大直径素混凝土桩复合地基施工质量控制及检测要点

2020-12-24马思远上海建工一建集团有限公司上海200120

建筑科技 2020年3期

马思远（上海建工一建集团有限公司，上海 200120）

大直径素混凝土桩复合地基有着施工速度快、机械化程度高等优点，同时经复合地基处理后，承载能力强、沉降量小。因此，在 DBJ 51T 061—2016《四川省大直径素混凝土桩复合地基技术规程》实施近 3 年时间内，大直径素混凝土桩复合地基在超高层建筑中应用越来越多。本文根据成都典型的软岩场地工程项目现场实际施工、检测情况，总结部分成功施工经验。

1 项目背景

该项目位于成都市天府新区正兴镇，主要包括 1 栋 61 层超高层办公建筑（建筑高度 216.500 m）、1 栋 67 层超高层办公建筑（建筑高度 236.900 m）及其他附属低层商业建筑和 3 层纯地下室等。1 栋基底为强风化泥岩，2 栋基底为中风化泥岩。由于 1 栋 1 单元（61 层，H =216.500 m）地质条件无法达到设计承载力要求，需采用大直径素混凝土桩复合地基。

该项目 1 栋 1 单元±0.000 为绝对标高 494.500 m，筏板板面标高为 479.900 m（-16.600 m）。非核心筒区域板底标高为 476.500 m（-18.000 m），核心筒区域板底标高为 472.500 m（-22.000 m）。

2 工程概况及工程地质条件

2.1 工程地质情况

场地土主要包括第四系全新统人工填土（Q4ml）、第四系中更新统冰水沉积（Q2fgl）的黏土、粉质黏土及白垩系夹关组（K2j）砂质泥岩、泥质砂岩、泥岩以及砂岩。场区内底层构成有（1）杂填土（回填泥岩）Q4ml、（2）淤泥质土 Q4al、（3-1）黏土 Q1fgl、（3-2）粉质黏土 Q2fgl、（4-1）泥岩 K2j、（4-2）强风化泥岩 K2j（4-3）中等风化泥岩 K2j、（4-4）砂岩 K2j、（4-4）强风化砂岩 K2j、（4-5）中风化砂岩 K2j、（4-6）泥质砂岩 K2j、（4-7）中风化泥质砂岩 K2j。各岩土体物理力学参数见表 1。

表1 岩土的工程特性指标建议值 kPa

2.2 工程地质水文情况

本场地在地貌上属于岷江水系 III 级阶地。场地地下水主要为赋存于填土及黏性土层中的上层滞水以及基岩裂隙水。上层滞水主要受大气降水、临近地段的地表水(如水沟等)等渗透补给，以地面蒸发方式排泄；基岩裂隙水主要赋存于岩层中，受地下径流补给，排泄方式以地下径流为主。统一地下水位，场地内地下水以赋存于填土及黏性土层中的上层滞水为主，其渗透性较弱，黏土渗透系数取 0.1 m/d。

2.3 地基处理设计

该项目采用大直径素混凝土置换桩复合地基，桩头清理后喷射 C 15 混凝土封闭层，厚 100 mm；上部铺设级配碎石，厚 200 mm，共同作用形成褥垫层。大直径素混凝土置换桩采用旋挖桩成孔工艺。地基土承载力特征值要求：主楼区域（包含核心筒与非核心筒）fspk≥1 450 kPa，复合地基基床系数≥40 MPa/m；非主楼区域 fspk≥700 kPa，复合地基基床系数≥40 MPa/m。正方形满堂布置置换桩, 旋挖成孔置换桩 Φ 1 300 mm，A 型（对应主楼范围）桩长 20.0 m，以中风化泥岩层为持力层，进入岩层 ≥20.0 m；B 型桩（对应主楼以外、沉降后浇带以内）为 14.0 m，以中等风化岩层为持力层,进入持力层 ≥500 mm，集水坑、电梯井区域的素混凝土桩根据其底板埋深相应增加桩长；桩身混凝土强度等级为 C 30；设计参数见表 2。

表2 桩型与设计参数

3 施工要点

3.1 保障有效桩长及入岩长度

本项目场地范围内地层变化较大，场地原始地貌为斜坡地貌，建筑周边不存在永久性边坡及陡坎，存在回填泥岩、微膨胀土、淤泥质土，在详勘阶段，进行过一柱一勘，并非进行一桩一勘。从勘察结果看，强风化泥岩标高不一，起伏较大，甚至邻桩之间均有较大变化，设计桩顶标高有十余个，由于地下工程的不确定性，桩顶标高确定非常难。单桩承载力以桩端承载为主、摩擦为辅，其端承及摩擦均以入中风化泥岩长度为前提，且旋挖桩工作面距离设计桩顶标高最大有 7～8 m 的高差，这给桩顶标高的确定带来更大的难度。现场采取的办法为，原则上白天成孔夜间浇筑混凝土，以地勘报告所示的标高作为参考，钻孔时安排专人值守，以钻头所带出来的土色来判定该处是否为土层与岩层的分界，同时在驾驶室的仪器面板上读取记录，再进行继续成孔，直至满足设计桩长。成孔完成后，用鼓风机配套软风管将孔内的灰尘吹出孔外；静置后，用皮尺进行复核，用自带照明的窥镜对土层与岩层分界线进行复核。经确认岩层深度、桩底深度与设计桩顶标高等后方进行验收。与设计有较大差异时，以经设计同意的较深的值为准。落实上述措施，开挖捡底后，桩顶标高控制较好，实际桩长均略大于设计桩长。

