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:TV74文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號: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,采用碎石樁對該軟土地基進(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,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)施工場地基本情況

施工場地基本平整,但場地內(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)場地工程地質(zhì)條件

1.地形地貌。施工場地宏觀地貌屬柳江河二級階地,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,場地相對平坦。

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)測錘擊數(shù)為6～15擊,其承載力特征值fak=180kPa。

3.場地內(nèi)水文地質(zhì)條件。該場地內(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,對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性,對鋼結(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角點(diǎn)及各軸線位置,采用經(jīng)緯儀和鋼卷尺測放各軸線,采用鋼卷尺測量放樁位,樁位測量允許偏差2cm。

(三)施工順序

因該施工場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,保持取土器和沉管垂直于地面,對準(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取上巖(土)樣進(jìn)行現(xiàn)場鑒別與確認(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)場工程技術(shù)人員對樁孔直徑、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)壁管的長度時,往管內(nèi)再加入0.5m碎石后方能拆卸護(hù)壁管。同時在樁頂加夯實(shí)0.5～1.0m的碎石,防止因拔管造成密實(shí)碎石樁松動和縮徑。

(七)施工注意事項(xiàng)

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

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以上并保證樁長不小于4.0m,如遇樁端持力層巖性無法判別時,應(yīng)及時通知勘察單位對其現(xiàn)場鑒別與確認(rèn)。終孔驗(yàn)收時,應(yīng)檢查樁端入巖深度和樁長是否滿足設(shè)計(jì)要求;樁孔深度在滿足樁長和入巖要求同時應(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;同時每段成樁不要過大,如發(fā)生排碎石不暢時可適當(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,應(yīng)在該樁附近補(bǔ)1根樁。

四、碎石樁加固效果檢測

據(jù)檢測單位提供的檢測報(bào)告,碎石擠密樁加固效果檢測樁身采用重型圓錐動力觸探原位測試手段進(jìn)行,檢測結(jié)果:碎石樁樁體承載力特征值fpk=400kPa;樁間土采用標(biāo)貫、重型圓錐動力觸探等原位測試手段進(jìn)行,檢測結(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

1.排土法碎石樁加固施工工藝簡單,操作方便,工程成本低;但施工工期稍長些。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。