詹慧宗

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊(duì)，安徽 銅陵 244000)

黑砂河原是銅陵市一條天然河流，它起源于天鵝抱蛋山和大銅官山之間，延著市區(qū)中間，一直向西注入長江，全長4 500余 m[1]。上世紀(jì)的五十年代初期，銅官山選礦廠建成投產(chǎn)，為了排放含有大量尾砂和其它物質(zhì)的選礦廢水，銅官山礦將這條天然的小河進(jìn)行了人工拓寬，加深和修整，并切斷了在市區(qū)中心分叉的支流河流，主要用來排放工業(yè)廢水和市民的生活污水。

為踐行“綠水青山就是金山銀山”的堅(jiān)定理念，近些年來銅陵市對黑砂河流域的污水治理“屢出重拳”，銅陵市黑砂河超磁站降氨氮樁基工程就是實(shí)現(xiàn)黑砂河局部流域“污水變綠水”的基礎(chǔ)。本文以銅陵市黑砂河超磁站降氨氮樁基工程實(shí)踐為例，詳細(xì)介紹全護(hù)筒鉆孔灌注樁的工藝及技術(shù)要點(diǎn)，為在尾砂層等軟弱地層中的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

1 項(xiàng)目概況

擬建場地位于黑砂河西側(cè)銅官大道北側(cè)，天泉游泳館東側(cè)。擬建物含3座Q4000魔方尊B(yǎng)型，2座魔方尊A型，一座返清洗水箱，一座一體化泵站及一棟2層辦公樓。擬建場地屬黑砂河古坳溝地貌，經(jīng)建設(shè)改造，現(xiàn)場地西高東低，北高南低。場地東側(cè)緊鄰黑砂河，黑砂河水面標(biāo)高約11.0 m，場地與黑砂河間現(xiàn)狀為漿砌片石擋墻，墻高約5.0 m(圖1)。

圖1 施工場地平面位置圖

1.1 地層巖性

擬建場地巖土層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自上而下依次為：(1)雜填土；(2)尾砂；(3)粉質(zhì)粘土；(4)殘積粘土；(5)中風(fēng)化灰?guī)r[1]?，F(xiàn)分述如下：

第(1)層雜填土：灰黃色、灰褐、灰黑色及棕紅等色，顏色較雜，稍濕～飽和，松散～中密狀態(tài)，主要成分以粘性土、爐渣、碎磚石為主，局部為淤泥質(zhì)土回填。該層在場地范圍內(nèi)普遍分布，厚度8.00～10.30 m，層底標(biāo)高8.89～11.45 m，層底埋深8.00～10.30 m。

第(2)尾砂：灰黑及灰褐色，軟塑～流塑，飽和，含有機(jī)質(zhì)及較多腐爛物，混有40%～50%淤泥質(zhì)土。該層為人工沖淤積成因，由于位于尾砂灘的外圍，局部有二次淤積，因此混有大量淤泥質(zhì)土，軟塑接近流塑狀態(tài)或擾動(dòng)后呈流塑狀態(tài)，干強(qiáng)度中等，韌性中等。該層在場地范圍內(nèi)廣泛分布。層厚2.60～5.90 m，層底標(biāo)高5.48～8.92 m。

第(3)層粉質(zhì)粘土：灰黃及黃灰色，濕～稍濕，土質(zhì)不均勻，硬塑局部夾可塑，含少量灰白色條紋，底部夾20%～40%碎礫石，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等。該層在場地范圍內(nèi)普遍分布，厚度2.70～6.70 m，層底標(biāo)高-0.42～4.44 m，層底埋深14.20～19.80 m。

第(4)層殘積粘土：系閃長巖風(fēng)化殘積土，灰黃色及褐黃色，硬塑，濕～飽和。含少量閃長巖風(fēng)化殘積碎片。該層在場地范圍內(nèi)普遍分布，在1#孔被鉆穿，鉆穿鉆孔揭露厚度4.40 m，層底標(biāo)高-4.82 m，層底埋深24.20 m。

第(5)層中風(fēng)化灰?guī)r：為三疊系中統(tǒng)分水嶺組灰?guī)r，灰白色，中厚層狀，微晶結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙面上有溶蝕現(xiàn)象，巖芯較破碎，呈柱狀及短柱狀，長度一般5～30 cm，巖芯采取率約80%，為較硬巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。層頂埋深24.20 m，層頂標(biāo)高-4.82 m。本次鉆探該層未鉆穿。

