紀(jì)添成
上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司 上海 200433
擴(kuò)底樁是一種承載效率極高的樁型,它通過樁底擴(kuò)大頭增加了有效承載面積,提高了樁基承載力,進(jìn)而顯著提高了材料利用效率。
因此,自1909年比利時(shí)工程師艾德·福蘭克諾拉(Edgard Frankignoul)發(fā)明了擴(kuò)底樁及其夯擴(kuò)成型工藝以來,擴(kuò)底樁的施工工藝研究一直是樁基工程技術(shù)的重要研究方向,并取得了豐碩成果[1-4]。
目前,按照擴(kuò)底成型方法分,擴(kuò)底樁施工工藝主要分為人工挖掘成型、沉管夯擴(kuò)成型和機(jī)械切削成型3種。
人工挖掘成型工藝安全風(fēng)險(xiǎn)大,已經(jīng)進(jìn)入淘汰階段;沉管夯擴(kuò)成型環(huán)境影響大,應(yīng)用范圍受到限制;機(jī)械切削成型工藝環(huán)境影響小,機(jī)械化程度高,應(yīng)用最為廣泛。但是機(jī)械切削成型工藝也存在一定缺陷:一是工藝環(huán)節(jié)多,鉆孔完成以后還需采用專用機(jī)具擴(kuò)底,施工時(shí)間長(zhǎng);二是擴(kuò)底所需設(shè)備功能復(fù)雜,性能要求高,投入大;三是施工質(zhì)量控制難,混凝土澆搗時(shí),沉渣極易淤積在擴(kuò)底部位,形成虛土,降低樁基承載力。
胡玉銀等[5]針對(duì)傳統(tǒng)擴(kuò)底樁施工工藝的不足,發(fā)明了擴(kuò)底樁注漿成型施工工藝,通過大量工藝試驗(yàn)和工程驗(yàn)證了該工藝的技術(shù)可行性。工程應(yīng)用結(jié)果表明,注漿成型擴(kuò)底樁具有地層適應(yīng)性強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)易、質(zhì)量可靠、環(huán)境友好和成本低廉等優(yōu)點(diǎn),具有良好的推廣應(yīng)用前景。本文結(jié)合工程實(shí)踐,重點(diǎn)從質(zhì)量管控角度談?wù)勛{成型擴(kuò)底樁的質(zhì)量控制要點(diǎn)。
本工程為上海浦江鎮(zhèn)125-2號(hào)二期地塊商辦綜合用地項(xiàng)目,位于上海閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)陳行路以北,江梔路以南,浦秀路以東,浦錦路以西。
本工程總建筑面積65 116.29 m2(地上+地下),其中地上總建筑面積45 615.27 m2,地下總建筑面積19 501.02 m2,包含地下2層1 224 m2六級(jí)二等人員掩蔽所,平時(shí)作為汽車庫使用。擬建項(xiàng)目由3幢12層小高層、14幢5層多層、16幢3層別墅、1幢3層幼兒園、2幢6層商辦樓及地下車庫構(gòu)成(圖1)。
圖1 上海浦江鎮(zhèn)125-2號(hào)地塊建設(shè)模型
本工程地質(zhì)勘探情況如下:擬建場(chǎng)地55.45 m深度范圍內(nèi)的地基土屬第四紀(jì)全新世及上更新世沉積物,主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。
擬建場(chǎng)地潛水受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給影響,地下水靜止水位埋深為0.40~1.60 m,其絕對(duì)高程在3.26~4.50 m。上海市年平均地下水位埋深為0.50~0.70 m,建議低水位埋深為1.50 m,高水位0.50 m。
本工程勘察期間經(jīng)在G4號(hào)取土孔內(nèi)采取地下水進(jìn)行水質(zhì)分析,按Ⅲ類場(chǎng)地環(huán)境類型評(píng)價(jià),場(chǎng)地內(nèi)地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性;在長(zhǎng)期浸水環(huán)境中,地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性;在干濕交替環(huán)境中,地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋亦具有微腐蝕性;對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。
