反插法對(duì)混凝土灌注樁的承載力增強(qiáng)效果★

張忠鋒 朱德濱

(西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，云南昆明 650224)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，不僅需要選擇在地基條件良好的場(chǎng)地從事建設(shè)，而且有時(shí)也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進(jìn)行修建。另外，科學(xué)技術(shù)的日新月異也使結(jié)構(gòu)物的荷載日益增大，樁基礎(chǔ)在高層建筑結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用越來(lái)越多，提高樁基承載力是一件勢(shì)在必行的事情。昆明滇池周邊所處的地區(qū)為河湖相沉積層，地下水位較高，樁基礎(chǔ)在這一地區(qū)應(yīng)用很廣。長(zhǎng)螺旋混凝土灌注樁的應(yīng)用也得到了廣泛的好評(píng)，本文通過(guò)利用反插法擴(kuò)大樁端部的面積，得出可以提高長(zhǎng)螺旋混凝土灌注樁的極限承載力這一結(jié)論。

1 工程概況

本文涉及的項(xiàng)目位于昆明市主城區(qū)東南部，項(xiàng)目主要功能擬開(kāi)發(fā)成住宅為主的商住樓。建筑規(guī)劃用地87 892.05 m2，總建筑面積295 220.353 m2，地下2層，地上為31層部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑安全等級(jí)二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理使用年限50年，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，抗震設(shè)防基本烈度為8度，基本地震加速度值為0.2g，設(shè)計(jì)地震分組為三組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為三類(lèi)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

1.1 地形與地層結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目在二環(huán)東路上，場(chǎng)地西側(cè)與二環(huán)東路之間有清水河穿過(guò)。場(chǎng)地四周城市道路交叉貫通，交通條件極為便利。

擬建場(chǎng)地原始地貌屬環(huán)滇池高原湖積盆地，場(chǎng)地位于古滇池盆地東側(cè)邊緣地段。勘測(cè)時(shí)大部分地段已形成約4.5 m～5.8 m不等深度的深坑，勘察時(shí)大部分鉆孔在深坑底部進(jìn)行施工，深坑表面分布有0.2 m～0.4 m淤泥質(zhì)土并生長(zhǎng)有水生植物。經(jīng)鉆探揭露證實(shí)，構(gòu)成場(chǎng)地內(nèi)的地層主要為第四系人工堆積層人工填土層，沖、洪積粘土層，沖、湖積粘土，粉土夾沙土及圓礫層。

1.2 水文地質(zhì)條件

勘察期間，時(shí)值雨季，各鉆孔均觀測(cè)到了地下水，其地下埋深為地表以下1.00 m ～2.50 m，標(biāo)高介于1 887.94 m ～1 891.11 m。地下水屬第四系土層中的孔隙水潛水類(lèi)型。孔隙水主要賦存于圓礫及粉土層中，地下水主要靠大氣降雨及地表水入滲補(bǔ)給，以徑流方式排泄于滇池。

2 施工工藝及施工注意事項(xiàng)

本項(xiàng)目采用樁基礎(chǔ)，長(zhǎng)螺旋混凝土灌注樁，施工工藝流程如下:施工前準(zhǔn)備→施工定位放線(xiàn)→樁基就位→調(diào)平找正→鉆孔，成孔→灌混凝土→放鋼筋籠→封孔→移至下一樁位施工→樁體質(zhì)量檢測(cè)等［1］。

2.1 施工準(zhǔn)備

施工前土方開(kāi)挖至標(biāo)高，平整場(chǎng)地，保證主道路暢通。

為了保證場(chǎng)地排水暢通，平整后的場(chǎng)地呈雙向橫坡，橫坡度為3%，場(chǎng)地周邊設(shè)排水溝。

2.2 長(zhǎng)螺旋灌注樁施工

2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

長(zhǎng)螺旋灌注樁設(shè)計(jì)時(shí)采用抗壓樁，抗壓樁成樁直徑400 mm，有效樁長(zhǎng)30 m。抗壓樁單樁豎向抗壓極限承載力不小于3 200 kN。

2.2.2 長(zhǎng)螺旋灌注樁的技術(shù)參數(shù)

1)配筋率:當(dāng)樁身直徑為300 mm～2 000 mm時(shí)，正截面配筋率可取0.65%～0.2%(小直徑樁取高值)。對(duì)于荷載特別大的樁，抗壓樁應(yīng)依據(jù)計(jì)算確定配筋率，并不應(yīng)小于0.65%。