1.2 地下水

擬建場地淺層地下水為潛水，主要含水層為第(1)層雜填土、第(2)層尾砂?？辈炱陂g測得穩(wěn)定水位埋深6.30～7.20 m，水位標(biāo)高11.92～12.58 m。地下水補(bǔ)給來源主要為地表水、側(cè)向地下水、大氣降水及黑砂河水補(bǔ)給，其活動(dòng)形式以滲透涇流為主。擬建場地緊鄰黑砂河，勘察期間黑砂河水位標(biāo)高11.55 m。場地地下水及淺層土對混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性[1]。

1.3 場地地震效應(yīng)

場地土類型屬軟弱場地土，根據(jù)鉆孔地質(zhì)資料，該區(qū)覆蓋層厚度大于 24.2 m且小于80 m，綜合判定該建筑場地類別為Ⅲ類。本區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，根據(jù)該場地類別和設(shè)計(jì)地震分組依據(jù)GB50011-2010(2016版)規(guī)范條款，該場地特征周期為0.45 s。根據(jù)場區(qū)工程地質(zhì)條件分析，場地緊鄰河道，為抗震不利地段。設(shè)計(jì)基本地震加速度值為 0.10 g。

2 全護(hù)筒鉆孔灌注樁施工工藝

在樁基礎(chǔ)施工中，全護(hù)筒鉆孔灌注樁具有成孔工效快、預(yù)防塌孔、混凝土充盈系數(shù)正常、質(zhì)量高、能縮短工期、對地下水沒有污染、施工現(xiàn)場整潔等優(yōu)點(diǎn)[5]。

由于本項(xiàng)目區(qū)場地地質(zhì)條件復(fù)雜、尾砂層較厚(2.6～5.9 m)，場地狹小且緊鄰黑砂河，地下管道重要且錯(cuò)綜復(fù)雜，不宜采用人工挖孔樁施工工藝(安全隱患大)、沖擊成孔和PHC管樁施工工藝[7](易對地下管道及臨河擋墻產(chǎn)生水平作用力)及其它普通成孔工藝(無法穿越尾砂層順利成孔)。為此，結(jié)合相關(guān)基礎(chǔ)參數(shù)及場地特殊條件，本項(xiàng)目亦采用全護(hù)筒鉆孔灌注樁施工工藝。

2.1 地基土參數(shù)

根據(jù)勘察土工試驗(yàn)、原位測試結(jié)果，各巖土層承載力特征值fak及壓縮模量值Es(1-2)見表1[1]：

表1 施工場地巖土體參數(shù)

2.2 樁基參數(shù)

根據(jù)工程重要性等級(jí)、場地復(fù)雜程度等級(jí)和地基復(fù)雜程度等級(jí)，綜合劃分巖土工程勘察等級(jí)為甲級(jí)。根據(jù)巖、土試驗(yàn)、標(biāo)貫試驗(yàn)和動(dòng)探試驗(yàn)結(jié)果，按照行業(yè)規(guī)范結(jié)合本場地前期試樁和工程樁檢測結(jié)果，確定樁基參數(shù)[2]，樁基參數(shù)見表2。

表2 鉆孔灌注樁參數(shù)

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》采用全護(hù)筒鉆孔混凝土灌注樁，鉆孔成孔灌注樁的機(jī)具選擇、護(hù)筒埋設(shè)、施工要點(diǎn)及清孔等要求應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程執(zhí)行[6]。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)，場地類別為Ⅲ類，樁基為非嵌巖樁。所有灌注樁以第三層土--粉質(zhì)黏土為持力層，其極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值 qpk=1 200(KPa)，樁長約12～17 m，一般樁要求有效樁長(不含承臺(tái))不小于6 m且進(jìn)入持力層深度不小于2.5 m，樁身穿越尾砂及粉質(zhì)粘土層時(shí)，極限側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值qsik分列為21 kPa和82 kPa。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 樁基設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

