濕陷性黃土地區(qū)素土擠密樁成孔質(zhì)量控制研究

摘 "要：某高層住宅小區(qū)地基為濕陷性黃土，采用沉管靜壓素土擠密樁施工技術(shù)來增強(qiáng)地基的強(qiáng)度以及承載性能。通過調(diào)查分析，確定影響沉管擠密樁成孔質(zhì)量的5個要因：設(shè)備就位不準(zhǔn)、樁管傾斜、樁管直徑控制不準(zhǔn)確、施工順序不符合工藝要求、樁管提升過快。針對此類問題，提出相應(yīng)的解決對策及實(shí)施措施，有效提高了沉管靜壓素土擠密樁一次成孔質(zhì)量。對濕陷性黃土地區(qū)工程結(jié)構(gòu)的地基處理起到參考作用。

關(guān)鍵詞：濕陷性黃[A3]"土"""" 素土擠密樁"""" 靜壓沉管"""" 地基處理

中圖分類號：TU472

Quality Control of Hole Formation for Plain Soil Compaction Pile in Collapsible Loess Regions

QIAO Dan¹[A4]" """MA Peng²

1. Yangling Vocational amp; and Technical College， Xianyang， Shaanxi Province， 712100 China; 2. China Metallurgical Group Northwest Geotechnical Engineering Limited Company， Xi’an， Shaanxi Province， 710061 China

Abstract： The foundation of a high-rise residential community is made of collapsible loess， the construction technology of using immersed tube static pressure plain soil compaction pile is adopted to enhance the strength and bearing performance of the foundation. Through investigation and analysis， it has been determined that the five main factors affecting the quality of borehole formation for immersed tube compaction piles are inaccurate equipment positioning， tilting of pile tubes， inaccurate control of pile tube diameter， construction sequence not meeting process requirements， and excessive lifting of pile tubes. Corresponding solutions and implementation measures have been proposed to address such issues， effectively improving the quality of one-time hole formation for immersed tube static pressure soil compaction piles. This provides a reference for the foundation treatment of engineering structures in collapsible loess areas.

Key Wwords： Collapsible loess; Plain soil compaction pile; Static pressure immersed tube; Foundation treatment

關(guān)中平原地區(qū)濕陷性黃土分布較為廣泛，濕陷性黃土是一種非飽和的欠固結(jié)土^[1]，其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育。在未受水浸濕時，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較小，當(dāng)在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)會迅速破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強(qiáng)度迅速降低，即具有遇水濕陷性，從而可能對該土體上的建筑物地基及其基礎(chǔ)的變形、穩(wěn)定、開裂產(chǎn)生影響。故而，在濕陷性黃土地基上進(jìn)行工程建設(shè)時，必須考慮因地基濕陷引起附加沉降對工程可能造成的危害，選擇適宜的地基處理方法，避免或消除地基的濕陷或因少量濕陷所造成的危害。大量的工程實(shí)踐證明，素土擠密樁法是一種良好的濕陷性黃土地基加固處理形式^[2]，在地基中采用沉管、沖擊等方法擠土成孔，并向孔內(nèi)夯填素土可以使土質(zhì)密度上升、孔隙率降低、硬性指標(biāo)提高，從而減小或消除地基濕陷性，顯著提升地基的承載力^[3]，降低濕陷導(dǎo)致的影響。素土擠密樁法由于成本低、施工方法簡單便行、處理效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在濕陷性黃土地區(qū)的應(yīng)用越來越多，因此，加強(qiáng)其質(zhì)量控制以保證建筑工程質(zhì)量，具有一定的研究應(yīng)用價值。

素土擠密樁的成孔質(zhì)量受成孔工藝、施工機(jī)械、施工隊伍素質(zhì)等影響較大^[4]，施工質(zhì)量不易控制。因其處理的部位為建筑物的地基，一旦出現(xiàn)問題，將嚴(yán)重影響整個工程的安全，因此，素土擠密樁的施工質(zhì)量控制顯得尤為重要。本研究旨在通過調(diào)查統(tǒng)計找出沉管擠密樁成孔質(zhì)量的主要問題，針對問題找出合理的改進(jìn)措施，從而提高沉管擠密樁成孔質(zhì)量。