2)配筋長(zhǎng)度:摩擦型灌注樁配筋長(zhǎng)度不應(yīng)小于2/3樁長(zhǎng)。對(duì)于受地震作用的樁，樁身配筋長(zhǎng)度應(yīng)穿過(guò)可液化土層和軟弱土層，進(jìn)入穩(wěn)定土層的深度不應(yīng)小于規(guī)范。

3)對(duì)于受水平荷載的樁，主筋不應(yīng)小于8φ12;對(duì)于抗壓樁，主筋不應(yīng)少于6根且直徑不得小于12 mm;縱向主筋應(yīng)沿樁身周邊均勻布置，其間距不應(yīng)少于60 mm。

4)箍筋應(yīng)采用螺旋式，直徑不應(yīng)小于6 mm，間距宜為200 mm～300 mm。

5)樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得小于C25，保護(hù)層厚度不應(yīng)小于35 mm。

6)施工參數(shù):鉆進(jìn)速度和提升速度依施工要求，導(dǎo)管要快插慢拔［2，4］。

2.2.3 施工注意事項(xiàng)

1)施工前對(duì)不同直徑的樁長(zhǎng)分別進(jìn)行試樁，每棟房子抗壓樁不少于2根，5棟房子，暫定為10根抗壓樁。為了驗(yàn)證反插法的效果，我們用2棟正常施工，另外3棟采用反插法施工，反插法施工時(shí)當(dāng)鉆桿提起1.5 m后反插到底重新提起鉆桿同時(shí)要灌入混凝土。在施工過(guò)程中要注意灌入混凝土的速度，提鉆桿速度，拔導(dǎo)管的速度等，選擇合理的技術(shù)措施。

2)施工順序依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況而定。

3)根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，地層主要由粉土層、粘性土組成，該地層遇水會(huì)出現(xiàn)縮徑現(xiàn)象，因此，在施工中要保證成樁的連續(xù)性，即鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后及時(shí)向孔內(nèi)泵送混凝土。

4)控制好提鉆速度，防止斷樁，鉆桿提升速度略小于輸送到樁孔內(nèi)的混凝土上升速度。

5)樁身混凝土灌注時(shí)混凝土要灌注至自然地坪且大于600 mm，以保證成樁后樁頭浮漿剔除，使樁身混凝土密實(shí)部位深入承臺(tái)［3］。

2.3 基槽開(kāi)挖與樁體質(zhì)量檢測(cè)

樁頂標(biāo)高以上的土方應(yīng)在長(zhǎng)螺旋灌注樁施工結(jié)束28 d后開(kāi)挖。為避免開(kāi)挖過(guò)程中損壞樁頭，樁頂標(biāo)高以上10 cm土方應(yīng)盡量人工開(kāi)挖。

樁體質(zhì)量檢測(cè)在樁施工完成28 d后進(jìn)行。本工程對(duì)成樁養(yǎng)護(hù)達(dá)到28 d的樁身進(jìn)行隨機(jī)檢查，主要檢測(cè)項(xiàng)目包括樁的完整性，單樁豎向靜載荷試驗(yàn)。有關(guān)的樁徑、樁位及樁頂質(zhì)量等成樁性在施工過(guò)程中進(jìn)行檢查。

2.3.1 樁身完整性檢驗(yàn)

樁身完整性檢驗(yàn)采用低應(yīng)變法，檢測(cè)數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%。當(dāng)Ⅲ，Ⅳ類(lèi)樁之和大于抽檢樁數(shù)的20%時(shí)，按原檢測(cè)方法在未檢查樁中繼續(xù)擴(kuò)大抽檢量，并對(duì)不合格的樁進(jìn)行補(bǔ)打。樁身完整性按《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行檢測(cè)。

本工程先試樁，依據(jù)試樁結(jié)果確定工程樁的施工工藝。試樁的成樁都進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)10根抗壓樁。其中Ⅰ類(lèi)樁8根，占檢測(cè)樁的80%;Ⅱ類(lèi)樁2根，占檢測(cè)樁的20%。低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果表明:工程樁的樁身完整性良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2.3.2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)

極限單樁豎向承載力抗壓樁為3 200 kN，其試驗(yàn)方法與結(jié)果如下:

