多层建筑深层搅拌桩复合地基施工技术

2022-09-11

河南理工大学新校区24#学生公寓位于校区文苑路北侧, E7教职工住宅楼的东侧, 为六层砖混结构, 建筑面积11680m2。基础埋深1.5m。

1 地质概况

根据岩土勘察报告, 24号学生公寓楼的重要性等级为三级, 场地的复杂程度为二级场地 (中等复杂场地) , 地基等级为二级 (中等复杂地基) 。根据现场勘探并结合室内土工试验指标, 按各土层形成年代由新而老分述如下:

(1) 素填土:由地表平整农田的填土和新近堆积层组成。素填土主要为黄褐色粉质粘土, 稍湿, 稍密状态, 平均厚度1.28 m, fak=90kPa。 (2) 1粉质粘土:灰黄色, 灰褐色, 饱和, 呈硬塑状态。属中等压缩性土。平均厚度1.25m, fak=160kPa。 (2) 2粉质粘土:灰黄色, 灰褐色, 饱和, 呈软塑状态。属高压缩性土。平均厚度0.92m, fak=80kPa。 (3) 粉土:棕红色、棕褐色, 湿, 中密状态局部为密实状态。属高压缩性土。平均厚度1.53m, fak=140kPa。 (4) 粉质粘土:灰黄、黄褐色, 饱和, 软塑状态。属高压缩性土。平均厚度2.08m, fak=80kPa。 (5) 粉质粘土:灰黄色、褐黄色, 饱和, 可塑状态。属中等压缩性土。平均厚度1.41 m, fak=170kPa。 (6) 1粉质粘土:灰褐色、黄褐色~棕黄色, 以黄褐色为主, 饱和, 坚硬状态。属中等至中等偏低压缩性土。平均厚度1.48m, fak=350kPa。 (6) 1a粉质粘土夹结核:灰褐色、黄褐色, 饱和, 坚硬状态。属中等压缩性土。平均厚度2.84m, fak=250kPa。 (6) 2粉质粘土:红褐色、黄褐色, 饱和, 可塑状态。属中等压缩性土。平均厚度2.72m, fak=230kPa。 (7) 粉土:红褐色、黄褐色, 湿, 密实状态。属中等压缩性土。平均厚度1.66m, fak=220kPa。 (8) 粉质粘土:以红褐色为主、局部为黄褐色。饱和, 可塑状态、局部呈软塑状态。属中等压缩性土。平均厚度1.91m, fak=220kPa。 (9) 粉土:红褐色、黄褐色, 湿, 密实状态。属中等压缩性土。平均厚度1.81m, fak=210kPa。 (10) 粉质粘土:黄褐色, 饱和, 可塑状态、局部呈软塑或坚硬状态。属中等压缩性土, fak=220kPa。本次勘探未揭穿该层。

该场地位于太行山洪积与大沙河冲洪积平原交汇处, 是地下水的滞流区, 也是地下水的滞流带, 近几年来地下水位埋深最小的为0.35m;最大为2.9m, 变化幅度在1.53m左右。其变化主要受大气降水的影响。

2 地基处理方案选择

根据结构设计要求, 基础采用地基处理后的条形基础, 复合地基承载力特征值fspk=175kPa。

采用复合地基方案时, 处理深度应进入 (5) 层粉质粘土或 (6) 层粉质粘土1.0米以上, 桩型可采用水泥土搅拌桩或水泥粉煤灰碎石桩 (CFG桩) 。CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。CFG桩的桩身材料由碎石、粉煤灰和水泥组成。成桩工艺类似灌注桩, 桩身质量较容易保证, 且单桩承载力高, 该场地较适合采用。水泥土搅拌法分为深层搅拌法 (又称湿法) 和粉体喷搅法 (又称干法) , 由于本场地地基土的天然含水量均小于30%, 故本场地不适合采用干法。

采用复合地基方案时, 水泥土搅拌桩 (湿法) 和CFG桩两种桩型都适合本场地, 由于水泥搅拌桩桩型在新校区的建设中有较成熟的经验, 故本工程决定采用水泥土搅拌桩复合地基。

3 深层搅拌桩的设计参数

(1) 桩径Φ500mm, 桩距900mm, 总桩数约2045根, 桩顶绝对标高为91.55m, 桩下端深入第 (5) 层粉质粘土层不小于1.0m, 各桩有效长度不应小于7000mm, 施工时超搅500mm, 桩身全长复搅, 基槽开挖时将超搅部分凿除。

(2) 基础100mm厚垫层下为200mm厚3:7级配砂石褥垫层, 碎石最大粒径不大于20mm;砂为中粗砂。砂石垫层应夯实, 夯填度为0.87~0.90, 每边伸出砼垫层200mm。

(3) 水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥 (水泥掺量按被加固湿土质量的15%左右、水灰比为0.5左右施工, 水泥掺量和水灰比最终根据试桩情况确定) , 桩身无测限抗压强度fcu≥2.0Mpa, 处理后复合地基承载力特征值fspk=175Kpa (面积置换率不小于24.17%) , 单桩竖向承载力特征值Ra=120kN。

4 深层搅拌桩的施工方法与技术措施

深层搅拌桩施工工艺总体安排如下:

施工准备→移位→照准桩位→下钻成孔→喷浆提升→复搅下钻→复搅提升→再移位。

4.1 施工准备

了解场区的工程及水文地质以及其他情况;三通一平:平整场地, 使其满足施工要求;桩位施工放线:采用J2-1经纬仪定桩位, 轴线定位测回闭合误差小于3mm, 并经甲方代表、监理人员复核、签证, 用水准仪测定施工场地的地面标高;标高控制:在施工现场用水准仪分区测出标高, 根据地势平整情况, 进行分区, 再根据设计要求转化为钻机上进尺刻度盘的数值, 作为控制桩长依据;技术交底:技术员将施工图及相关施工要求向施工人员进行技术交底;先在场地外打几根试桩, 根据本工程试桩参数及不断观察返灰情况和开挖桩头观感强度, 确定一套行之有效的施工方法。

4.2 重要工序施工方法

(1) 钻机就位:钻头对中, 误差控制在规范要求范围内, 并保证钻机钻架垂直度偏差在1%以内。

(2) 下钻成孔:根据施工图纸和地质资料, 制定可行的进尺、速度, 空压机压力 (0.2Mpa~0.4Mpa) , 不断地观察各种变化, 掌握好钻进深度, 控制电机的电流, 注意钻杆的倾斜度, 若发生斜孔时应采取相应的措施进行处理, 钻机下钻的速度及钻进过程中的地质情况也做好记录。

(3) 搅拌提升:待钻机钻至设计标高, 原地旋转搅拌不小于半分钟, 桩底搅拌充分密实, 压力稳定后 (0.4Mpa~0.8Mpa) 搅拌提升至设计桩头标高位置。

(4) 复搅:根据要求沿桩长再复搅拌一次。

(5) 施工中采用的主要技术参数钻杆提升、下钻速度:提升时80cm/min~150cm/min;下钻时60cm/min~80cm/min。

钻杆旋转速度:45r/min~90r/min。150泵压力:下钻时0.2Mpa~0.4Mpa;提升时0.4Mpa~0.8Mpa

5 施工中质量控制要点

(1) 桩位测放必须准确易找:按桩位平面图, 测设桩位轴线、桩位点, 用Ф25钢筋在桩位处扎入深度不小于300mm的孔, 灌入白灰浆并插上木板条标识桩位。桩位的误差控制在50mm内。

(2) 成桩采用二次搅拌工艺, 喷浆搅拌时钻头的提升 (或下沉) 速度不大于0.5m/min, 钻头每转一圈的提升 (或下沉) 量控制在1.0cm~1.5cm之间。压浆速度应和提升速度相配合, 确保额定浆量在桩身长度范围内均匀分布。

(3) 浆液质量:水泥浆要严格按设计的配合比配置, 为防止水泥浆离析, 可在灰浆拌制中不断搅动, 待压浆前才缓慢倒入集料斗中, 在水泥浆从搅拌机中倒入集料斗时, 需过滤、清除杂物。

(4) 泵送浆液必须连续, 一旦因故停浆, 应立即通知操作工, 严防断桩。停浆时, 应将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m, 待恢复供浆时, 再搅拌提升。

(5) 喷浆口到达桩顶设计标高时, 停止提升, 搅拌数秒, 以保证桩头均匀密实。施工时停浆面必须高出桩顶设计标高0.5m开挖基坑时将该高出部分先行挖除。

(6) 桩的垂直偏差不得超过1%, 桩径偏差不得大于4%。为了保证桩位的准确度和垂直度, 需要使用定位卡, 并注意起吊设备的平整度和导向对地面的垂直度。

(7) 施工中要喷浆座底15s~30s。由于输浆泵关闭后输浆管内的灰浆会部分全部或部分防空, 若在开泵送浆的同时提升、喷浆, 会因送出的浆液未能同时到达喷口, 使桩端土体得不到加固或造成断桩。因此, 不论何种情况, 只要重新恢复喷浆, 都应严格执行座浆。具体做法是:当搅拌头下沉到设计深度后, 开启灰浆泵将浆液送入桩底, 当浆液到达出浆口后, 自桩底反向旋转, 喷浆搅拌30s, 在开始提升搅拌头, 边喷浆边匀速提升。

(8) 桩头的保护:当搅拌桩施工完后进行基坑开挖, 若用机械开挖基坑, 往往容易碰撞桩头而造成桩头断裂, 因此, 基底标高以上0.3m~0.5m最好采用人工开挖, 以防桩头断裂。

6 桩基检测

为检验本工程复合地基加固效果, 根据规范要求, 我们抽取了11根单桩、11点复合地基于2009年1月4日至2009年1月10日进行了单桩竖向抗压静载试验和复合地基载荷试验。检测结果表明:单桩竖向抗压承载力特征值为120kN, 复合地基承载力特征值为175kN, 均满足设计要求。

7 结语

本工程施工中采取了“快进快出”, 就是搅拌提升与下钻均采用高档位 (一般采用五档) , 利用钻杆高速旋转产生的惯性力, 使土体得到充分的搅拌, 使桩体由于搅拌不均匀产生的俗称“花卷”现象得到明显改善。目前该工程已完成桩基的施工, 在下一步主体工程施工中, 我们将加强对建筑物的沉降观测, 以取得比较详尽的资料, 为今后的同类地基处理工程积累经验。

摘要：结合工程实例, 介绍了复合地基加固方案深层搅拌桩的施工技术, 并重点阐述了施工中质量控制要点, 对同类工程施工有一定的参考价值。

关键词：复合地基,深层搅拌桩,施工技术