵的影響因素；某一點(diǎn)的考慮不到位，或經(jīng)驗(yàn)不足，都會(huì)為施工帶來很大的影響。這些影響，對(duì)投資規(guī)模較大且資金回?cái)n壓力較大的建筑行業(yè)來說，其損失是讓人難以接受的。如何在深厚欠固結(jié)雜填層進(jìn)行樁基礎(chǔ)的施工，直接關(guān)系到工期、成本和工程質(zhì)量；如果選用的施工工藝不當(dāng)，不僅施工成本大大增加，施工工期嚴(yán)重拖長，而且施工質(zhì)量可能還無法滿足工程安全需要，造成重新施工或增加樁的數(shù)量，給工程造成巨大損害和浪費(fèi)[1]。本文以濟(jì)南市某重點(diǎn)工程的高層建筑樁基礎(chǔ)施工為列，介紹深厚欠固結(jié)土層地區(qū)深樁基礎(chǔ)成孔施工工藝的一些問題。

1 欠固結(jié)土層中樁基施工工藝的影響因素

1.1 水文地質(zhì)條件

在欠固結(jié)土層中，由于前期固結(jié)壓力較小，造成土體內(nèi)的孔隙率較大，土體的自穩(wěn)能力差。在地下水存在的情況下，深樁基礎(chǔ)施工過程中，特別是在松散層較厚且固結(jié)性較差的含水層中施工時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)塌孔，造成無法成孔的問題，或即使能施工成孔，但由于樁孔孔壁自穩(wěn)能力差，在成孔后的樁體灌注過程中，也經(jīng)常出現(xiàn)塌孔，造成樁身完整性無法滿足設(shè)計(jì)和承載力的要求，給工程造成巨大損失。

1.2 施工工藝和設(shè)備選擇

隨著國內(nèi)建筑行業(yè)快速的發(fā)展，深樁基礎(chǔ)工程的施工工藝和施工設(shè)備也取得了快速的進(jìn)步，產(chǎn)生了許多新的施工工藝，如采用長旋螺壓灌混凝土反插鋼筋籠成樁的施工工藝，來解決部分松散土層中成孔難的問題；采用樁身中部或底部擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)提高樁的承載力的擴(kuò)孔樁工藝；通過樁側(cè)或樁底后壓漿的施工工藝提高樁的承載力等。同時(shí)與新的施工工程相配套新的施工設(shè)機(jī)械設(shè)備也有了長足的發(fā)展，如大型長螺旋鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)、擠擴(kuò)孔樁機(jī)設(shè)備等。新技術(shù)和新設(shè)備的發(fā)展，給傳統(tǒng)的深基礎(chǔ)帶來的更多的選擇，但是，由于巖土性質(zhì)的復(fù)雜性和地域性的特點(diǎn)，在不同的巖土體中進(jìn)行深基礎(chǔ)施工中，采用何種施工工藝和設(shè)備直接關(guān)系到深樁基礎(chǔ)的能否施工，以及施工質(zhì)量、施工效率和施工成本等問題[2～4]。

1.3 施工組織和周邊環(huán)境

城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，城市可開發(fā)土地資源越來越少，土地價(jià)值快速升值，土地價(jià)格也快速增長，造成施工現(xiàn)場場地越來越小，施工現(xiàn)場的周邊環(huán)境越來越復(fù)雜，特別是在地下管廊、地下構(gòu)筑物、建筑場地周邊建筑物分布復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)。如何規(guī)劃好合理的施工組織順序和協(xié)調(diào)好周邊施工環(huán)境是關(guān)系到工程能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵[5]。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況

濟(jì)南市某重點(diǎn)工程，項(xiàng)目占地面積約為5.26萬m2，總建筑面積約為120萬m2，有32個(gè)單體建筑組成，單體建筑地上為18～32層，地下2層，基礎(chǔ)采用嵌巖灌注樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)深度以入巖控制為準(zhǔn)，入中風(fēng)化灰?guī)r深度不小于1.0m。該工程樁型為基礎(chǔ)承壓樁，持力層為中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，分為3種規(guī)格，且質(zhì)量要求滿足I類樁比例大于90%，嚴(yán)禁出現(xiàn)III類、IV類不合格樁(表1)。

表1 濟(jì)南市某工程深樁基設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 地層及水文地質(zhì)條件

(1)地層。場地地層巖性及工程特性進(jìn)一步劃分為9個(gè)大層(表2)。

表2 場地地層

(2)擬建場區(qū)水文地質(zhì)條件。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況結(jié)合場地巖土勘察報(bào)告，在施工場地范圍內(nèi)的勘察鉆孔內(nèi)大部分未觀測到地下水位，僅在場地西南角觀測到地下水位，說明該地下水分布不均，水量有限，對(duì)工程影響不大。

