王慶鐘
(福建省漳州市薌城區(qū)城市建設(shè)開發(fā)總公司,福建 漳州 363000)
漳州市某拆遷安置房位于薌城區(qū)繁華的舊城區(qū)內(nèi),東鄰城市支路(臨時(shí)菜市場(chǎng)),北與中國(guó)銀行大樓相毗鄰,南與舊房相距14米,西邊與舊房只有符合消防間距,占地面積375.29 平方米,總建筑面積2216 平方米,層數(shù)6 層(底層店面2-6 層為住宅),建筑高度18.9米,結(jié)構(gòu)為鋼筋砼框架,基礎(chǔ)采用直徑為600 毫米的鉆孔灌注樁,砼強(qiáng)度等級(jí)C30,樁端持力層為圓礫層,樁端進(jìn)入持力層不小于1.8米,單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1700KN。
2.1 存在問題
本工程原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)采用砼預(yù)制靜壓方樁,由于其他原因,工程拖延四年,至2006年漳州地區(qū)砼預(yù)制靜壓樁已被預(yù)應(yīng)力管樁所代替,總承包單位無(wú)法按原設(shè)計(jì)施工,又由于該工程施工場(chǎng)地狹小,東鄰城市支路,白天設(shè)置臨時(shí)菜市場(chǎng),交通十分擁擠,北與中行大樓最近只有6.05米,西邊與芝山糧站宿舍樓五層距離7.32米,南邊距離經(jīng)委宿舍樓14米,兩幢舊房都屬于八十年代初建造,基礎(chǔ)為天然淺基礎(chǔ),如果樁基改為預(yù)應(yīng)力管樁,存在兩種情況:第一,因施工場(chǎng)地小,機(jī)械進(jìn)出場(chǎng)相當(dāng)困難而且邊樁機(jī)械無(wú)法施工。第二,由于管樁產(chǎn)生的擠壓效應(yīng)大,周邊的舊房存在安全隱患。鑒于上述情況,多加樁基施工隊(duì)都不敢承接,總承包單位建議采用鉆孔灌注樁以解決上述不利因素。經(jīng)協(xié)商,由原設(shè)計(jì)單位出具更改基礎(chǔ)圖,采用直徑為600 毫米鉆孔灌注樁,單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1700kN,樁端進(jìn)入持力層圓礫層不小于1.8米。
2.2 工程樁做實(shí)驗(yàn)
鉆孔灌注樁具有低噪音、無(wú)震動(dòng)、無(wú)擠壓等優(yōu)點(diǎn),不受地下水影響,施工安全可靠。但持力層選在圓礫層,孔底沉渣由于受水沖擊容易使圓礫層產(chǎn)生擾動(dòng),難以保證孔底沉渣100%滿足施工規(guī)范要求,樁沉降量大,影響樁端垂直承載力,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員協(xié)商,決定打二根工程樁做靜載實(shí)驗(yàn),以核實(shí)地質(zhì)報(bào)告的真實(shí)性及單樁承載力。工程樁選在地質(zhì)勘察報(bào)告2-2 剖面5號(hào)鉆孔圓礫層最薄只有2.5米的地方。根據(jù)勘察單位提供的沖、鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù),如表1。
按設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算該樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為:
表1 沖、鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)表
上述計(jì)算,淤泥質(zhì)土層摩阻力不計(jì),粉砂屬于液化,摩阻力折減系數(shù)取3 分之一,經(jīng)驗(yàn)算理論計(jì)算與設(shè)計(jì)取值基本接近。
試打二根工程樁編號(hào)為35號(hào)、36號(hào)樁,樁長(zhǎng)分別為20.2米、20.5米。試樁的每級(jí)荷載增量為170kN,最大試驗(yàn)荷載分別加至1700kN,二根樁在加載過程中,沉降量如表2 和表3:
二根樁實(shí)驗(yàn)結(jié)果:承載力只達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%。
