井桩流砂层塌方保护施工方案选择和比较
2016-03-14杨安
杨安
（甘肃第七建设集团股份有限公司 ，甘肃 兰州 730000）
井桩流砂层塌方保护施工方案选择和比较
杨安
（甘肃第七建设集团股份有限公司 ，甘肃兰州730000）
兰州扶正药业棚户区改造项目，地处黄河南岸滩坡地带，占地面积近五万多平方米，建筑构造拟定基坑大开挖，地基基础设计以卵石层作为地基持力层，由于洪水冲积形成本地区地层上部为第四系沉积物，主要岩性为黄土粉状土、粉细砂及卵石。施工过程在一定程度上增加了井桩施工的难度，影响了施工进度和质量控制，在实际操作过程中采用钢筋简易护筒等施工措施方法，极大的提高了井桩施工质量及施工效率，为黄土地区地下高水位和流砂层施工积累的经验。
井桩；流砂层；护筒；施工方案
近年来地处狭长地带的兰州城市建设日新月异，高层建筑和地下停车场迅速增加，兰州市城区属黄河山涧河谷盆地，场地内地层较简单，经常会遇到地下水和流砂层。对于地下井桩的设计、施工都形成了各自成熟的施工工法。拟建建筑物地下设二层地下室，基础埋深约12.9m。施工中主要岩土工程问题包括：一是基坑降水，二是基坑支护。基坑开挖时，黄土状粉土、粉细砂、及卵石在土压力作用下侧向挤出可造成坑壁坍塌。在施工过程中，基坑开挖深度大，地下水位较高，为了能够更好的解决基础井桩施工安全和人工开挖井桩作业，制定切实可行、经济合理的专项施工方案，对今后类似工程施工有一定的借鉴学习之处。
1 项目概况
1.1工程概况
该工程位于兰州城关区盐场区。建筑面积27966.14㎡，地上33层，地下1层，建筑物总长54.8m，总宽20.55m，建筑物总高度94.5m。地基基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级为甲级。采用桩筏联合基础，结构类型为剪力墙结构。±0.000相对于绝对标高1539.00。
井桩采用人工成孔灌注桩，灌注桩钢筋保护层厚度：50mm，井桩混凝土强度等级为C30。共设计133根井桩，桩身直径Φ800mm，扩底端直径均为1900mm，扩大头高度1500mm，预期单桩承载力设计值4300kN；桩端持力层为第3层卵石层，桩端进入卵石层大于1.60m（且大于2倍桩径）。遇集水坑、电梯井基坑时仍然以卵石层为持力层，桩端全截面进入卵石层不得小于1.60m。桩顶相对标高：-5.750m；遇集水坑桩顶标高-8.70m，遇电梯井桩顶标高为：-7.20m。根据地勘报告及图纸设计标高，基坑大开挖至桩顶设计标高，人工成孔井桩深度约17～19m，属超出危险性较大分项工程施工范围。
1.2工程地质条件
根据地质勘察报告提供资料，该工程人工成孔井桩施工范围内土的岩性特征主要为粉土层和角砾层，分别描述如下：
1）杂填土层厚0.50～7.60m，层顶埋深为0，松散、稍密、稍湿，主要由回填粉土组成，含少量粉砂、卵石等建筑垃圾。属软弱地基，未经处理不能直接做为建筑物地基。
2）砂质粉土层厚18.5～27.70m，层顶埋深0.50～7.60m，稍密、稍湿包含砾砂和细沙，砂质手感，散状分布。下部至卵石层顶很湿并饱和，呈软塑状态，具备湿陷性。本层土含有2～1砾砂亚层：层厚1.50～19.80m，黄褐色、稍密、稍湿，粒径多在0.2～2cm之间。
3）卵石层揭露层厚3.00～11.20m，层顶埋深24.50～26.80m，相对于绝对标高1514.5～1512.2m，中密～密实、稍湿～湿过渡，顶部含水量大。卵石颗粒相互交错排列，一般粒径为2～10cm，颗粒间由细砂充填。
4）地下水位标高1517.25m，地下水进入卵石层深度在1.5m和0.8m左右处。
2 施工重点和难点及解决措施
根据本工程的场地条件工期要求和施工成本因素等，在确定施工方案时，还需要考虑以下原则和条件：
