黃土層和砂層交界面處鉆孔灌注樁施工工藝研究

沙 鳴 芮 江

西安市軌道交通集團有限公司 陜西 西安 710018

鉆孔灌樁因強度高、剛度大、支護穩定性好、振動小、無擠壓的優點,適用于黏土、黃土、砂層及淤泥質土等復雜型地基中[1],因此被廣泛應用到房建、地鐵橋梁等基礎工程上。灌注樁成孔過程隱蔽,技術復雜,導致產生各種質量問題。馮居忠研究泥漿護壁對樁身承載力的影響[2],費鴻慶研究成孔時間樁身承載力的影響[3],邵海兵研究鉆孔灌注樁在富水砂層中的應用[4]。地質突變地段出現擴孔、縮頸是造成缺陷樁的直接原因。本文依托西安地鐵十六號線某項目,研究分析在素填土和砂層兩種地層交界面上鉆孔灌注樁成樁效果的影響。

1 工程概況

西安某地鐵項目,車站主體結構包含土層與砂層交界面的灌注樁有530根,設計樁徑為0.6-0.8m,設計樁長范圍為15.92-27.92m。該標段位于該車站地質條件復雜,自上至下為:1-1雜填土、1-2素填土、、2-1-2黃土狀土、2-4-2細砂、2-4-3細砂、2-5-3中砂。雜填土、素填土呈散體狀態,土質很不均勻,力學性質差,穩定性較差,砂層自穩坡率低,穩定性較差。

2 設備選型

灌注樁成孔施工采用SR155旋挖鉆機鉆進,鉆孔時要注重鉆機的各項鉆進技術參數要求,適當根據地層具體情況及時進行調整。下鉆時應注意先將鉆頭垂直后,再導正下入孔內。進入孔內后,先緩慢鉆進,當孔位和鉆機的穩定性、鉆桿的垂直度確定準確后,再正常鉆進。鉆進中,當發現塌孔、偏孔、斜孔時,應及時處理。

3 鉆孔灌樁施工工藝

3.1 場地準備 鉆孔灌注樁施工前先場地內多余土方、建筑垃圾和房屋基礎清理完成,軟弱地層進行換填,并夯實。施工前進行管線調查,發現如有與樁位沖突,及時與產權單位聯系,及時改簽,以免影響后期施工。

3.2 泥漿制備 鉆孔時泥漿在孔壁形成膈膜層,從而保持孔內和地下水之間的壓力差,防止塌孔,同時泥漿可以帶走巖屑、冷卻和潤滑鉆頭,因此,無論在成孔階段還是灌樁階段,對成樁質量有著重要的影響。本工程圍護結構施工前,并在相同質條件下進行試樁,得出不同地質中1m3漿液外加劑使用量:黏土與頁巖0.2-0.6Kg淤泥,細到中砂0.3-0.7Kg粗砂、較小的礫石0.4-0.9Kg,卵礫石0.4-0.9Kg。新配置的泥漿指標:泥漿比重1.1-1.25g/cm3,泥漿粘稠度18-28S,泥漿含砂率4-8%,Ph值8-10;循環泥漿的泥漿比重<1.15g/cm3,泥漿粘稠度35S,泥漿含砂率8%,Ph值<8。使用比重計、漏斗計、洗砂平和ph試紙測試泥漿指標。

3.3 鉆孔 場地平穩完成以后,首先進行樁位放樣,加設十字護樁,樁機就位后,根據樁位調整樁機的水平位置和鉆桿的垂直度。在成孔過程中,升降鉆頭時要平穩,不得碰撞護筒或孔壁,并且注意地層變化,在地層變化處應撈取渣樣,判明后記入記錄表并與地質剖面圖核對。時刻關注孔內液面的變化,同時對泥漿的比重、粘度和含砂率進行測量。

3.4 灌樁 本工程砼澆注采用導管法施工,砼導管選用D=300mm的鋼導管,管節連接應嚴密、牢固。混凝土澆筑所需的導管及料斗均已進場,且設備性能完好,并對導管進行氣密性試驗滿足施工需要。鋼筋籠沉放就位后應及時灌注砼,導管儲料斗內砼儲量應保證開始灌注混凝土時埋管深度不小于500mm,導管隨砼灌注應逐步提升,其埋入砼深度應保持為2.0～4.0m,混凝土超灌高度取50cm,以保證樁頂混凝土強度滿足設計要求。

4 結果統計分析

4.1 樁身完整性檢測 工程施工中采用應力波理論來反演分析實測速度信號、頻率信號,從而獲得樁身是否完整[5],檢測簡便,且檢測速度較快。樁基分類2類:Ⅰ類樁:樁身完整;Ⅱ類樁:樁身有輕微缺陷,不影響樁身結構承載力[6]。A-D型樁以及F-I型樁都包含土層與砂層交界面,E型樁為位于過街通道下面,不包含土層。隨機選取總樁數的20%去掉樁頭浮漿和松動開裂的混凝土,打擊點磨平。檢測結果如表一所示:

有表一可知:A-D型樁以及F-I型樁灌注樁都包含土層與砂層交界面,Ⅰ類樁所占比例為66.7%-75%,E型樁不包含土層,Ⅰ類樁所占比例為87.5%,由此可知,土層與砂層交界面處鉆孔灌注樁Ⅰ類樁占比明顯降低,Ⅱ類樁占比增加,缺陷樁數量的增加。

表一 樁基完整性檢測結果

4.2 擴徑 隨著該標段車站主體開挖,灌注樁在土層和砂層交界面出現不同程度擴徑現象,為了更好研究土層與砂層地質突變對灌注樁的影響,分別從長度、體積兩個方面進行統計。

使用卷尺測量土層和砂層交界面處灌注樁擴徑長度,把統計結果分為五類,如表二所示:

表二 灌注樁不同擴徑長度占比統計表

考慮到樁間噴錨混凝土厚度10cm,以及樁身可能產生傾限,鉆孔灌注樁外放14cm,在土層與砂層交界面處樁身擴徑體積小于0.2m3對主體結構尺寸的影響,可忽略不計。根據灌注樁擴徑體積統計的結果如表三:

表三 灌注樁不同擴徑體積占比統計表

由表二可知,有386根灌注樁在土層與砂層交界面處出現樁身擴徑,占總樁數的72.8%;擴徑長度在0-0.5m范圍內的樁有192根,約占擴徑樁數的49.5%;灌注樁擴徑長度在0.5-2.5m范圍內的約占擴徑樁數的43.5%;土層與砂層交界面處擴徑長度主要分布在0-2.5m范圍。

由表三可知:在土層與砂層交界面處灌注樁擴徑體積大于等于0.2m3的為87根,主要分布在0.2-1.0m3范圍內,占擴徑總數的81.6%,約占總樁數的13.4%。

5 結論

⑴A-D型以及F-I型土層與砂層地質突變處樁身完整性較E型樁明顯降低;

⑵包含土層與砂層地質突變的鉆孔灌注樁擴徑達到總樁數的72.8%,擴徑長度主要分布在0-2.5m范圍內;

⑶包含土層與砂層地質突變的灌注樁的擴徑體積主要分布在0.2-1.0m3范圍內。