2.3 工藝流程

2.3.1 全護(hù)筒鉆孔灌注樁施工工藝

測定樁位→鉆機(jī)就位→鉆進(jìn)至第二層尾砂層(以鉆出土體判別)→使用振動(dòng)錘將長護(hù)筒振入(振入時(shí)必須完全超過尾砂層，且進(jìn)入第三層粉質(zhì)粘土層≥1.5 m)→繼續(xù)鉆進(jìn)至樁底(滿足入持力層厚度要求)→清孔→鋼筋籠制安→二次清孔(根據(jù)樁的性質(zhì)其沉渣厚度需滿足規(guī)范要求)→安裝導(dǎo)管及料斗→灌注混凝土(超灌高度不小于0.5 m)→使用振動(dòng)錘拔出長護(hù)筒(當(dāng)拔護(hù)筒至尾砂層時(shí)應(yīng)緩慢拔出)→樁基檢測(完整性檢測+承載力檢測)→驗(yàn)收。施工簡圖見圖2。

圖2 施工簡圖

2.3.2 主要技術(shù)要點(diǎn)

(1)旋挖鉆孔至尾砂層時(shí)，采用振動(dòng)錘將長護(hù)筒(設(shè)計(jì)樁徑0.8 m的孔下直徑0.9 m的鋼護(hù)筒，設(shè)計(jì)樁徑1 m的孔下直徑1.1 m的鋼護(hù)筒)振入，要求振入第三層粉質(zhì)粘土層深度不小于1.5 m(見圖3)。

圖3 長護(hù)筒施工現(xiàn)場 圖4 尾砂層鉆進(jìn)現(xiàn)場

(2)若樁心距<2.5 d或2.5 m，應(yīng)采用間隔跳打，即澆筑完一排后再跳打相鄰樁。

(3)樁孔成型后必須清除孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于50 mm。

(4)鋼筋采用HRB400級(jí)鋼，樁身混凝土保護(hù)層厚度為50 mm。

(5)縱向鋼筋沿環(huán)向均勻放置，樁身鋼筋籠主筋應(yīng)通長，如需分段制作時(shí)，接頭應(yīng)焊接，接頭位置應(yīng)錯(cuò)開35d且不小于500[4]；

(6)吊放鋼筋籠時(shí)，不得碰撞孔壁，應(yīng)防止鋼筋籠彎曲扭轉(zhuǎn)；鋼筋籠外側(cè)需設(shè)混凝土墊塊，或采取其他有效措施，以確保鋼筋保護(hù)層厚度達(dá) 50 mm。

(7)縱向鋼筋用HRB400級(jí)鋼，接頭應(yīng)采用焊接，同一截面不超過總量的50%，且應(yīng)隔位錯(cuò)開焊接，焊接班頭錯(cuò)開距離不小于35 d且不小于500 mm[2]。

(8)本工程灌注樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35，混凝土的用料及配合比按現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程處理[3]。

(9)采用導(dǎo)管灌注混凝土，導(dǎo)管的構(gòu)造和使用以及灌注混凝土的施工要領(lǐng)按現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程處理。為確?；炷恋馁|(zhì)量向?qū)Ч芄嘧⒒炷習(xí)r建議采用混凝土泵輸送或采用其他有效措施。

(10)實(shí)際施工樁頂應(yīng)超澆500 mm以上[2]，后續(xù)施工承臺(tái)結(jié)構(gòu)時(shí)，再將超澆部分(浮漿)鑿除，必須同時(shí)保證鑿除浮漿后暴露的樁頂混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，樁頂伸入承臺(tái)100 mm。

3 效果綜述

通過本工程實(shí)施，對尾砂地層采用全護(hù)筒鉆孔灌注樁，成孔順利、質(zhì)量有保證、效率高且投資小(圖4)。通過樁基檢測顯示樁身完整性及承載力均能滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。該樁基項(xiàng)目也成為銅陵市黑砂河流域治理的優(yōu)質(zhì)工程，在尾砂等其它軟弱地層施工中提供了一定的借鑒作用。

4 結(jié)語

相對于普通成孔工藝，全護(hù)筒灌注樁技術(shù)在流塑狀尾砂層施工過程中安全可靠，不會(huì)出現(xiàn)塌孔、縮頸、混凝土超方嚴(yán)重等現(xiàn)象，為順利成孔及樁身質(zhì)量提供了有力保證，對地下水沒有污染、施工現(xiàn)場整潔，并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、砂土等其它軟弱地層中，全護(hù)筒灌注樁施工同樣適用，但應(yīng)結(jié)合軟弱地層的層厚、壓縮模量、承載力特征值、地下水位等因素確定樁身相關(guān)參數(shù)。通過全護(hù)筒灌注樁技術(shù)在銅陵市黑砂河超磁站降氨氮樁基工程的成功實(shí)施，為后續(xù)同類項(xiàng)目的施工提供了一定的參考及借鑒作用。