本工程地基與結(jié)構(gòu)安全等級(jí)均為二級(jí),場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g,所屬的設(shè)計(jì)地震分組為第一組,場(chǎng)地土類別為軟弱場(chǎng)地土,建筑場(chǎng)地類別為Ⅳ類。本場(chǎng)地20.00 m深度范圍內(nèi)分布的③2層飽和砂質(zhì)粉土屬不液化土層,場(chǎng)地屬不液化場(chǎng)地。
擴(kuò)底樁注漿成型工藝基于土體可塑性和壓縮性比較大的力學(xué)特性,將高流動(dòng)、低泌水、低收縮水泥砂漿注入預(yù)先布置在樁底的束漿袋中,束漿袋在高壓水泥砂漿的作用下不斷擠擴(kuò)樁周土體,水泥砂漿硬化后即在樁底周圍形成水泥砂漿擴(kuò)大頭(圖2)。
圖2 工藝原理
擴(kuò)底樁注漿成型的過程是土體在注漿壓力作用下受到圓柱孔擴(kuò)張的過程,可以采用彈塑性力學(xué)的圓柱孔擴(kuò)張理論來予以解釋。擴(kuò)底樁的注漿成型力學(xué)機(jī)理為:在注漿壓力作用下,束漿袋周圍的土體先是發(fā)生彈性變形,束漿袋隨之?dāng)U張;當(dāng)注漿壓力達(dá)到一臨界值時(shí),束漿袋周圍的土體由彈性變形狀態(tài)轉(zhuǎn)入塑性變形狀態(tài);隨著注漿壓力的進(jìn)一步升高,塑性區(qū)逐步擴(kuò)大,束漿袋也同時(shí)相應(yīng)擴(kuò)張;注漿停止以后,注漿壓力不再升高,束漿袋不再擴(kuò)張;束漿袋中水泥砂漿固化以后就在樁周形成突出物——擴(kuò)大頭,原來的等截面樁也就演變?yōu)閿U(kuò)底樁。
本工程原樁基設(shè)計(jì)采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為辦公樓樁基,樁長(zhǎng)27 m,樁端進(jìn)入⑦1灰綠-草綠色砂質(zhì)粉土,單樁抗壓承載力設(shè)計(jì)值為1 000 kN;采用φ600 mm鉆孔灌注樁作為地下車庫樁基,樁長(zhǎng)27 m,樁端進(jìn)入⑦1灰綠-草綠色砂質(zhì)粉土,單樁抗拔承載力設(shè)計(jì)值為700 kN。后在業(yè)主、設(shè)計(jì)和審圖單位,以及上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和管理委員會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的支持下,采用注漿成型擴(kuò)底鋼管樁和注漿成型擴(kuò)底PHC管樁分別作為本工程的抗拔樁和抗壓樁,樁長(zhǎng)均為22 m,束漿袋長(zhǎng)約8 m。
注漿成型擴(kuò)底管樁的施工流程如下:利用鉆進(jìn)工藝成孔;在管樁底端安裝注漿擴(kuò)底裝置;鉆孔完成后,將安裝有注漿擴(kuò)底裝置的管樁放入鉆孔中;采用水泥砂漿通過管樁一側(cè)的注漿管置換鉆孔中泥漿;水泥漿養(yǎng)護(hù)完成后,將高壓水泥砂漿注入擴(kuò)底裝置中;擴(kuò)底裝置在高壓水泥漿作用下不斷擴(kuò)張,擠壓強(qiáng)化周圍土體,最終在管樁底端形成水泥漿體擴(kuò)大頭。
針對(duì)新樁型的工程應(yīng)用[6-8],施工過程中的質(zhì)量管控,重點(diǎn)從以下幾方面加強(qiáng)。
1)樁基施工之前應(yīng)試成孔,數(shù)量不少于2根。
2)成孔質(zhì)量:任意斷面孔徑不得小于設(shè)計(jì)樁徑,垂直度允許偏差不應(yīng)大于1/100,孔深不小于設(shè)計(jì)孔深。
3)充盈系數(shù):充盈系數(shù)不應(yīng)小于1.0,不宜大于1.2。
4)樁位偏差:平面偏差x向和y向都不應(yīng)超過50 mm,樁頂標(biāo)高偏差為5 mm之內(nèi)。
安裝PVC防水布袋的目的是要實(shí)現(xiàn)在注漿以后形成一個(gè)擴(kuò)大頭,從而達(dá)到提高抗拔承載力的作用,所以PVC防水布袋的安裝質(zhì)量直接影響到試樁的承載力。具體施工中應(yīng)注意以下問題:
1)與鋼管樁和PHC管樁連接可靠:PVC防水布袋位于鋼管樁和PHC管樁的底部,必須與鋼管樁和PHC管樁固定牢固,避免下放時(shí)脫落,從而影響注漿質(zhì)量。
2)對(duì)成品的保護(hù):在現(xiàn)場(chǎng)操作過程中,務(wù)必保證PVC防水布袋的完整性,防止在堆放或下放過程中造成布袋的損壞,一旦損壞,必須更換。
為保證注漿壓力,在注漿裝置的出漿口處設(shè)置調(diào)壓裝置(即溢流閥),當(dāng)注漿壓力超過規(guī)定壓力時(shí),自動(dòng)下調(diào)注漿壓力。