1"" 工程地質(zhì)條件及樁型選擇

1.1""" 工程地質(zhì)條件

某高層住宅小區(qū)擬建場地用地[A5]"3.6公頃，擬建場地地層自上至下由素填土、第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土，殘積古土壤，中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土夾薄層中砂，中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土與砂土互層地層組成，屬于典型的濕陷性黃土地基。

1.2"" 樁型選擇

素土擠密樁是對濕陷性黃土地基處理加固的一種形式，在處理地下水位以上的黃土地基中，能夠提升其整體的承載能力，減小或消除地基土的濕陷性，可以降低地基的變形，增強(qiáng)穩(wěn)定性，降低濕陷導(dǎo)致的影響^[5]。擠密樁成孔工藝主要有長螺旋成孔和靜壓沉管擠密成孔。對比兩種成孔工藝，長螺旋成孔法是排土成孔，而靜壓沉管成孔則是擠土成孔，因此這兩種成孔方式的不同必然會造成處理地基效果的不同。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，比較了上述兩種不同成孔工藝在夯擊數(shù)、落距、錘重均相同的情況下素土擠密樁的濕陷性系數(shù)、樁體壓實(shí)系數(shù)、樁間土擠密系數(shù)及壓縮模量，對比計算結(jié)果顯示：靜壓沉管擠密成孔的擠密效果要好于長螺旋成孔；通過擠密和夯實(shí)，有效地改善了土體的力學(xué)性質(zhì)，使土體變得更加致密。因此，該工程項目確定采用靜壓沉管擠密成孔。

2""" 研究技術(shù)路線

本工程項目采用靜壓沉管擠密成孔，但受施工工藝、地質(zhì)條件等諸多因素的影響，靜壓沉管擠密成孔過程中也常會因特殊地層出現(xiàn)拔管困難、成孔縮徑、成孔不垂直等問題，造成施工不順利，成孔質(zhì)量無法保證。本研究旨在高質(zhì)量地完成沉管靜壓素土擠密樁的施工，并確保樁體質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求，使?jié)裣菪渣S土地基加固處理的最終效果符合地基承載力的要求。

通過對當(dāng)前工作條件分析和對樁基施工記錄及相關(guān)資料的查閱，對施工現(xiàn)場問題樁調(diào)查、分析、匯總，得出沉管擠密樁成孔質(zhì)量中存在的常見問題，并找出主要問題，據(jù)此來分析匯總沉管擠密樁成孔效果不佳的原因，追溯出發(fā)生施工弊病的具體因素，并對主要控制要素逐一分析、確認(rèn)，從而制定出有針對性的解決對策，并提出對策實(shí)施的具體措施、制訂實(shí)施方案；通過全面質(zhì)量管理的運(yùn)行，總結(jié)出一套在濕陷性黃土地區(qū)適用性較高的沉管靜壓素土擠密樁成孔施工質(zhì)量控制方案。通過在項目中的具體實(shí)施，使該方案在施工過程中得以應(yīng)用推廣和跟蹤檢查。

3""" 沉管靜壓擠密樁成孔質(zhì)量控制要因

3.1""" 沉管擠密樁成孔質(zhì)量主要問題

通過前期工作條件分析和對樁基施工記錄、相關(guān)資料的查閱，對施工現(xiàn)場的100根樁進(jìn)行調(diào)查、驗(yàn)收，驗(yàn)收合格74根，一次驗(yàn)收合格率74%。其中，24根不合格樁的質(zhì)量問題有：縮徑、成孔不垂直、工人未按規(guī)范操作、孔深不足等。經(jīng)分析、匯總，得出：影響沉管擠密樁成孔質(zhì)量的主要問題是縮徑，占總問題的69%。只要在此類問題上找出合理的改進(jìn)措施，即可提高沉管擠密樁成孔質(zhì)量。

