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0 序言
桩基础广泛应用于工业建筑、民用建筑、道路桥梁、港口航道、水利堤坝、边坡治理、基坑维护等工程。复合载体夯扩桩施工技术作为一种近年来较新的施工方法,它是在锤击沉管灌注桩与扩底桩的基础上发展起来的一种将桩端夯扩成扩大头的新桩型。它继承了沉管桩能挤密桩周土层,直接浇注混凝土等优点,又能充分利用桩端的扩大头提高承载力。具有承载力高、节省投资地质适应面广、场地不用清障、成桩率高、施工工艺简单、施工质量容易控制、施工速度快、安全文明、布桩灵活、抗拔性能好等多种特点。
但是作为一种新型的地基加固技术在具体的施工过程当中也会存在各种问题,本文简要的介绍了在某载体桩工程施工过程中遇到的问题及现场解决方案,仅供各同行参考,如有不足之处请一并指正。
1 工程概况
某大型化工项目,地质情况如下:① 素填土:主要由碎石组成,松散～稍密。该层分布基本连续,本次勘察揭露厚度0.2～26.1米。②-1 泥灰岩:黄褐色～灰褐色,致密结构,块状构造,岩体破碎,节理裂隙被方解石脉充填,结合差,强风化。层厚0.3～7.5米。②-2 泥灰岩:灰白色～深灰色,致密结构,块状构造,中风化。节理裂隙被方解石脉充填。层厚0.6～6.8米。②-3 泥灰岩:灰白色～深灰色,致密结构,块状构造,微风化。节理裂隙被方解石脉充填。最大揭露厚度2.4米。
设计采用载体桩作为桩基础形式,单体装置检测工程桩数为3根,设计桩长为26m,桩径为500mm,以稳定的强风化泥灰岩层为加固土层,基桩进入加固土层不小于2倍的基桩直径,桩长控制按三击贯入度及标高双控,填充料选为碎砖块、混凝土块等硬性建筑垃圾,最后三击贯入度为不大于30cm,三击贯入度满足要求后再填加干硬性混凝土,干性混凝土填加量控制在0.3～0.5m3,桩身采用C30的商品混凝土,单桩竖向承载力设计特征值为1500kN,桩长依据现场地质条件进行调整(三根工程桩实际桩长22.7m)。
2 施工及检测情况
本工程采用的桩机为柱锤冲击与振动沉管联合成孔式桩机,在沉管过程中选用柱锤冲击成孔,然后采用振动沉管将护筒沉至设计要求持力层,确保护筒沉入强风化泥灰岩中不小于1.0m,最后三击贯入度控制小于20cm后,向护筒内填入约0.4m3干硬性混凝土,下钢筋笼,浇筑混凝土,在浇筑混凝土的同时采用振动沉管护筒对混凝土进行振捣并上拔护筒,直至完成桩身混凝土浇筑。
通过对三根试验桩的现场检测结果为:① 低应变完整性检测:三根试验根中的①、②号两根基桩完整性为I类,③号基桩完整性为II类。② 单桩竖向静载试验:静载试验采用堆载反力法提供反力,对基桩施加2倍的设计单桩竖向承载力特征值(即3000k
N)荷载,检测结果为第1根和第2根基桩承载力均满足设计(1500kN)要求,Q-s曲线呈缓变形,s-lgt曲线呈平缓规则排列,第三根基桩荷载加至1350kN时,Q-s曲线出现明显陡降,本次沉降达到前一级(1200kN)荷载作用下的5倍。(见图3-1静载试验Q-s试验曲线)
3 问题分析
由图3-1可见③号试桩曲线在加载至1200kN时桩体破坏,表现为曲线陡降,沉降急剧增大,经分析为试验桩桩体断裂,形成断桩。
根据低应变曲线(详见图3-2)③号试桩完整性为II类,II类桩桩身有轻微缺陷,不会影响桩身结构承载力的正常发挥,可以作为工程桩使用。因此理论上讲③号试桩的单桩竖向抗压承载力特征值应满足设计要的1500kN,而实际检测结果却与我们预期完全相反。因此需对该结果进行分析论证为今后的工程安全提供相应的建议。
图3-2
根据低应变检测成果曲线、场地工程地质条件结合施工条件,经分析判断该工程桩缺陷为缩径。反思施工情况,由于③号试桩上部回填土层厚度较大厚度约为20米,虽然该回填土层经过分层强夯处理(共分2层进行强夯处理),但是回填土层的密实程度自上而下存在一定的差异,由于桩长较长,灌注混凝土过程中,混凝土的振捣只靠沉管本身的振动,底部振捣的功率较难保证,而且在施工过程中沉管上拔速率没有一个严格的规定,在上拔过程中速率过快造成回填土层塌落造成桩身质量存在缩颈的缺陷,而本次3号试桩存在问题就是因此而造成的。虽然检测为II类基桩,但是由于缩颈位置掺杂一定的回填土,而回填土與混凝土搅拌在一起本身具有一定的强度,但是当上部荷载压力超过其承受的极限值时,由于桩长较大,根据力的传递将产生瞬时破坏,会对工程安全造成极大的危害。