1)試驗(yàn)加載方式:試驗(yàn)采用分級(jí)慢速維持荷載法，即逐級(jí)加載，每級(jí)荷載達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后施加下一級(jí)荷載。每級(jí)加載320 kN，每級(jí)荷載施加后按第5 min，15 min，30 min，45 min，60 min測(cè)讀樁頂沉降量，以后每隔30 min測(cè)讀一次。在每級(jí)荷載作用下，樁的沉降量?jī)纱卧诿啃r(shí)內(nèi)小于0.1 mm時(shí)，視為穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。荷載加載圖片如圖1，圖2所示。

圖1 堆載

圖2 加載壓力表

2)終止加載條件:當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即終止加載:當(dāng)荷載—沉降曲線(xiàn)上有可能判定極限承載力的陡變段，且樁頂總沉降量超過(guò)40 mm;最大加載值已達(dá)到極限承載力設(shè)計(jì)值。

3)卸載與卸載沉降觀測(cè):每級(jí)卸載值為每級(jí)加載值的兩倍，每級(jí)卸載后隔15 min測(cè)讀一次殘余沉降，讀兩次后，隔30 min再讀一次，即可卸下一級(jí)荷載。

4)檢測(cè)結(jié)果:試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 荷載與沉降量的關(guān)系

為便于分析用圖3表示。

圖3 荷載與沉降量的關(guān)系

從圖3可知:

1)樁的沉降量隨著加載荷的增大成曲線(xiàn)形狀增大，在剛開(kāi)始荷載加到320 kN的時(shí)候沉降量基本為零。

2)對(duì)A1，A2，B1，B2曲線(xiàn)在荷載等于3 200 kN時(shí)曲線(xiàn)有明顯的變化，且在荷載等于3 520 kN時(shí)累計(jì)沉降量已超過(guò)40 mm;而對(duì) C1，C2，D1，D2，E1，E2 曲線(xiàn)在荷載達(dá)到3 520 kN 時(shí)累計(jì)沉降量仍未達(dá)到40 mm，但是從圖表可以推斷，再加一級(jí)荷載累計(jì)沉降位移要超過(guò)40 mm，由于一些技術(shù)要求不必要進(jìn)行下一級(jí)荷載的加載。這說(shuō)明在滿(mǎn)足單樁承載力要求的情況下，C，D，E棟的樁要比A，B棟的樁的極限承載力要高。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以知道大約提高了10%，進(jìn)而說(shuō)明了用反插法施工的長(zhǎng)螺旋混凝土灌注樁的樁的極限承載力要比正常施工的樁的極限承載力高10%。

3 使用效果分析

該工程基樁部分與2012年7月5號(hào)完成5棟房子的工程樁，但在真正的工程樁施工過(guò)程中并沒(méi)有按照反插法施工，以至于在后來(lái)的樁基檢測(cè)中，單樁豎向抗壓極限承載力只達(dá)到了3 200 kN。

針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合施工過(guò)程中的一些工藝要求，得出原因如下:

1)由于工期要求，每棟房子都只有一臺(tái)樁機(jī)在施工，為了加快打樁的速度，樁機(jī)在施工時(shí)并沒(méi)有按照規(guī)定的反插法施工工藝去施工。

2)在施工過(guò)程中，樁機(jī)老板為了保證樁機(jī)鉆頭的安全，沒(méi)有按照反插法施工。原因是反插時(shí)鉆頭已經(jīng)打開(kāi)，這樣很容易讓鉆頭下鉆過(guò)程中造成連接處斷裂。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程實(shí)踐，得出反插法對(duì)提高長(zhǎng)螺旋混凝土灌注樁單樁豎向抗壓承載力方面的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)如下:

1)由樁體的檢測(cè)結(jié)果可知:當(dāng)長(zhǎng)螺旋灌注樁按要求施工、養(yǎng)護(hù)后，樁的完整性、單樁豎向靜載荷試驗(yàn)均能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)與使用的要求，但對(duì)工期要求緊、工期短的地基處理工程，反插法工藝并不適合。

2)在施工過(guò)程中應(yīng)注意灌入混凝土的速度，提鉆桿速度，拔導(dǎo)管的速度等，各個(gè)環(huán)節(jié)都要把好關(guān)，防止出現(xiàn)空芯樁、斷樁。

［1］劉遠(yuǎn)材，許純梅.噴粉樁技術(shù)對(duì)泥炭土軟土地基的處理效果［J］.西南林學(xué)院，2006，26(6):89-93.

［2］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］郭繼武.建筑地基基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，1990.

［4］GBJ 7-89，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.