2.3 施工設(shè)備選擇

在本工程中，由于樁的類型較多，場地地質(zhì)條件特殊，人工回填碎石土層深厚，且為欠固結(jié)狀態(tài)，地層中存在大塊的漂石。在前期施工工藝試驗(yàn)中，采用沖孔灌注樁施工過程中多次出現(xiàn)由于不均勻碎石層造成的孔內(nèi)坍塌和塌孔卡鉆事故，給施工帶來巨大的困難，同時(shí)也影響著基礎(chǔ)樁的施工質(zhì)量。考慮到人工挖孔樁的特點(diǎn)和適用條件，結(jié)合旋挖鉆機(jī)的施工特點(diǎn)和適用條件，綜合工程場地情況、施工進(jìn)度、地層條件等因素，經(jīng)過充分對(duì)比分析，擬采用上部碎石土層人工挖孔成孔和第四系沉積層、巖石層部分采用旋挖鉆機(jī)成孔的復(fù)合成孔施工工藝進(jìn)行施工。

2.4 施工難點(diǎn)

(1)前期施工回填過程中，填料沒有經(jīng)過認(rèn)真篩選，回填料成分非常復(fù)雜，有周邊山體的石塊、建筑垃圾和周邊工地施工中的開挖土方等多種混合填料，特別是一些大塊的石塊和建筑垃圾，給后期樁基成孔帶來非常大的困難。同時(shí)由于回填土層時(shí)間短，且未經(jīng)固結(jié)處理，施工過程中存在孔內(nèi)坍塌問題，不僅給樁基施工帶來困難，同時(shí)也帶來安全隱患問題。

(2)本項(xiàng)目建筑物主要為中高層，為了保證建筑物的安全，要求樁的承載力較高，依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際地質(zhì)條件，為了滿足承載力要求，設(shè)計(jì)樁基埋深較深，且要穿過復(fù)雜地質(zhì)條件進(jìn)入中風(fēng)化層，特別是要穿過深厚回填碎石土層。前期試驗(yàn)樁施工工藝選擇中，采用沖擊鉆機(jī)成孔的施工工藝，多次遇到由于回填碎石不均勻，孔內(nèi)軟硬不均，造成的成孔困難和成孔后樁的垂直度偏差較大，無法下方鋼筋籠的情況。因此，如何保證碎石土層中樁的垂直度是關(guān)系到后期機(jī)械組合施工的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

(3)由于欠固結(jié)碎石土自沉對(duì)基礎(chǔ)樁受力產(chǎn)生負(fù)摩阻力，對(duì)樁的承載力有不利作用，造成樁長、樁徑或樁數(shù)量增加，使得基礎(chǔ)工程量大大增加，施工成本上升，材料浪費(fèi)。因此，如何減少或消除欠固結(jié)土體對(duì)樁產(chǎn)生的負(fù)摩阻力，減少設(shè)計(jì)樁長、設(shè)計(jì)樁徑和節(jié)約材料、降低施工成本，對(duì)于本工程來說具有非常重要的意義。

(4)建筑場地規(guī)劃區(qū)域較小，現(xiàn)場建筑物較多，分布密集，同時(shí)開展的施工作業(yè)面多，施工所需機(jī)械現(xiàn)場部署非常困難，而且由于工程量大，施工工期緊，施工現(xiàn)場同時(shí)開孔施工作業(yè)面多，分布較廣，且施工現(xiàn)場土質(zhì)疏松，無法滿足重型運(yùn)輸機(jī)械場內(nèi)通行等諸多問題，給樁基施工成孔后期灌注帶來很大困難。

2.5 應(yīng)對(duì)措施及解決方案

(1)對(duì)孔內(nèi)存在巨大漂石的情況，雖然可以采用孔內(nèi)爆破和人工斧鑿的方法解決，但是進(jìn)度非常慢，且危險(xiǎn)性大。我公司結(jié)合自己多年的施工經(jīng)驗(yàn)，采用靜態(tài)破碎劑對(duì)漂石進(jìn)行靜態(tài)破碎，對(duì)大塊漂石破碎倒運(yùn)施工，成功解決了孔內(nèi)大漂石的問題，又消除了爆破后產(chǎn)生的安全問題。同時(shí)，為了防止孔內(nèi)塌孔事故的發(fā)生，采用每天一步，每步1.0m的施工方式進(jìn)行施工，防止由于施工作業(yè)冒進(jìn)造成的安全問題[6～7]。

(2)為了保證人工挖孔樁身垂直度，采用在孔口設(shè)置固定四角架，并懸吊垂直吊墜的方式，采用每施工一步，校對(duì)一次的方式進(jìn)行逐步施工校正，防止施工到最后樁的垂直度無法滿足要求的質(zhì)量事故的發(fā)生。