4 处理方法及施工工艺调整
通过静载试验成果,施工现场对存在问题承台进行补桩处理。对该单体建筑存在的所有II类试桩(总计2根,包括试验桩),进行静载试验检测。对于施工,根据现场桩基情况进行反复试验、分析及论证,最终确定在素填土层厚度范围内沉管上拔速率确定为不小于1.5m/min。确保因拔管速度过快造成松散回填土塌落,对工程桩形成危害。
5 结论及建议
① 虽然载体桩地质适应面广,但是并不是所有地层都可完全适用的,在不同的工程地质条件下,应当具体情况具体分析,选择适当的施工操作方法。② 在密实程度具有一定差异的回填土地质条件下,在混凝土灌注施工过程中,应在施工前进行试成桩,确定混凝土灌注施工工艺。③ 对于桩身完整性检测出存在轻微缺陷的II类基桩,应当适当增加检测数量确保工程安全。
参考文献:
[1]《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003).
[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002).
[3]《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002).
[4]《载体桩设计规程》(JGJ135-2007).
[5]《桩基工程手册》编写委员会,桩基工程手册中国建筑工业出版社,1995.
[6]刘兴录,《灌注桩质量检验综述》,工程勘察,1987.6.
[7]阳吉宝,《超长桩荷载传递机理研究》,岩土工程技术.1997.
[8]陈凡、徐天平、陈久照、关立军,《基桩质量检测技术》.北京:中国建筑工业出版社,2003.
[9]罗骐先,《桩基工程检测手册》,北京:人民交通出版社,2003.
桩基础广泛应用于工业建筑、民用建筑、道路桥梁、港口航道、水利堤坝、边坡治理、基坑维护等工程。复合载体夯扩桩施工技术作为一种近年来较新的施工方法,它是在锤击沉管灌注桩与扩底桩的基础上发展起来的一种将桩端夯扩成扩大头的新桩型。它继承了沉管桩能挤密桩周土层,直接浇注混凝土等优点,又能充分利用桩端的扩大头提高承载力。具有承载力高、节省投资地质适应面广、场地不用清障、成桩率高、施工工艺简单、施工质量容易控制、施工速度快、安全文明、布桩灵活、抗拔性能好等多种特点。
但是作为一种新型的地基加固技术在具体的施工过程当中也会存在各种问题,本文简要的介绍了在某载体桩工程施工过程中遇到的问题及现场解决方案,仅供各同行参考,如有不足之处请一并指正。
1 工程概况
某大型化工项目,地质情况如下:① 素填土:主要由碎石组成,松散～稍密。该层分布基本连续,本次勘察揭露厚度0.2～26.1米。②-1 泥灰岩:黄褐色～灰褐色,致密结构,块状构造,岩体破碎,节理裂隙被方解石脉充填,结合差,强风化。层厚0.3～7.5米。②-2 泥灰岩:灰白色～深灰色,致密结构,块状构造,中风化。节理裂隙被方解石脉充填。层厚0.6～6.8米。②-3 泥灰岩:灰白色～深灰色,致密结构,块状构造,微风化。节理裂隙被方解石脉充填。最大揭露厚度2.4米。
设计采用载体桩作为桩基础形式,单体装置检测工程桩数为3根,设计桩长为26m,桩径为500mm,以稳定的强风化泥灰岩层为加固土层,基桩进入加固土层不小于2倍的基桩直径,桩长控制按三击贯入度及标高双控,填充料选为碎砖块、混凝土块等硬性建筑垃圾,最后三击贯入度为不大于30cm,三击贯入度满足要求后再填加干硬性混凝土,干性混凝土填加量控制在0.3～0.5m3,桩身采用C30的商品混凝土,单桩竖向承载力设计特征值为1500kN,桩长依据现场地质条件进行调整(三根工程桩实际桩长22.7m)。
2 施工及检测情况
