軟土地區(qū)逆作法樁柱一體化快速施工關(guān)鍵技術(shù)

陳曉飛

(江蘇華東地質(zhì)建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210007)

0 引言

城市建設(shè)的迅速發(fā)展，基坑開(kāi)挖深度越來(lái)越大。為了盡早使上部建(構(gòu))筑物發(fā)揮作用，逆作法在深基坑工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在逆作法中，為了快速承擔(dān)上部建(構(gòu))筑物的荷載，常采用鉆孔灌注樁與鋼管樁相結(jié)合的基礎(chǔ)形式，即行業(yè)內(nèi)所謂的單樁單柱。單樁單柱不僅要發(fā)揮工程樁的抗壓、抗拔功能，而且承擔(dān)的荷載大，因此，單樁單柱的質(zhì)量要求自然比一般的工程樁質(zhì)量要求高[1-6]，特別在軟土地區(qū)，在不均勻荷載作用下軟土容易發(fā)生流變，所以對(duì)單樁單柱的樁身垂直度方面要求更高。

某公建綜合配套工程項(xiàng)目基坑工程采用逆作法，設(shè)計(jì)要求長(zhǎng)14 m的鋼管柱插入鉆孔灌注樁內(nèi)1.5 m，插入時(shí)柱腳栓釘與鋼筋籠之間間距僅為5.2 cm，因此需在場(chǎng)地面孔口處把鋼管柱插入鋼筋籠內(nèi)，再整體下放，此做法不僅增加了鋼管柱安裝定位的難度，而且可能導(dǎo)致單樁單柱的垂直度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。基于某公建綜合配套工程項(xiàng)目，作者總結(jié)出包括鋼筋混凝土護(hù)筒和場(chǎng)地面硬化一體化、鋼管柱平面及垂直度的快速定位及校準(zhǔn)系統(tǒng)、混凝土澆筑鋼作業(yè)平臺(tái)等樁柱一體化快速施工關(guān)鍵技術(shù)，消除了上述問(wèn)題，同時(shí)確保了質(zhì)量要求。

1 工程、設(shè)計(jì)概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

南方某城市公建綜合配套工程項(xiàng)目總建筑面積為62 700.5 m2，該項(xiàng)目基坑南北長(zhǎng)約95 m，東西長(zhǎng)約113 m，周長(zhǎng)約為408 m，基坑面積為10 220 m2。基礎(chǔ)采用旋挖法成孔的鉆孔灌注樁，樁徑為φ1 000 mm～φ1 600 mm，有效樁長(zhǎng)7.5 m～22 m，總數(shù)為529根。其中470根為單樁單柱，采用樁柱一體化施工。在鉆孔灌注樁鋼筋籠和鋼管柱吊放完畢后，孔內(nèi)和鋼管柱內(nèi)澆筑強(qiáng)度等級(jí)C40的混凝土。

1.2 設(shè)計(jì)概況

單樁單柱的樁身垂直度偏差不大于1%，結(jié)構(gòu)柱為鋼管柱，鋼管柱設(shè)計(jì)參數(shù)為：長(zhǎng)14 m，截面形式為φ800×16 mm，質(zhì)量5.4 t；插入鉆孔灌注樁內(nèi)1.5 m；柱腳栓釘與鋼筋籠之間間距為5.2 cm(見(jiàn)圖1)。

1.3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)涉及的巖土層自上而下為：

①-1層雜填土：松軟不均，建筑垃圾、碎磚及碎石為主。

①-2層素填土：褐紅色、淺黃色、灰白色，軟塑～硬塑，以可塑為主，分布于場(chǎng)地大部分地段。

②-1層粉質(zhì)黏土：灰～黃灰色，軟塑，局部流塑，局部含淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。

②-2層粉質(zhì)黏土：灰黃色、灰白色，松散～中密，以稍密為主，飽和，顆粒均勻，含少量～多量黏性土，分布于場(chǎng)地大部分地段。

②-3層粉質(zhì)黏土：灰色，軟塑，局部可塑，局部夾薄層粉土。

②-4層粉質(zhì)黏土：灰色、褐灰色，可塑，局部軟塑，干強(qiáng)度、韌性中。

③層粉細(xì)砂：青灰色，飽和，密實(shí)，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，云母次之。

