大直徑素混凝土樁復合地基施工質量控制及檢測要點

馬思遠（上海建工一建集團有限公司，上海 200120）

大直徑素混凝土樁復合地基有著施工速度快、機械化程度高等優點，同時經復合地基處理后，承載能力強、沉降量小。因此，在 DBJ 51T 061—2016《四川省大直徑素混凝土樁復合地基技術規程》實施近 3 年時間內，大直徑素混凝土樁復合地基在超高層建筑中應用越來越多。本文根據成都典型的軟巖場地工程項目現場實際施工、檢測情況，總結部分成功施工經驗。

1 項目背景

該項目位于成都市天府新區正興鎮，主要包括 1 棟 61 層超高層辦公建筑（建筑高度 216.500 m）、1 棟 67 層超高層辦公建筑（建筑高度 236.900 m）及其他附屬低層商業建筑和 3 層純地下室等。1 棟基底為強風化泥巖，2 棟基底為中風化泥巖。由于 1 棟 1 單元（61 層，H =216.500 m）地質條件無法達到設計承載力要求，需采用大直徑素混凝土樁復合地基。

該項目 1 棟 1 單元±0.000 為絕對標高 494.500 m，筏板板面標高為 479.900 m（-16.600 m）。非核心筒區域板底標高為 476.500 m（-18.000 m），核心筒區域板底標高為 472.500 m（-22.000 m）。

2 工程概況及工程地質條件

2.1 工程地質情況

場地土主要包括第四系全新統人工填土（Q4ml）、第四系中更新統冰水沉積（Q2fgl）的黏土、粉質黏土及白堊系夾關組（K2j）砂質泥巖、泥質砂巖、泥巖以及砂巖。場區內底層構成有（1）雜填土（回填泥巖）Q4ml、（2）淤泥質土 Q4al、（3-1）黏土 Q1fgl、（3-2）粉質黏土 Q2fgl、（4-1）泥巖 K2j、（4-2）強風化泥巖 K2j（4-3）中等風化泥巖 K2j、（4-4）砂巖 K2j、（4-4）強風化砂巖 K2j、（4-5）中風化砂巖 K2j、（4-6）泥質砂巖 K2j、（4-7）中風化泥質砂巖 K2j。各巖土體物理力學參數見表 1。

表1 巖土的工程特性指標建議值 kPa

2.2 工程地質水文情況

本場地在地貌上屬于岷江水系 III 級階地。場地地下水主要為賦存于填土及黏性土層中的上層滯水以及基巖裂隙水。上層滯水主要受大氣降水、臨近地段的地表水(如水溝等)等滲透補給，以地面蒸發方式排泄；基巖裂隙水主要賦存于巖層中，受地下徑流補給，排泄方式以地下徑流為主。統一地下水位，場地內地下水以賦存于填土及黏性土層中的上層滯水為主，其滲透性較弱，黏土滲透系數取 0.1 m/d。

2.3 地基處理設計

該項目采用大直徑素混凝土置換樁復合地基，樁頭清理后噴射 C 15 混凝土封閉層，厚 100 mm；上部鋪設級配碎石，厚 200 mm，共同作用形成褥墊層。大直徑素混凝土置換樁采用旋挖樁成孔工藝。地基土承載力特征值要求：主樓區域（包含核心筒與非核心筒）fspk≥1 450 kPa，復合地基基床系數≥40 MPa/m；非主樓區域 fspk≥700 kPa，復合地基基床系數≥40 MPa/m。正方形滿堂布置置換樁, 旋挖成孔置換樁 Φ 1 300 mm，A 型（對應主樓范圍）樁長 20.0 m，以中風化泥巖層為持力層，進入巖層 ≥20.0 m；B 型樁（對應主樓以外、沉降后澆帶以內）為 14.0 m，以中等風化巖層為持力層,進入持力層 ≥500 mm，集水坑、電梯井區域的素混凝土樁根據其底板埋深相應增加樁長；樁身混凝土強度等級為 C 30；設計參數見表 2。

表2 樁型與設計參數

3 施工要點

3.1 保障有效樁長及入巖長度

本項目場地范圍內地層變化較大，場地原始地貌為斜坡地貌，建筑周邊不存在永久性邊坡及陡坎，存在回填泥巖、微膨脹土、淤泥質土，在詳勘階段，進行過一柱一勘，并非進行一樁一勘。從勘察結果看，強風化泥巖標高不一，起伏較大，甚至鄰樁之間均有較大變化，設計樁頂標高有十余個，由于地下工程的不確定性，樁頂標高確定非常難。單樁承載力以樁端承載為主、摩擦為輔，其端承及摩擦均以入中風化泥巖長度為前提，且旋挖樁工作面距離設計樁頂標高最大有 7～8 m 的高差，這給樁頂標高的確定帶來更大的難度。現場采取的辦法為，原則上白天成孔夜間澆筑混凝土，以地勘報告所示的標高作為參考，鉆孔時安排專人值守，以鉆頭所帶出來的土色來判定該處是否為土層與巖層的分界，同時在駕駛室的儀器面板上讀取記錄，再進行繼續成孔，直至滿足設計樁長。成孔完成后，用鼓風機配套軟風管將孔內的灰塵吹出孔外；靜置后，用皮尺進行復核，用自帶照明的窺鏡對土層與巖層分界線進行復核。經確認巖層深度、樁底深度與設計樁頂標高等后方進行驗收。與設計有較大差異時，以經設計同意的較深的值為準。落實上述措施，開挖撿底后，樁頂標高控制較好，實際樁長均略大于設計樁長。