(3)為了消除欠固結(jié)碎石土層對(duì)樁的負(fù)摩阻力的作用，在碎石土層人工挖孔護(hù)壁完成后，在內(nèi)側(cè)護(hù)壁上涂抹無腐蝕性的脫模劑或潤滑劑，消除護(hù)壁與樁之間的粘結(jié)力，從而消除欠固結(jié)土后期固結(jié)所產(chǎn)生的負(fù)摩阻力，減少設(shè)計(jì)樁長，節(jié)約投資，減少材料浪費(fèi)，以達(dá)到綠色施工的目的[8～10]。

(4)為了消除樁底沉渣對(duì)樁承載力的影響，在旋挖成孔后，混凝土樁身灌注以前，采用人工清底的方式消除樁底沉渣對(duì)承載力的不利影響。

(5)針對(duì)人工挖孔樁同時(shí)開孔比較多，工作面分布廣，混凝土運(yùn)輸車無法開到位置進(jìn)行灌注的情況，采用混凝土泵送車或混凝土地泵進(jìn)行泵送灌注，來解決運(yùn)輸車無法到孔口的灌注難題。

3 施工效果

(1)在深厚欠固結(jié)雜填土層中，采用人工挖孔和機(jī)械成孔的復(fù)合成孔方式進(jìn)行組合施工工藝，解決了以往類似工程中施工難度大，樁基施工質(zhì)量無法保證的難題，確保的施工質(zhì)量。在后期的樁基檢測中，樁身完整性檢測的I類樁比例為100%，樁基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求[11-12]。

(2)通過采用在護(hù)壁樁的樁側(cè)涂抹潤滑劑，有效的消除樁的負(fù)摩阻力，解決了為了滿足樁基承載力必須增加入巖深度的問題，降低了工程施工難度，節(jié)約了施工材料，降低了施工成本。

(3)通過最后完工工期對(duì)比，原計(jì)劃的施工工期為120d，最后實(shí)際施工工期為90d，節(jié)約了現(xiàn)場施工管理成本。

[1]高大釗．樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法與施工技[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]周景星、李廣信．基礎(chǔ)工程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[3]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì)．工程地質(zhì)手冊(cè)(第四版)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]王英坡、王慶學(xué)．復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基礎(chǔ)施工難點(diǎn)分析 [J]．中國煤炭地質(zhì)，2013，(08).

[5]侯永富．混凝土樁基施工技術(shù)與質(zhì)量管理[J]．工程施工技術(shù)，2009.

[6]馮貴權(quán)．混凝土樁基施工質(zhì)量與施工技術(shù)[J]．山西建筑，2008.

[7]陳禮儀、胥建華．《巖土工程施工技術(shù)》[M]．成都：四川大學(xué)出版社，2008.

[8]李鵬．雜填土地基處理方案的選擇與應(yīng)用[D]．清華大學(xué)；2010.

[9]李修文．欠固結(jié)土中單樁負(fù)摩擦效應(yīng)研究[J]．四川建筑，2014.

[10]陳顯新，徐新躍．樁負(fù)摩阻力的若干問題 [J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004.

[11]中華人民共和國建設(shè)部．建筑樁基技術(shù)檢測規(guī)范(JGJ 106-2003)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

[12]中華人民共和國建設(shè)部．建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-2008)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[13]唐仙．雜填土垃圾填埋場沉降控制研究[D]．西南交通大學(xué)；2008.

Study on Construction Technology of Deep Pile Foundation in Deep andThick Underconsolidated Backfilled Solum

Feng Yongguang, Zhang Yong and Liu Huan

(Beijing Branch, China Coal Geological Engineering Corporation, Beijing 100073)

In a deep pile foundation construction of a key project in the Jinan City, has been existed issues of varied pile types, deep and thick artificial backfilled detritus solum, and large boulder blocks in strata. After comprehensively studied factors of the project site situation, construction schedule and strata condition etc. have used composite completion construction technology of artificial excavation for upper detritus solum, and rotary drilling rig for Quaternary sedimentary layer and rock stratum. To large boulder blocks can use static breaking agent to break; to ensure artificial excavated pile hole verticality, can set a fixed quadripod on hole mouth and hang a vertical pandant. To eliminate negative friction from underconsolidated detritus solum on pile, after the completion of detritus solum artificial excavation, spread non-corrosive mold dope or lubricant on inner wall. Subsequent pile foundation inspection has shown that the proportion of category I of pile body integrity inspection is 100%, thus the pile foundation bearing capacity satisfied design requirement. Construction period has shortened into 90 days from designed 120 days, thus saved site construction management cost and provided reference for similar project afterwards.

deep foundation; underconsolidated solum; pile foundation construction; rock-socketed pile

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.12

1674-1803(2017)06-0063-03

馮永光(1982-)，男，工程師，碩士研究生，從事巖土工程相關(guān)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)研究工作。

2017-01-05

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責(zé)任編輯：樊小舟