④層中粗砂：灰黃色、灰白色，松散～中密，以中密為主，飽和，顆粒不均勻，含少量黏性土，分布于場(chǎng)地部分地段。

⑤-1層屬石炭系，灰黑色，灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，方解石脈發(fā)育，分布于場(chǎng)地大部分地段。

⑤-2A微風(fēng)化：巖芯較完整，呈短柱狀～長(zhǎng)柱狀，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖體完整程度為較完整～完整，巖石堅(jiān)硬程度為較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)～Ⅲ級(jí)。

由以上巖土層的特征描述可知：場(chǎng)地軟塑、流塑地層發(fā)育，在樁柱一體化快速施工時(shí)，在施工設(shè)備、附屬配件的不均勻荷載作用下，軟塑、流塑地層容易發(fā)生流變，導(dǎo)致單樁單柱的樁身垂直度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2 施工工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 施工工藝流程

樁柱一體化快速施工工藝流程見(jiàn)圖2。

2.2 樁柱一體化快速施工關(guān)鍵技術(shù)

1)鋼筋混凝土護(hù)筒和場(chǎng)地面硬化一體化

鋼管柱的定位調(diào)整需在場(chǎng)地面進(jìn)行，因此，要求鉆孔灌注樁孔口周邊不僅要有作業(yè)空間，而且場(chǎng)地面能夠承受施工設(shè)備、附屬配件、鋼筋籠和鋼管柱的重量。為此，在樁中心周邊2.6 m×2.6 m的場(chǎng)地面上澆筑400 mm厚、配Φ12@250鋼筋的混凝土作業(yè)面(見(jiàn)圖3)，作業(yè)面平整，在作業(yè)面處留出一條300 mm寬、通向附近泥漿池的泥漿溝。為了克服常規(guī)鋼護(hù)筒易下沉的缺點(diǎn)，把孔口鋼護(hù)筒改為150 mm厚、1 500 mm高的鋼筋混凝土護(hù)筒(見(jiàn)圖4)，與混凝土作業(yè)面一同澆筑以便形成整體，從而消除了孔口鋼護(hù)筒下沉影響樁身垂直度。

2)旋挖鉆機(jī)成孔。

為確保單樁單柱的樁身垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，旋挖鉆機(jī)作業(yè)處鋪設(shè)磚渣并夯實(shí)；鉆機(jī)就位后，做好對(duì)中、整平工作；開(kāi)鉆前提起鉆具，校正孔位；成孔時(shí)，鉆具對(duì)準(zhǔn)測(cè)放的樁中心開(kāi)孔鉆進(jìn)；成孔中定時(shí)檢測(cè)孔徑、孔形和孔斜，嚴(yán)格控制成孔質(zhì)量；鉆進(jìn)每30 min做一次進(jìn)尺記錄；成孔過(guò)程中嚴(yán)格保持機(jī)臺(tái)平穩(wěn)，每班均應(yīng)檢查機(jī)臺(tái)水平度。

3)鋼管柱吊耳支墩制作安裝。

為方便鋼管柱運(yùn)輸及起吊，鋼管柱加工時(shí)，在鋼管柱頂四周十字形焊接4個(gè)起吊耳板，φ50 mm圓孔穿起吊鋼纜，φ35 mm圓孔穿吊筋(見(jiàn)圖5)，消除鋼管樁起吊時(shí)變形。

4)快速平面定位系統(tǒng)。

在孔口周邊混凝土作業(yè)面上沿十字軸線設(shè)置4個(gè)對(duì)稱(chēng)的工字鋼墩(300 mm×300 mm×20 mm×15 mm)，作為鋼管柱定調(diào)架的平臺(tái)，混凝土操作面需預(yù)埋Φ16鋼筋，與鋼連接板扣緊，鋼支墩與連接板以焊接方式連接。樁柱一體化施工完成后，鋼支墩可拆除重復(fù)利用(見(jiàn)圖6)。