3.2 清 孔

清孔是旋挖樁保障質量的一個重要環節，對樁體的端承及摩擦均有著重要的影響，特別是干作業成孔，其沉渣厚度、充盈系數等指標較為嚴格。現場采取二次清孔，即驗收前清孔一次，澆筑混凝土之前再次清孔。同時，對旋挖機鉆頭帶出的土及時清理，保持護筒口施工處高于地面 300 mm，防止渣土掉入孔內。

3.3 護筒埋設施工質量控制

護筒雖不是樁體的部分，但對樁最終質量有著極其重要的作用。其主要作用有定位、防止頂部塌孔、隔水、防止混凝土澆筑過程中泥渣、泥巖塊落入孔內，本項目無地下水，成孔時干作業成孔，澆注時干作業，其樁位、樁徑、沉渣厚度等控制指標要求均較水下作業高得多，這種情況下，護筒起著極其重要的作用。本案例高峰時 4 臺旋挖樁機同時施工，一般護筒直徑較樁徑大 200～300 mm，而市面上 1.5 m 的護筒較少，特定制 8 個護筒，用于成孔及混凝土澆筑，待混凝土初凝后移除護筒。

3.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑為旋挖樁施工最后一個環節，對樁最后質量起決定作用，特別是工作面距樁底近 30 m，且為干作業，因此防止澆筑過程中混凝土離析及其重要。該基礎工程項目中的混凝土等級為 C 30，澆筑時必須以導管法澆筑，澆筑過程一旦展開，必須保障連續進行；同時，須對混凝土的坍落度與和易性進行檢查，澆筑時導管的埋設深度 ≥1 m。混凝土澆筑為干作業，如采用普通混凝土，澆筑時須采用插入式振搗器振搗密實，并嚴格控制振搗時間，防止振搗過度。混凝土澆筑這個環節，有兩個參數極其重要，即浮漿厚度和充盈系數，這兩個參數直接決定著樁在全部有效樁長范圍內混凝土的成型質量。

3.4 撿底后及時封閉

復合地基的特性即樁與樁間土共同受力，意味著樁間土對整個復合地基承載力有著不可或缺的作用。風化泥巖、砂巖等遇水會軟化、裂隙迅速發展，因此開挖前，須在四周設置截水溝，防止坑外水倒流入基坑；開挖后須對樁抽樣全長取芯，需要循環水冷卻鉆頭，這些冷卻水需要集中處理，防止流向樁周邊樁間土；由于存在裂隙水，開挖、撿底時須及時發現，做好導流，設置集水坑。同時，基底開挖、撿底須在天氣較好的情況下進行，原則上撿底完成驗收后要及時采用噴射混凝土封閉。

4 檢測要點

除常規的檢測如低應變、聲波投射、承載力檢測、鉆芯檢測外，須進一步檢測、評定整個復合地基承載力。目前條件下，無法對樁和樁間土一起進行聯合檢測，須對樁和樁間土分別進行檢測，對其結果進行推定，得出復合地基承載力，同時根據單樁載荷試驗和樁間土載荷試驗數據進一步推定復合地基基床系數。

4.1 樁身承載力檢測

該項目共采用兩種樁型，A 型樁單樁承載力特征值為 8 400 kN；B 型樁單樁承載力特征值為 5 000 kN。根據規范要求，A 型樁須加載至 16 800 kN 以上，B 型樁須加載至 10 000 kN 以上，B 型樁可以采用傳統的堆載法進行。開挖截樁完成后現場根據場地條件進行隨機抽驗。實測最大加載值 10 023 kN，最大沉降量 16.64 mm，最大回彈量 3.28 mm，回彈率 19.71%，完全達到了設計要求。

根據驗收要求，A 型樁須加載至 16 800 kN 以上，即須加載至 168 t 以上，而 A 型集中在主樓以內，因主樓內各種電梯井、集水坑，加上巖層頂標高不一致引起樁頂標高不一，采用堆載法難以組織實施，且對現場安全有著較大影響。根據規范，單樁復合地基載荷試驗抽檢數量在同一條件下不少于總樁數的 2%，且 ≥6 根，所以該項目須對 6 根裝進行檢測。最終采取反力梁法，用千斤頂進行加載。反力樁的拉應力遠超混凝土抗拉強度，須對該 6 根檢測樁周邊各 4 根提供反力的樁進行配筋。預先確定受驗樁會失去檢測的隨機性，施工前須在各方論證下提前確定，使其具有代表性又兼顧部分重點、特殊部位，并通過其他指標如取芯結果、超聲波檢測結果推斷其他樁的單樁承載力與受檢測的樁是否一致。最終，6 組檢測樁加載至 16 948 kN，最大沉降量 5.92 mm，最大回彈量 5.15 mm，回彈率 32.35%，完全達到了設計要求。特別要注意的是，反力樁在檢測完成后須進行注漿，對檢測過程引起的擾動進行修復。

4.3 淺層平板載荷試驗

樁間土采用淺層平板載荷試驗，即檢測時以試塊堆載為反力，用慢速維持荷載法逐級加、卸載，測得在每級荷載作用下的沉降量。壓板安放的位置與基礎底面設計標高一致，安放前應找準試驗點位置，加載等級分為 8 級，總加載量不少于設計要求值的兩倍。檢測點位可以在通過承載力檢測的樁附近隨機抽取。

5 結 語

根據項目結構接近封頂時的最新變形監測結果，最大沉降量約為 6 mm，此大直徑素混凝土復合地基在此項目中的應用是成功可行的，能夠滿足結構設計所需的地基承載力特征值及基床系數，對縮短工期和節約投資具有顯著的效果。

綜上所述，在應用大直徑素混凝土復合地基過程中，因地下工程返工難，須對施工及檢測過程中幾個特殊關鍵的環節加強驗收檢查，同時對出現的問題及時解決，確保復合地基施工質量，保障上部主體結構的安全性。