鉆孔灌注樁具有低噪音,無(wú)震動(dòng)、無(wú)擠壓等優(yōu)點(diǎn)。適用于地下水位以下的黏性土,粉土、砂土、填土、碎(礫)石土及風(fēng)化巖層,尤其是施工場(chǎng)地狹小,大機(jī)械(如預(yù)制靜壓樁機(jī))無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工更適合,本工程就是如此。但其施工過程部位無(wú)法直接觀察,屬于地下隱蔽工程,特別是樁尖進(jìn)入持力層孔底沉渣清理均難保證100%達(dá)到設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求,樁側(cè)泥皮過厚等因素,已嚴(yán)重影響鉆孔灌注樁的垂直承載力?,F(xiàn)根據(jù)本工程施工特點(diǎn)及相關(guān)工程實(shí)踐資料分析如下:(1)樁底沉渣厚。樁底沉渣厚使樁端承載力得不到充分有效發(fā)揮,本工程樁尖持力層為圓礫層,由于受施工工藝影響,鉆孔灌注樁采用泥漿護(hù)壁正反循環(huán)施工進(jìn)尺,勢(shì)必造成持力層圓礫層擾動(dòng)更厲害,即使二次清孔也很難保證達(dá)到設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求,這從沉渣厚度測(cè)試儀測(cè)試及靜載檢測(cè)的結(jié)果,可以得到證實(shí)。當(dāng)加載到某一荷載時(shí),樁沉降急速下沉并滿足規(guī)范規(guī)定的破壞條件(本工程靜載實(shí)驗(yàn)就是如此),此時(shí)如繼續(xù)加載讓樁沉到某一位置時(shí),樁的沉降明顯減慢并穩(wěn)定,這就說明樁底沉渣清除干凈后,樁的承載力明顯提高。(2)樁側(cè)泥皮厚導(dǎo)致樁測(cè)摩阻力明顯減小。本工程試打二根工程樁,在施工過程中,由于種種原因?qū)е聫你@孔到終孔后下放鋼筋籠、接入導(dǎo)管直至灌注砼時(shí)間過長(zhǎng),造成泥漿護(hù)壁泥皮過厚,因此規(guī)范規(guī)定鉆孔灌注樁成孔時(shí)間與灌注時(shí)間不宜過長(zhǎng)。(3)孔壁受擾動(dòng)。鉆孔灌注樁在成孔過程中孔壁受擾動(dòng),特別是進(jìn)入密實(shí)砂層較深的樁,成孔后孔壁附近土中應(yīng)力釋放,會(huì)出現(xiàn)“松馳”現(xiàn)象,孔直徑越大應(yīng)力釋放越明顯,造成鄰近樁壁一層土的抗剪強(qiáng)度降底,導(dǎo)致地基土對(duì)樁的極限承載力下降。
“后注漿”的原理:在樁內(nèi)預(yù)埋注漿管,并在灌注樁砼終凝到一定強(qiáng)度后,通過預(yù)埋的注漿管,用高壓注漿泵以一定的壓力將預(yù)定水灰比的水泥漿壓入樁底,對(duì)樁底沉渣、樁端持力層以及樁周圍泥皮起到滲透、劈裂充填、壓密和固結(jié)作用,以此來提高樁的承載力。
為確保鉆孔灌注樁的垂直承載力,鑒于施工二根工程樁試驗(yàn)結(jié)果及分析原因,決定采用預(yù)埋注漿管實(shí)施“后注漿”技術(shù)來提高樁端承載力。根據(jù)規(guī)范要求,沿鋼筋籠周圍對(duì)稱設(shè)置二根注漿管。
4.1 鉆孔灌注樁施工
在鉆孔開始之前,先進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)以保證樁與中心的偏差不大于50mm,護(hù)筒用4-8mm厚鋼板制作,內(nèi)徑大于鉆頭直徑100mm,上部開設(shè)1-2個(gè)溢漿孔,埋設(shè)深度為1.2m,在旁邊設(shè)立泥漿攪拌池,用鉆頭鉆孔,泥漿護(hù)壁成孔,成樁施工工序是:定樁位→護(hù)筒埋設(shè)→鉆機(jī)就位→鉆頭鉆孔→終孔→第一次清孔→下放鋼筋籠→接入導(dǎo)管→第二次清孔→澆注砼→后注漿。
4.2 鋼筋籠安放和預(yù)埋注漿管
本工程鋼筋籠主筋為8B14、B6@200 螺旋箍,加勁箍為B16@2000,6 分鍍鋅管綁扎在鋼筋籠外側(cè),注漿管長(zhǎng)度底端要超過鋼筋籠長(zhǎng)度30cm,鋼筋籠經(jīng)檢查合格后用吊機(jī)吊起,吊直后緩緩放入套筒內(nèi),應(yīng)注意鋼筋籠能否自由落下,沉放時(shí)不能碰撞孔壁,對(duì)鋼筋籠進(jìn)行定位,防止偏移,從而影響樁的質(zhì)量。
4.3 導(dǎo)管的安置及二次清孔
在鋼筋籠和預(yù)埋注漿管吊裝完畢后,應(yīng)立即安置導(dǎo)管,導(dǎo)管選用3mm 壁厚,直徑為230mm 的鋼管,長(zhǎng)度第一節(jié)為4米,其余均為1.5-2.5米,每一節(jié)接頭采用橡膠墊圈密封,雙螺紋方扣快速接頭,所謂二次清孔就是利用泥漿在流動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能沖擊樁孔底部的沉渣,使沉渣中的巖粒、砂粒等雜質(zhì)處于懸浮狀態(tài),再利用泥漿膠液的粘結(jié)力使懸浮者的沉渣隨著泥漿的循環(huán)流動(dòng)排出孔外,最終將孔內(nèi)的沉渣清理干凈。所以孔底500mm 以內(nèi)的泥漿比重應(yīng)小于1.25,含砂率不能大于8%黏度大于28S,這就是所謂的泥漿排渣清孔和護(hù)壁的作用。
4.4 砼灌注開始灌注砼時(shí),導(dǎo)管底部至孔底的距離宜控制在300-500mm,以保證有足夠的砼儲(chǔ)備量,導(dǎo)管一次埋入砼灌注面以下控制在0.8m 以內(nèi),導(dǎo)管埋入砼的深度控制在2-6米,禁止將導(dǎo)管提出砼灌注面,并且應(yīng)控制好提拔導(dǎo)管的速度,根據(jù)設(shè)計(jì)要求砼等級(jí)為C30,本工程采用商品砼,最后一次灌注量超灌高度為0.8m,這部分做為鑿除泛漿高度,以保證樁頂砼達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)要求,控制好砼灌注的充盈系數(shù),使其保持在1.1-1.2 之間。