5)鋼管柱吊裝及定位。

鋼管柱樁吊裝及定位分為以下步驟：

a.先吊放鋼筋籠進(jìn)孔內(nèi)，待鋼筋籠下至孔口時(shí)，暫停下落，將鋼筋籠臨時(shí)固定在孔口。

b.通過(guò)起吊耳板起吊鋼管柱，將鋼管柱緩慢插入鋼筋籠1.5 m后，將事先掛在耳板上的吊筋與鋼筋籠焊接固定。此時(shí)鋼管柱與鋼筋籠組成整體，松開(kāi)鋼筋籠臨時(shí)固定繼續(xù)下放鋼柱，使鋼筋籠隨鋼柱一同進(jìn)入孔內(nèi)。

c.下放時(shí)，緩慢旋轉(zhuǎn)鋼管柱，使支撐工字鋼標(biāo)刻十字線基本與鋼支墩上的軸線對(duì)齊，鋼管柱初步就位完成。鋼管柱的調(diào)整采用液壓千斤頂?shù)姆绞剑x取合理的千斤頂是鋼管柱調(diào)整的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況分析發(fā)現(xiàn)，孔內(nèi)泥漿阻力F與鋼管柱旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為影響因素，根據(jù)鋼管柱的受力分析，千斤頂頂升力T與泥漿壓力F關(guān)系有：

0.8T=13.15×2/3F+0.3F

(1)

F=ρghS

(2)

其中，ρ為泥漿密度，取1 200 kg/m3；S為1/4鋼管柱表面積，S=1/4πD×13.15=10.32 m2；g為重力加速度，取9.8 N/kg；h為作用面高度，取3.4 m。

由式(1)，式(2)得出T=20.36 t，所以選取22 t千斤頂，可滿足鋼管柱調(diào)整的要求。

d.鋼管柱初步就位完成后，全面復(fù)核鋼管柱中心點(diǎn)和柱頂標(biāo)高，并用吊車(chē)配合把柱頂標(biāo)高基本調(diào)至設(shè)計(jì)要求，采用撬棍及千斤頂頂住支撐工字鋼下方，以便鋼管柱平面位置、標(biāo)高精調(diào)到位。

e.樁柱一體化混凝土澆筑。

設(shè)計(jì)要求鋼管柱頂高于地面0.7 m～1.5 m不等。若采用常規(guī)的直卸式混凝土澆筑方法將對(duì)已調(diào)整好鋼管柱的平面位置與垂直度產(chǎn)生較大沖擊影響，直卸式澆筑難以適合樁柱一體化混凝土澆筑要求，需使用更穩(wěn)定、安全的方式進(jìn)行樁柱一體化的混凝土澆筑。因此，作者設(shè)計(jì)了樁柱一體化混凝土澆筑鋼作業(yè)平臺(tái)(見(jiàn)圖7)，成功解決了混凝土澆筑過(guò)程中對(duì)鋼管柱的影響，提供了混凝土澆筑過(guò)程中工人的操作空間問(wèn)題，順利完成了樁柱一體化混凝土澆筑。

地面硬化尺寸為2.6 m×2.6 m，為了避免鋼作業(yè)平臺(tái)與鋼管柱及垂直度控制系統(tǒng)互相影響，鋼作業(yè)平臺(tái)的支腳需架于硬化層之外。作者將鋼作業(yè)平臺(tái)尺寸設(shè)計(jì)為3.5 m(長(zhǎng))×3.5 m(寬)×3.4 m(高)，同時(shí)在澆筑混凝土?xí)r為作業(yè)反壓石子和復(fù)核鋼管柱平面及垂直度等預(yù)留作業(yè)空間。平臺(tái)頂部中間開(kāi)有卡位圓孔，在澆筑過(guò)程中卡位板卡在導(dǎo)管的接頭盤(pán)下，避免了澆筑過(guò)程中導(dǎo)管震動(dòng)而與鋼管柱發(fā)生碰撞，確保了鋼管柱的準(zhǔn)確定位。

3 質(zhì)量驗(yàn)收及保證措施

3.1 質(zhì)量檢查驗(yàn)收要求

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB 50202—2002建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范、JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范，對(duì)鉆孔灌注樁和鋼管柱進(jìn)行主控項(xiàng)目質(zhì)量檢查驗(yàn)收，結(jié)果見(jiàn)表1，表2。

