劉 倩 李健民 許明顯

(浙江省水利水電勘測設計院有限責任公司, 浙江 杭州 310002)

鉆孔灌注樁因其適用土層廣泛、 施工工藝成熟、 非擠土、 單樁承載力大等特點在建設工程中被廣泛應用, 對承載力要求較高的樁基礎, 一般多采用嵌巖樁, 樁端進入基巖持力層的深度對地基承載力及安全使用尤為重要。 目前的旋挖鉆機入巖判定方法大多停留在經驗層面, 主要根據地勘剖面、 鉆出巖屑特征或者鉆進難易程度等判定, 由于地質勘察并不是每樁一孔, 對巖面的起伏、 復雜的風化情況地勘剖面難以準確描繪, 根據經驗判斷也具有較大的主觀性, 容易產生誤判而發(fā)生事故。 尤其對埋藏深、 風化程度復雜、遇水易軟化等的軟巖持力層, 容易造成樁基超深、 塌孔、 經濟損失加劇等風險。 目前軟巖嵌巖樁的應用逐漸增多, 但人們對軟巖嵌巖樁的承載特性缺乏全面的認識, 對軟巖的判別也大多沿用著硬質巖等的判別經驗。

杭嘉湖地區(qū)屬于沖海積平原, 工程地質特性表現(xiàn)為上部粉土、 粉砂, 以下為濱海相沉積的軟土, 基巖埋深大多在地表50 ~70m 之下, 且大部分為抗壓強度小于30MPa 的軟巖, 其樁基持力層多為強—弱風化基巖, 因此研制一種適用于這些軟巖地基的入巖判定方法具有很大的使用及推廣價值。

1 工程概況

擴大杭嘉湖南排杭州八堡排水泵站工程擬建于錢塘江北岸、 航運部門規(guī)劃的京杭運河二通道一線船閘的東側, 主要任務是增加太湖流域水環(huán)境容量, 改善流域和杭嘉湖東部平原水環(huán)境, 提高流域和區(qū)域防洪排澇及水資源配置能力。 工程為Ⅰ等工程, 主要建筑物級別為1 級, 泵站設計排澇流量為200m3/s。 泵站樁基上部覆蓋層軟土層深厚, 可達60m 左右, 由砂質粉土、 淤泥質土、 含泥粉細砂、 粉質黏土、 含泥砂礫石等組成, 下部基巖為泥質粉砂巖, 飽和抗壓強Rc=20 ~30MPa, 泵站一帶基巖面高程在- 57.3 ~-54.5m左右。

本工程主泵房采用C30 混凝土灌注樁基礎, 利用泥質粉砂巖為樁端持力層, 樁需全斷面進入強風化基巖不少于50cm, 樁徑1.0m, 間排距2.5m。 共計布置160 根鉆孔灌注樁, 采用旋挖鉆機旋挖成孔。 根據施工節(jié)點倒排工期, 需在汛期來臨前發(fā)揮一定的泄流功能, 主泵房樁基工程施工要求在45 天內完成。

2 嵌巖樁入巖判定的現(xiàn)狀

在前期勘察中發(fā)現(xiàn), 本工程下伏基巖風化深, 全風化與強風化界線起伏較大。 在試樁過程中, 鉆孔灌注樁的入巖判定環(huán)節(jié), 存在多次判巖、 判巖時間較長等問題, 而且試樁時采用的根據旋挖機帶出的巖渣判定巖石風化程度的方法, 實施中應用較為困難。 主要原因有兩點: ?旋挖機雖鉆進巖層, 但由于基巖為泥質粉砂巖, 遇水易軟化, 在孔口取到的巖樣較少;?該巖石全風化和強風化性狀差別較小, 尤其是取出的巖樣都是細小的鉆渣, 更加大了現(xiàn)場判別難度。

根據現(xiàn)場試樁時的統(tǒng)計, 入巖判定平均花費約48.2min, 主泵房160 根鉆孔灌注樁入巖判定總共需約128h, 將會嚴重制約樁基施工進度。 亟需量化指標衡量樁端入巖層位, 提高判別準確度與效率。

3 入巖判定方法的優(yōu)化分析

經查閱相關文獻及類似工程施工經驗, 采用“初判—終判—檢驗” 的路徑確定入巖判定方法(見圖1)。

圖1 軟巖地基入巖判定方法研究路徑

通過控制變量法采用4 根樁分三組進行試驗(見表1), 分別對旋挖機鉆進過程中的隨鉆參數(shù)、 撈取沉渣方法、 旋挖機機頭進入預計層位后的原位測試方法進行比選。