3.2""" 沉管擠密樁成孔質(zhì)量要因確認(rèn)

靜壓沉管擠密樁成孔效果不佳的主要原因發(fā)生在人員素質(zhì)、機(jī)械狀況、施工方法、作業(yè)環(huán)境這4個大的環(huán)節(jié)上，通過“因果圖分析法”追溯出發(fā)生施工弊病的18個因素，如表1所示。

對所查到的末端因素逐一進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，通過調(diào)查分析，確定影響沉管擠密樁成孔質(zhì)量的要因有5個，分別是設(shè)備就位不準(zhǔn)、樁管傾斜、樁管直徑控制不準(zhǔn)確、施工順序不符合工藝要求和樁管提升過快。

3.2.1""" 設(shè)備就位不準(zhǔn)

確認(rèn)方法：現(xiàn)場實(shí)測。

判別依據(jù)及確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)：確保樁基就位準(zhǔn)確、樁管垂直。

確認(rèn)過程及結(jié)果：對現(xiàn)場正在成孔的20根樁進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)不合格率為35%。

3.2.2""" 樁管傾斜

確認(rèn)方法：現(xiàn)場檢查。

判別依據(jù)及確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)：樁機(jī)就位平穩(wěn)，樁管與樁孔中心對中。

確認(rèn)過程及結(jié)果：對現(xiàn)場正在成孔的20根樁進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)有5根樁管與樁孔中心未對中，不合格率為25%。

3.2.3""" 樁管直徑控制不準(zhǔn)確

確認(rèn)方法：現(xiàn)場實(shí)測。

判別依據(jù)及確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)：減小樁管與土壁的摩擦力，提管順利、高效。

確認(rèn)過程及結(jié)果：在樁管未改造前，沉管過程中管壁與土體接觸面積過大，普遍存在回拔時樁管底端形成真空，拔管困難造成縮徑的情況，應(yīng)及時整改。

3.2.4""" 施工順序不符合工藝要求

確認(rèn)方法：現(xiàn)場檢查。

判別依據(jù)及確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)：按照設(shè)計要求隔行跳打，避免隨意性太大，并且成孔后應(yīng)及時回填。

確認(rèn)過程及結(jié)果：對施工過程中未按照設(shè)計要求隔行跳打（如圖2所示），并且對成孔后未及時回填的孔進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工工序是先成完兩排孔再統(tǒng)一進(jìn)行回填，不符合工藝要求且影響成孔質(zhì)量。

3.2.5""" 樁管提升過快

確認(rèn)方法：現(xiàn)場實(shí)測。

判別依據(jù)及確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)：成孔后樁管順利提升到位，樁孔垂直圓順，無回落土較多或塌孔現(xiàn)象。

確認(rèn)過程及結(jié)果：實(shí)時監(jiān)控樁管提升過程，共跟蹤20根樁，發(fā)現(xiàn)有3根樁管回落土較多、2根樁管出現(xiàn)塌孔，不合格率25%。

4""" 沉管靜壓擠密樁成孔質(zhì)量控制對策

針對上述確定的影響沉管擠密樁成孔質(zhì)量的5個要因，分別提出相應(yīng)的解決對策，依據(jù)對策制定詳細(xì)的實(shí)施措施，組織現(xiàn)場實(shí)施，并現(xiàn)場檢查實(shí)施效果。

4.1""" 復(fù)核設(shè)備就位情況

針對要因一：[A11]"設(shè)備就位不準(zhǔn)，技術(shù)人員現(xiàn)場復(fù)核設(shè)備就位情況，加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控，確保樁基就位準(zhǔn)確、樁管垂直。（1）施工場地平整，樁孔作業(yè)面在同一標(biāo)高；（2）壓樁機(jī)就位方向平行或垂直于施工樁位軸線，保證施工時樁機(jī)與放線樁位對位準(zhǔn)確；（3）壓樁機(jī)進(jìn)行調(diào)試就位后，行至樁位處，使樁機(jī)夾持鉗口中心與地面上的樣樁基本對準(zhǔn)，調(diào)平壓樁機(jī)后，再次校核無誤，將長步履落地受力；（4）樁機(jī)就位后，觀察平衡表氣泡，調(diào)整前后左右油缸，使機(jī)械平衡儀表氣泡居中。