表1 鉆孔灌注樁主控項(xiàng)目質(zhì)量檢查驗(yàn)收表

表2 鋼管柱主控項(xiàng)目質(zhì)量檢查驗(yàn)收表

3.2 質(zhì)量保證措施

1)樁位、樁長(zhǎng)控制。

經(jīng)過(guò)測(cè)量放線確定鉆孔中心位置，并經(jīng)復(fù)核確認(rèn)無(wú)誤后開(kāi)始鉆孔的施工。

施工中對(duì)鋼筋混凝土護(hù)筒頂高程與各項(xiàng)設(shè)計(jì)高程皆要核對(duì)清楚，以便進(jìn)行換算。土層中鉆進(jìn)，錐形鉆頭的起始點(diǎn)要準(zhǔn)確無(wú)誤，根據(jù)不同土質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整。機(jī)具長(zhǎng)度丈量要準(zhǔn)確。

2)樁身質(zhì)量控制。

制作鋼筋籠不能超過(guò)規(guī)范允許的誤差，包括主筋的搭接方式、長(zhǎng)度，鋼筋籠的全部數(shù)據(jù)都應(yīng)按隱蔽工程進(jìn)行驗(yàn)收、記錄。鋼筋籠底應(yīng)制成錐形，以便順利下放。起吊部位可增焊環(huán)筋，提高強(qiáng)度。起吊鋼繩應(yīng)放長(zhǎng)，以減少兩繩夾角，防止鋼筋籠起吊時(shí)變形。確保導(dǎo)管密封良好，灌注時(shí)竄動(dòng)導(dǎo)管時(shí)提高應(yīng)按規(guī)范要求，防止夾泥、斷樁等質(zhì)量事故發(fā)生。如發(fā)生這些事故，應(yīng)將導(dǎo)管全部提出，處理好以后再下入孔內(nèi)[7-12]。

3.3 監(jiān)測(cè)控制措施

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可以有效保證施工安全性，進(jìn)而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)性，本項(xiàng)目中投入了以下監(jiān)測(cè)儀器對(duì)基坑位移、深層土體水平位移、地下水位進(jìn)行了監(jiān)測(cè)(見(jiàn)表3)。

表3 投入監(jiān)測(cè)儀器表

各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的控制值、報(bào)警值及監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表4。

表4 監(jiān)測(cè)控制值、報(bào)警值及監(jiān)測(cè)頻率表

4 結(jié)論

基于南方城市某公建綜合配套工程項(xiàng)目基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的逆作法中樁柱一體化快速施工關(guān)鍵技術(shù)，解決了單樁單柱的樁身垂直度和鋼管柱安裝精度要求高、定位困難等問(wèn)題，使得樁柱一體化施工得以順利進(jìn)行，該技術(shù)主要特點(diǎn)如下：

1)以鋼筋混凝土護(hù)筒代替了鋼護(hù)筒，并在孔口設(shè)置鋼管柱調(diào)整系統(tǒng)，減少吊裝時(shí)間。

2)樁柱一體化混凝土澆筑鋼作業(yè)平臺(tái)能形成立體操作空間，即平臺(tái)上部為混凝土澆筑操作平臺(tái)，平臺(tái)下部為鋼管柱水平位置及垂直度控制、反壓石子施工提供操作空間。

3)通過(guò)泥漿壓力，推導(dǎo)出定位鋼管柱的千斤頂頂升力，從而為千斤頂選型、鋼管柱準(zhǔn)確定位奠定了基礎(chǔ)。

4)應(yīng)用樁柱一體化快速施工關(guān)鍵技術(shù)，深基坑工程逆作法中鋼管柱安裝定位工效和質(zhì)量大大提高，且樁柱一體快速施工關(guān)鍵技術(shù)安全可靠，施工便捷，工效高，可操作性強(qiáng)。采用樁柱一體快速施工關(guān)鍵技術(shù)，施工時(shí)間比計(jì)劃時(shí)間縮短了20%，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益706萬(wàn)元；施工中產(chǎn)生的鉆渣、泥漿等建筑垃圾用專(zhuān)用車(chē)運(yùn)到指定地點(diǎn)，滿足施工環(huán)保的要求；樁柱一體快速施工關(guān)鍵技術(shù)能提前發(fā)揮上部建(構(gòu))筑物的作用，社會(huì)效益顯著。