4.5 開塞
在澆注砼的3-5 天,砼強(qiáng)度達(dá)到C10-C15時(shí)方可開塞,開塞時(shí)間的早晚結(jié)注漿較為關(guān)鍵,能否順利注漿,控制好注漿時(shí)間至關(guān)重要。開塞時(shí)間過早,砼強(qiáng)度未形成,在高壓水的沖擊下會(huì)破壞樁端的形成和砼強(qiáng)度。開塞時(shí)間過晚,砼強(qiáng)度過大,會(huì)造成注漿頭橡膠膜打不開等現(xiàn)象,造成預(yù)埋注漿管報(bào)廢以至不能注漿。
4.6 注漿控制
注漿控制應(yīng)掌握如以下三點(diǎn):
(1)檢查水泥標(biāo)號(hào),不能有結(jié)塊現(xiàn)象,控制好水灰比,本工程注漿水灰比為1:0.75。
(2)控制好注漿壓力,注漿壓力小,對(duì)樁端加固范圍滲入充填強(qiáng)度深度小,加固作用小。注壓力過大,可能會(huì)破壞注漿管。本工程壓力控制在3.00Mpa-5.00Mpa。
(3)注漿量控制:?jiǎn)螛蹲{量的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)樁徑、樁長(zhǎng)、樁端、樁側(cè)土層性質(zhì),單樁承載力增幅是否復(fù)式注漿等因素而定,可按下式估算:Gc=apd+asnd
本工程只對(duì)樁端注漿,故Gc=apd=1.6×0.6=0.96 噸=960KG
采用雙控:(1)注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求;(2)注漿總量已達(dá)到設(shè)計(jì)值的75%且注漿壓力超過設(shè)計(jì)值。注漿完成后,注漿管上部要用塞仔封注。
取37號(hào)、40號(hào)樁做靜載實(shí)驗(yàn)列表如下(采用后注漿技術(shù))
后注漿二根樁試驗(yàn)結(jié)果:37號(hào)樁豎向極限承載力為1530KN。
40 號(hào)樁豎向極限承載力為1600KN。
未注漿和后注漿通過靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)比如下表:
從表中數(shù)據(jù)可以看出,樁底注漿的單樁極限承載力大于未注漿的單樁極限承載力,提高幅度在29%-34%。
國(guó)內(nèi)外廣大工程技術(shù)人員為提高鉆孔灌注樁的垂直承載力,曾采用過許多方法,后注漿技術(shù)的應(yīng)用是較常用且有效的一種。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明:在北京地區(qū)10m 左右的短樁,當(dāng)樁底進(jìn)入中粗砂及圓礫石層時(shí),采用樁底注漿工藝技術(shù)后,單樁垂直承載力可提高70%-200%。福建地區(qū)樁底進(jìn)入持力層砂層的60m 長(zhǎng)樁,采用樁底注漿工藝技術(shù)其單樁垂直承載力可提高80%-90%。天津地區(qū)樁底進(jìn)入粉層細(xì)砂層的40-60m 中長(zhǎng)樁,采用樁底注漿工藝技術(shù),單樁垂直承載力可提高20%-40%。從本工程采用預(yù)埋注漿管實(shí)施后注漿來提高單樁的垂直承載力的實(shí)踐情況也得到證實(shí)。
根據(jù)相關(guān)工程實(shí)例資料統(tǒng)計(jì)和本工程實(shí)踐結(jié)果及分析,提出以下幾點(diǎn)意見和建議:
6.1 鉆孔灌注樁單樁垂直承載力按理論計(jì)算和實(shí)際施工的結(jié)果,數(shù)據(jù)懸殊較大,原因有二點(diǎn):第一,由于鉆孔灌注樁施工工藝是先成孔,后灌注砼,即先把土掏空后成型砼樁,不像靜壓機(jī)是靠成品樁把土向外擠壓,因此樁側(cè)摩阻力產(chǎn)生較小。第二,樁端承載力由于受到樁底沉渣清理無(wú)法100%滿足設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求,造成鉆孔灌注樁的垂直承載力大大降低,因此,設(shè)計(jì)人員在計(jì)算單樁垂直承載力的取值方面及樁端選在哪個(gè)持力層就顯得尤為慎重。
6.2 經(jīng)過預(yù)埋注漿官采用后注漿技術(shù),能使樁沉降量減小,承載力大大提高,特別是樁端選在圓礫層及土層較厚的砂土層,采用后注漿更為必要,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》編號(hào)為:JGJ 94-2008:中國(guó)建筑工業(yè)出版社
[2]本工程有關(guān)設(shè)計(jì)勘察資料及相關(guān)工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)資料