實(shí)施效果：通過對20個樁孔觀察監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)平穩(wěn)度、對位準(zhǔn)確度均滿足要求。

4.2""" 校正樁身垂直度

針對要因二：[A12]"樁管傾斜，加強(qiáng)施工過程控制，現(xiàn)場做到分工明確、責(zé)任到人，確保樁機(jī)就位平穩(wěn)，樁管與樁孔中心對中。（1）施工前做好放線工作，樁位處用粗鋼筋打一個洞，灌入白石灰，作為定位標(biāo)志；（2）由于樁機(jī)進(jìn)場會造成土體擠壓導(dǎo)致樁位偏移，故樁機(jī)定位后應(yīng)復(fù)測樁位是否正確；（3）樁孔施工時，樁管尖端對準(zhǔn)白石灰定位；（4）將樁管壓入土中0.5～1.0 m，暫停下壓，從樁的兩個側(cè)面通過互成90°角的兩個經(jīng)緯儀校正樁身垂直度。

實(shí)施效果：經(jīng)過現(xiàn)場檢查20根樁的樁位偏差、樁孔垂直度以及監(jiān)理驗(yàn)線、現(xiàn)場成孔復(fù)檢，施工質(zhì)量合格，均達(dá)到預(yù)期效果。

4.3""" 有效控制樁管直徑

針對要因三：[A13]"樁管直徑控制不準(zhǔn)確，在樁管下部焊接厚鋼板，設(shè)置裝配式擴(kuò)孔環(huán)，適當(dāng)增大管樁尖端直徑，減小樁管與土體的摩擦力，解決樁管成孔后產(chǎn)生的真空反作用吸力，減小了機(jī)械的負(fù)荷，有效提高成孔質(zhì)量和使用效率。

現(xiàn)場對20根樁孔進(jìn)行孔徑、孔深測量、檢查，均達(dá)到設(shè)計要求，滿足規(guī)范，成孔速度明顯提升，措施有效。

4.4""" 嚴(yán)格遵循施工順序

針對要因四：[A14]"施工順序不符合工藝要求，加強(qiáng)技術(shù)交底，成孔施工時，嚴(yán)格按照設(shè)計要求分一序、二序隔行跳打，避免隨意性太大；施工過程中專人監(jiān)控，成孔施工完畢后，及時進(jìn)行回填。

實(shí)施效果：靜壓成孔的20個樁孔，在施工過程中嚴(yán)格按照施工工藝操作，成孔完畢后未出現(xiàn)塌孔、縮徑及回落土現(xiàn)象，而且第一時間進(jìn)行了回填夯實(shí)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4.5""" 嚴(yán)格控制管樁提升速度

針對要因五：[A15]"樁管提升過快，加強(qiáng)施工人員培訓(xùn)，要求施工人員嚴(yán)格按照規(guī)定速度提升樁管，每分鐘控制在1.2～1.5 m左右；提升過程中安排專人持續(xù)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)提升過快的情況，及時糾正。

實(shí)施效果：現(xiàn)場20根樁孔施工過程中按要求提升樁管，成孔后樁孔垂直圓順，無回落土較多或塌孔現(xiàn)象。

5""" 結(jié)語

采用靜壓沉管素土擠密樁進(jìn)行濕陷性黃土地基的處理，能夠大大提升黃土地基的承載能力和穩(wěn)定性，處理效果良好。針對實(shí)際工程項目中沉管擠密樁成孔質(zhì)量中存在的主要問題，確定影響成孔質(zhì)量的要因，并制定解決對策及實(shí)施措施，有效提高了素土擠密樁成孔質(zhì)量一次驗(yàn)收合格率，保證樁體質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

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