浅析人工挖孔大直径扩底孔底压浆桩在施工中出现的问题

卜　婧

摘要:近年来,随着高层建筑的发展,出现了许多适合高层建筑的基础形式。其中大直径人工挖孔扩底孔底压浆桩由于经济性好,施工质量容易保证,结构受力合理,工期不受机械成孔限制等诸多优点;在土质较好的地区得到了广泛的应用。哈尔滨市南岗区和香坊区的很多高层建筑都是这种桩基础类型。笔者就此种类型的桩基础在施工中出现的一些问题谈谈自己的一些见解。

关键词:大孔桩;焊接钢管;混凝土

1 防止桩底压浆时,将桩身隆起

大孔桩桩身隆起会带来很多危害;①桩身隆起会使桩身与土层之间侧摩阻减少,降低承载力。②桩身隆起将影响下一步施工,影响总工期。一般施工中都要进行分段流水作业,即边浇筑桩身混凝土,边开挖承台,打混凝土垫层、砌砖模等。而桩身隆起会使周边土体上移,破坏已完成的垫层和砖模,使分段流水施工不能顺利完成。

实际施工中常会遇到桩身隆起。这里简单介绍一下其施工工艺过程:人工挖孔扩底达到设计要求后,由质检人员下孔内检查扩大头的尺寸、形状、以及进入中砂层的厚度。并取孔底砂样,检验是否为中砂,确认无误后,先向孔底投入200mm厚2~4cm碎石,安放注浆管,注浆管一般为Φ25焊接钢管,每孔安装3~6根。注浆管下部应用棉布或麻丝将管口封住。然后向孔内投入300mm厚2~4cm碎石,在碎石表面铺一张厚五彩布或厚塑料薄膜,在其上浇筑干硬性混凝土200mm厚,最后浇筑桩身混凝土。待桩身混凝土强度达到规范要求后,通过泥浆泵向注浆管内注入纯水泥浆,水泥浆水灰比在0.6左右。注浆后压力控制在0.2~4Ma左右。视扩底大小分二次注入水泥浆,每次间隔15min左右。下面主要从工程实际中抽查结果来分析一下装身隆起的主要原因;笔者随机抽查了几项工程,发现发生隆起的桩数占总桩数的15%左右,且多数桩身的隆起均是自己桩头附近范围的土体上移。为解决此问题,需从理论上计算一下,以d=1m径打孔桩为例,扩大头直径D=2m,装长L=15m。(假设桩底水泥浆已饱和)。

水泥浆压力R=4Mpa×12×3.14×106=1.256×107N

覆土及混凝土桩身自重:(一般取土扩散角22°~30°),这里取22°。取粉质粘土容重16KN/m2。且不考虑其它桩对本桩的影响。则:

P=[πh/3(R2+r2+R×r)] ×r土+(r砼-r土)[ π×1.5/3(D2+d2+D×d)+(h-1.5) ×πd2/4]=1.1995×107+0.113×106=1.211×107N

由计算可知:从理论上讲注浆压力达到4Mpa左右时,将使桩身隆起。但有时只有2Mpa压力(或更小)就能使桩身隆起,且隆起的部位如前所述(土体上移均在桩头附近范围内,而且隆起几厘米后不再继续上移了)这是为什么呢?笔者个人认为原因主要是注浆压力在桩扩大头斜面处产生与斜面平行的分力,分力由混凝土与土之间产生的摩阻力承担,当摩阻力不足以抵抗该分力时,桩就会隆起。另一方面斜面处混凝土在施工中未振捣密实,且混凝土坍落度大,终凝后产生收缩大,使土层与混凝土表面分离,大大地减少了土层与混凝土面之间的摩阻力,而上面桩身垂直段的侧摩阻只有100~200T左右。所以桩身将隆起上移。分析完上述原因,防止桩身隆起上移的办法就不难知道了,只需控制注浆量和注浆压力两方面:一般取注浆量W=(2-8)AD,注浆压力控制在0.2~2Mpa之间,并注意施工混凝土时的坍落度及振捣的情况。

在这里还要提到注浆的另一个参数(即注浆水灰比),实际工程中有时由于操作问题会出现注浆泵堵泵现象,这时不能单纯靠加大水灰比来达到输送自如,因为如水灰比过大(一般超过0.8以上)会因水泥硬化收缩和水泥浆离析而使桩端承载力反而下降,适得其反。

2 自锚法静载试验的利与弊

由于大直径扩底灌注桩的单桩承载力很大,所以桩静载试验操作起来很困难。近年来,出现了一些自锚法作桩静载试验的方法,比如深层载荷法等。其操作性好,也比较经济;因此得到了广泛的应用。下面先介绍一下其试验机理:成孔后,下注浆管3~6根(注浆管分布在外筒外侧),下碎石500mm厚,铺五彩布,在五彩布上放置载荷板厚度≥2cm的钢板,在外筒外侧焊接25根Φ25钢筋;在外筒外侧浇筑与工程桩相同混凝土,待混凝土强度达到规范要求后,桩底注浆,待桩底注浆混凝土强度达到6Mpa以上时(一般在7~9天)下内筒(内筒上下均焊接圆形平板);将千斤顶放在内筒上部。根据高度放上钢帽与外筒间用钢筋焊接。

给工程试验桩加荷载的同时,也给测定侧摩阻的试验桩加荷载,用桩自身的侧摩阻力达到桩底加荷载数值。用试验荷载数据反算出qpk,用摩擦桩的试验数据反算出qsk将反算出的qpk、qsk代入公式:

Quk=Qsk+Qpk=uΣΦsi×qski×βsi×li+Φp×βp×qpk×Ad

求出桩的单桩极限承载力的标准值。

这种方法试验较简单。试桩费用相对较小,但操作时应注意几个问题:

防止内筒失稳、影响试验数据的准确性,内筒外侧每2m高应加肋板支撑。

内筒上部平板及钢帽上部钢板不宜太薄,应≥2m厚,否则容易出现加载后变形,影响试验数据的准确性。

反算出qpk只是一种理想化的近似值,所以应留有一定的保险系数。

此外,还要在工程实际应用中注意设计桩扩大头的形状以及桩端进入中砂层的深度。一般情况下,地质砂层所在的深度和厚度是不均匀的,设计者通常只提出桩端进入中砂层800mm,而不是具体规定桩长数值,即实际进入中砂层800mm后挖多长算多长。然而在实际施工中,在砂层内开挖扩大头操作难度很大,有时候还未来得及支护就已经塌孔了,扩大头塌孔后护壁施工的难度就更大了,作业工人的操作危险性很大,很难保证不出现伤亡事故。针对上述情况,具体操作应是在进入砂层前的粉质黏土层内开挖桩底扩大头漏斗部分。待进入砂层上表面时再完成桩底扩大头漏斗部分的施工。实践证明,砂层上面的黏土层很密实,不易出现坍塌。从而保证了工程质量。