1）根据地勘报告及图纸设计要求，工程地下水位与卵石层面基本持平，井桩进入卵石层不小于1.6m，地下水位高，卵石层上粉细层薄厚不一，易出现流砂层或井桩壁塌方，存在较大安全隐患。
2）基础设计以卵石层做为持力层，且工程桩承载力均按端承桩考虑，井桩设计扩大头桩径800mm，扩底直径1900mm，扩底高度1600mm，施工难度大，易出现塌孔、缩颈等安全质量隐患。
3）根据设计前在拟建场地进行试桩桩基静载承载力检测，为确保工程桩设计承载力要求，井桩施工必须采用人工开挖施工，无法考虑机械旋挖钻孔施工工艺。
4）现场井桩总数1000余根，施工作业量大、工期紧、任务重，现场采取先主楼后车库的流水作业施工工艺。
5）目前井桩施工正处于兰州高温雨季施工阶段，增加施工作业人员防暑降温，防雨水冲刷坍塌的不利施工作业环境。
6）为确保井桩施工安全可靠确保成桩质量工期要求，必须采取护筒施工工艺。
3 井桩护筒施工方案优化和对比
结合本工程的场地地质情况，工期要求和施工成本等因素，必须优化选择切实可行经济客观的专项施工方案。
3.1采用成品钢护筒施工工艺（方案一）
优点：选用Φ800成品钢管加工护筒加工制作简单方便快捷安全可靠度高；可多次周转使用。
缺点：材料费用高；施工过程需配备一台专用汽车吊配合浇筑砼；井桩扩底扩大头施工难度大，尺寸不易控制保证；井桩砼浇筑时，易发生埋筒风险，增加成本费用；施工工序多，工期相对较慢。
3.2采用钢筋笼简易护筒（方案二）
优点：利用现场材料加工制作，材料成本费用相对较低；施工过程现场塔吊可配合作业；易于人工进行井桩扩大头成形施工，尺寸易控制；减少拔筒施工工序，工序相对较快。
缺点：材料一次投入，但综合费用较低；护筒加工制作量大。
3.3方案比较与选择
二种方案各进行计算分析后，从安全、质量、工期、成本、施工效率、施工难度，措施量大小等进行对比，结果表明虽然方案一安全可靠度高，但施工工艺较复杂、施工难度较大，特别是施工效率校队较低，不满足工期要求，方案二综合比对后，工艺简单、经济性较好，施工效率较快，故优选该方案施工。
4 井桩钢筋护筒施工控制要点
结合现场实际情况，加工、制作同桩径的钢筋简易护筒，护筒加工长度为护筒上下两端超过桩内流砂层厚度不得小于1m估算，护筒长度约4～5m左右。
4.1护筒制作方法
用Ф14钢筋加工护筒內箍，直径Ф710mm，间距500mm，在內箍外侧焊接与护筒等长的Ф14分布筋，间距150mm，护筒分布钢筋与內箍点焊焊接连接牢靠，在钢筋笼外侧满卷点焊1.5厚钢板护筒，在护筒分布钢筋上口内侧等分焊接2Ф10钢筋吊环，单面搭接焊缝长100mm。
4.2护筒施工方法
1）人工成孔开挖至流砂层时安放钢筋简易护筒，护筒上口用Ф10钢丝绳与护筒吊环U形卡环连接固定，钢丝绳用另一端用短钢管在井桩上口临时固定。
2）护筒安放好后，作业人员继续进行人工开挖，流砂层开挖逐层进行，每层不得超过250mm，先挖桩心部分流砂，然后扩及周边，护筒随开挖深度在自重作用下随之下移，有效控制开挖桩的截面尺寸和垂直度。
3）护筒随流砂层开挖深度超过流砂层1m左右，用钢丝绳在井桩上口采用短钢管固定牢靠，吊稳护筒后继续进行井桩扩大头施工。
4）井桩开挖完成经检查验收合格后，吊放固定井桩钢筋笼。
5）井桩砼浇筑前，将护筒与井桩钢筋笼用挂钩固定牢靠后松开拆除钢丝绳，随后立即安装串通连续浇筑井桩砼，其它未尽事宜严格执行井桩专项施工方案。
［1］建筑地基基础设计规范［S］.GB50007-2002.2002.
［2］ 汪加武，黄乐川.人工挖孔桩穿过深流砂层施工的一种新方法［J］.施工技术.2003，5.
［3］郑坤.流砂层基础施工方法［J］.安徽水利水电职业技术学院学报，2007，4.
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