表1 試驗內容

3.1 旋挖機鉆進初判

本工程選用的旋挖機型號為SR180M。 根據操作手冊, 實時顯示的直接參數(shù)有鉆進深度、 鉆桿轉速、發(fā)動機扭矩、 鉆進率和給進力五個。 其中鉆進深度僅反映機頭目前的位置狀態(tài), 發(fā)動機扭矩與給進力線性相關。 選取互不相關的鉆桿轉速、 鉆進率以及給進力進行現(xiàn)場試驗, 尋找與入巖層位相關的參數(shù)。

根據試驗一組的現(xiàn)場鉆進深度與轉速、 鉆進率以及給進力參數(shù), 應用minitab 軟件進行分析, 采用其中的偏最小二乘模塊進行相關性分析, 得到的深度與鉆進參數(shù)的相關性系數(shù)見表2。

表2 鉆進深度與鉆機參數(shù)的相關性系數(shù)

鉆桿鉆速及給進力與鉆進深度高度相關, 相關性系數(shù)可達0.9 以上, 而鉆進率與鉆進深度的相關性不強。 因此選定鉆桿鉆速及給進力作為衡量樁端入巖深度的指標。

3.2 鉆渣終判

目前常用的撈取沉渣的方法可以分為浮漿法和撈渣筒法兩種。 在試驗二組中, 進入強風化基巖后對試樁分別采用浮漿法及撈渣筒法在同樣的位置各打撈一次鉆渣, 對比撈取巖渣的數(shù)量及粒徑、 耗時、 成本,結果見表3。

表3 鉆渣試驗結果

從現(xiàn)場篩分實驗的結果可以看到, 撈渣筒法撈渣相對于浮漿法撈渣, 所取的鉆渣粒徑有了明顯的提升, 有利于更精確地判斷入巖層位。 由于撈渣筒法撈渣前必須經過一次不小于5min 的清孔, 因此該方法所耗費的時間較長。

盡管耗費的時間以及成本較大, 但根據撈渣筒法進行鉆渣判別更為精準, 經綜合考慮, 選取撈渣筒法為撈渣方法。

3.3 原位測試檢驗

根據《工程地質手冊》 (第五版) 5.10.2.3 的規(guī)定: “對于風化巖和殘積土宜采用原位測試與室內試驗相結合的方法。 原位測試可采用圓錐動力觸探、 標準貫入試驗、 波速測試和載荷試驗”, 對試驗三組進行了上述4 種原位測試, 測試結果見表4。

表4 原位測試試驗結果

由試驗結果可以看到, 四種方法均滿足不同風化程度結果差異應大于30%的標準, 其中波速測試用時最短。 雖然波速測試的成本相對較高, 但是能快速準確判定入巖層位的目標, 因此選用波速測試作為原位測試方法。

3.4 綜合措施

結合上述三組試驗, 確定以鉆桿轉速、 給進力參數(shù)進行初判, 以撈渣筒法進行終判, 以波速測試進行檢驗的優(yōu)化方案, 具體實施標準見表5。

表5 優(yōu)化方案

4 優(yōu)化方案的實施與結果

泵站樁基施工采用4 臺旋挖機同時進行, 除4 根試驗樁外, 剩余156 根樁采用優(yōu)化方案進行判別。

4.1 實施過程

a. 根據現(xiàn)場旋挖過程記錄, 最終形成了鉆桿轉速和給進力與入巖層位的對應關系。

b. 對現(xiàn)場全部4 臺旋挖機均完成了加焊撈扎筒的工作, 并制定了新的循環(huán)作業(yè)圖表, 進行班組培訓以及撈扎筒法施工工藝的技術交底。

c. 共采購4 臺波速測試儀, 并增派四組物探人員開展波速測試, 保證樁基開挖完成后能夠第一時間開展試驗。

4.2 實施結果

采用優(yōu)化方案后, 每根樁平均入巖判定時間由48.2min 縮短至34.2min (見表6), 至主泵房160 根樁基全部完成共計工期40 天, 比預計工期提前了5 天。

表6 優(yōu)化方案結果

5 結 論

a. 以鉆桿轉速、 給進力參數(shù)進行初判, 以撈渣筒法進行終判, 以波速測試進行檢驗的軟巖地基嵌巖樁入巖判定優(yōu)化方案在本工程中應用效果良好, 各項試驗指標能滿足現(xiàn)場施工要求, 相較于依靠經驗判別不僅提高了準確率, 更提高了樁基施工效率。

b. 杭嘉湖地區(qū)工程地質條件與本工程極為類似,工程建設項目眾多, 本次軟巖地基嵌巖樁入巖判定方法能為相似工程提供寶貴的借鑒成果與方法支持, 具有較高的推廣應用價值。

c. 該方法中還存在許多細節(jié)上的技術問題, 如試驗樁基數(shù)較少, 沒有量化各方案所占比例等, 在實際應用中需進一步研究優(yōu)化。 ■