本工程采用的桩机为柱锤冲击与振动沉管联合成孔式桩机,在沉管过程中选用柱锤冲击成孔,然后采用振动沉管将护筒沉至设计要求持力层,确保护筒沉入强风化泥灰岩中不小于1.0m,最后三击贯入度控制小于20cm后,向护筒内填入约0.4m3干硬性混凝土,下钢筋笼,浇筑混凝土,在浇筑混凝土的同时采用振动沉管护筒对混凝土进行振捣并上拔护筒,直至完成桩身混凝土浇筑。
通过对三根试验桩的现场检测结果为:① 低应变完整性检测:三根试验根中的①、②号两根基桩完整性为I类,③号基桩完整性为II类。② 单桩竖向静载试验:静载试验采用堆载反力法提供反力,对基桩施加2倍的设计单桩竖向承载力特征值(即3000k
N)荷载,检测结果为第1根和第2根基桩承载力均满足设计(1500kN)要求,Q-s曲线呈缓变形,s-lgt曲线呈平缓规则排列,第三根基桩荷载加至1350kN时,Q-s曲线出现明显陡降,本次沉降达到前一级(1200kN)荷载作用下的5倍。(见图3-1静载试验Q-s试验曲线)
3 问题分析
由图3-1可见③号试桩曲线在加载至1200kN时桩体破坏,表现为曲线陡降,沉降急剧增大,经分析为试验桩桩体断裂,形成断桩。
根据低应变曲线(详见图3-2)③号试桩完整性为II类,II类桩桩身有轻微缺陷,不会影响桩身结构承载力的正常发挥,可以作为工程桩使用。因此理论上讲③号试桩的单桩竖向抗压承载力特征值应满足设计要的1500kN,而实际检测结果却与我们预期完全相反。因此需对该结果进行分析论证为今后的工程安全提供相应的建议。
图3-2
根据低应变检测成果曲线、场地工程地质条件结合施工条件,经分析判断该工程桩缺陷为缩径。反思施工情况,由于③号试桩上部回填土层厚度较大厚度约为20米,虽然该回填土层经过分层强夯处理(共分2层进行强夯处理),但是回填土层的密实程度自上而下存在一定的差异,由于桩长较长,灌注混凝土过程中,混凝土的振捣只靠沉管本身的振动,底部振捣的功率较难保证,而且在施工过程中沉管上拔速率没有一个严格的规定,在上拔过程中速率过快造成回填土层塌落造成桩身质量存在缩颈的缺陷,而本次3号试桩存在问题就是因此而造成的。虽然检测为II类基桩,但是由于缩颈位置掺杂一定的回填土,而回填土與混凝土搅拌在一起本身具有一定的强度,但是当上部荷载压力超过其承受的极限值时,由于桩长较大,根据力的传递将产生瞬时破坏,会对工程安全造成极大的危害。
4 处理方法及施工工艺调整
通过静载试验成果,施工现场对存在问题承台进行补桩处理。对该单体建筑存在的所有II类试桩(总计2根,包括试验桩),进行静载试验检测。对于施工,根据现场桩基情况进行反复试验、分析及论证,最终确定在素填土层厚度范围内沉管上拔速率确定为不小于1.5m/min。确保因拔管速度过快造成松散回填土塌落,对工程桩形成危害。
5 结论及建议
① 虽然载体桩地质适应面广,但是并不是所有地层都可完全适用的,在不同的工程地质条件下,应当具体情况具体分析,选择适当的施工操作方法。② 在密实程度具有一定差异的回填土地质条件下,在混凝土灌注施工过程中,应在施工前进行试成桩,确定混凝土灌注施工工艺。③ 对于桩身完整性检测出存在轻微缺陷的II类基桩,应当适当增加检测数量确保工程安全。
参考文献:
[1]《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003).
[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002).
[3]《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002).
[4]《载体桩设计规程》(JGJ135-2007).
[5]《桩基工程手册》编写委员会,桩基工程手册中国建筑工业出版社,1995.
[6]刘兴录,《灌注桩质量检验综述》,工程勘察,1987.6.
[7]阳吉宝,《超长桩荷载传递机理研究》,岩土工程技术.1997.
[8]陈凡、徐天平、陈久照、关立军,《基桩质量检测技术》.北京:中国建筑工业出版社,2003.
[9]罗骐先,《桩基工程检测手册》,北京:人民交通出版社,2003.