同時(shí),在管樁頂部與底部設(shè)置封板,并在頂部封板安裝單向的注漿閥以及排氣閥,這樣能保證后續(xù)注漿時(shí),之前的孔內(nèi)水泥漿沉淀后,孔內(nèi)上部的地下水能夠排出(圖3)。
由于試樁的樁頂標(biāo)高與地面標(biāo)高一致,注漿閥和排氣閥可以直接與管樁封板連接,而工程樁的標(biāo)高低于地面標(biāo)高,所以注漿閥與溢流閥要通過鍍鋅鋼管與管樁頂部的封板相連接,所以在工程樁的施工過程中,于下放管樁之前應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)的注漿管,以便保證注漿閥和排氣閥處于地面以上,方便后期注漿的施工。
圖3 管樁封板及注漿管連接示意
待成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,將安裝有注漿擴(kuò)底裝置的管樁放入鉆孔中,利用管樁內(nèi)的注漿管進(jìn)行泥漿置換(表1)。水泥漿通過注漿管注入孔內(nèi),用以置換泥漿的水泥漿量應(yīng)考慮超灌系數(shù)1.1。泥漿置換完成后,開始水泥漿養(yǎng)護(hù),在養(yǎng)護(hù)24 h后,方可進(jìn)行擴(kuò)底注漿。
表1 泥漿置換量
注漿裝置采用常規(guī)SVB-50-452II型壓力注漿泵。將形成擴(kuò)大頭的水泥砂漿水灰比控制在0.55~0.60,注漿時(shí)將流量控制在5 m3/h左右。注漿速度過低,注漿時(shí)間就長(zhǎng),施工效率勢(shì)必不高;但是注漿速度過高,水泥砂漿進(jìn)入束漿袋以后來不及擴(kuò)散,就容易造成束漿袋因壓力迅速升高而被破壞。注漿壓力一般控制在1.0~1.8 MPa,終止注漿應(yīng)以注漿量和注漿壓力雙控原則進(jìn)行控制。
3.6.1 ?成孔質(zhì)量檢測(cè)
1)工程樁成孔質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)隨機(jī)、均勻抽檢,數(shù)量不少于總樁數(shù)的10%。
2)試樁成孔質(zhì)量應(yīng)全部檢測(cè)。
3.6.2 ?單樁抗拔靜載試驗(yàn)
1)先試樁后設(shè)計(jì):注漿成型擴(kuò)底樁為一種新型樁基,每種樁型必須先進(jìn)行3組靜載試驗(yàn),并做到地基土破壞,方可根據(jù)樁基承載力進(jìn)行工程樁設(shè)計(jì)和施工。
2)施工后檢測(cè):注漿成型擴(kuò)底樁為一種新型樁基,工程樁施工后,應(yīng)進(jìn)行不少于3組單樁靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn),總樁數(shù)小于50根,可為2根。
3)單樁抗拔靜載試驗(yàn)需在樁基施工完畢后28 d方可進(jìn)行。
4)單樁抗拔靜載試驗(yàn)應(yīng)采用慢速維持荷載法。
3.6.3 ?樁身質(zhì)量檢測(cè)
所有PHC試樁在單樁靜載試驗(yàn)前,且在基坑開挖至基底標(biāo)高后,均應(yīng)做低應(yīng)變檢測(cè),以確定樁身的完整性。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的50%,且不得少于20根。
柱下三樁或三樁以下的承臺(tái)抽檢樁數(shù)應(yīng)不得少于1根。除以上檢測(cè)外,還應(yīng)采用鉆芯法或聲波透射法對(duì)部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。抽檢數(shù)量應(yīng)不少于總樁數(shù)的20%,檢測(cè)應(yīng)在基坑開挖前進(jìn)行。
本文針對(duì)注漿成型擴(kuò)底樁這種新樁型,從成孔、擴(kuò)底裝置和注漿裝置安裝、泥漿置換、置換后的水泥漿養(yǎng)護(hù)時(shí)間、注漿壓力和注漿流量控制等方面提出了質(zhì)量管控要點(diǎn),最后給出了注漿成型擴(kuò)底樁的樁基檢測(cè)要求。通過一系列有效的質(zhì)量管控,注漿成型擴(kuò)底樁新技術(shù)成功應(yīng)用于浦江鎮(zhèn)125-2地塊,并按規(guī)定進(jìn)行了工程試樁。靜載試驗(yàn)表明,抗壓樁的極限承載力達(dá)到2 200 kN,抗拔樁的極限承載力達(dá)到1 500 kN,試樁結(jié)果完全滿足設(shè)計(jì)要求。注漿成型擴(kuò)底樁樁基施工進(jìn)展順利,一個(gè)臺(tái)班可以施工4~5根工程樁,較鉆孔灌注樁施工工效提高了一倍。同時(shí),通過經(jīng)濟(jì)分析發(fā)現(xiàn),本工程采用注漿成型擴(kuò)底樁后,樁基工程造價(jià)較傳統(tǒng)鉆孔灌注樁降低逾30%。