3.2 清孔

清孔是旋挖桩保障质量的一个重要环节，对桩体的端承及摩擦均有着重要的影响，特别是干作业成孔，其沉渣厚度、充盈系数等指标较为严格。现场采取二次清孔，即验收前清孔一次，浇筑混凝土之前再次清孔。同时，对旋挖机钻头带出的土及时清理，保持护筒口施工处高于地面 300 mm，防止渣土掉入孔内。

3.3 护筒埋设施工质量控制

护筒虽不是桩体的部分，但对桩最终质量有着极其重要的作用。其主要作用有定位、防止顶部塌孔、隔水、防止混凝土浇筑过程中泥渣、泥岩块落入孔内，本项目无地下水，成孔时干作业成孔，浇注时干作业，其桩位、桩径、沉渣厚度等控制指标要求均较水下作业高得多，这种情况下，护筒起着极其重要的作用。本案例高峰时 4 台旋挖桩机同时施工，一般护筒直径较桩径大 200～300 mm，而市面上 1.5 m 的护筒较少，特定制 8 个护筒，用于成孔及混凝土浇筑，待混凝土初凝后移除护筒。

3.4 混凝土浇筑

混凝土浇筑为旋挖桩施工最后一个环节，对桩最后质量起决定作用，特别是工作面距桩底近 30 m，且为干作业，因此防止浇筑过程中混凝土离析及其重要。该基础工程项目中的混凝土等级为 C 30，浇筑时必须以导管法浇筑，浇筑过程一旦展开，必须保障连续进行；同时，须对混凝土的坍落度与和易性进行检查，浇筑时导管的埋设深度 ≥1 m。混凝土浇筑为干作业，如采用普通混凝土，浇筑时须采用插入式振捣器振捣密实，并严格控制振捣时间，防止振捣过度。混凝土浇筑这个环节，有两个参数极其重要，即浮浆厚度和充盈系数，这两个参数直接决定着桩在全部有效桩长范围内混凝土的成型质量。

3.4 捡底后及时封闭

复合地基的特性即桩与桩间土共同受力，意味着桩间土对整个复合地基承载力有着不可或缺的作用。风化泥岩、砂岩等遇水会软化、裂隙迅速发展，因此开挖前，须在四周设置截水沟，防止坑外水倒流入基坑；开挖后须对桩抽样全长取芯，需要循环水冷却钻头，这些冷却水需要集中处理，防止流向桩周边桩间土；由于存在裂隙水，开挖、捡底时须及时发现，做好导流，设置集水坑。同时，基底开挖、捡底须在天气较好的情况下进行，原则上捡底完成验收后要及时采用喷射混凝土封闭。

4 检测要点

除常规的检测如低应变、声波投射、承载力检测、钻芯检测外，须进一步检测、评定整个复合地基承载力。目前条件下，无法对桩和桩间土一起进行联合检测，须对桩和桩间土分别进行检测，对其结果进行推定，得出复合地基承载力，同时根据单桩载荷试验和桩间土载荷试验数据进一步推定复合地基基床系数。

4.1 桩身承载力检测

该项目共采用两种桩型，A 型桩单桩承载力特征值为 8 400 kN；B 型桩单桩承载力特征值为 5 000 kN。根据规范要求，A 型桩须加载至 16 800 kN 以上，B 型桩须加载至 10 000 kN 以上，B 型桩可以采用传统的堆载法进行。开挖截桩完成后现场根据场地条件进行随机抽验。实测最大加载值 10 023 kN，最大沉降量 16.64 mm，最大回弹量 3.28 mm，回弹率 19.71%，完全达到了设计要求。

根据验收要求，A 型桩须加载至 16 800 kN 以上，即须加载至 168 t 以上，而 A 型集中在主楼以内，因主楼内各种电梯井、集水坑，加上岩层顶标高不一致引起桩顶标高不一，采用堆载法难以组织实施，且对现场安全有着较大影响。根据规范，单桩复合地基载荷试验抽检数量在同一条件下不少于总桩数的 2%，且 ≥6 根，所以该项目须对 6 根装进行检测。最终采取反力梁法，用千斤顶进行加载。反力桩的拉应力远超混凝土抗拉强度，须对该 6 根检测桩周边各 4 根提供反力的桩进行配筋。预先确定受验桩会失去检测的随机性，施工前须在各方论证下提前确定，使其具有代表性又兼顾部分重点、特殊部位，并通过其他指标如取芯结果、超声波检测结果推断其他桩的单桩承载力与受检测的桩是否一致。最终，6 组检测桩加载至 16 948 kN，最大沉降量 5.92 mm，最大回弹量 5.15 mm，回弹率 32.35%，完全达到了设计要求。特别要注意的是，反力桩在检测完成后须进行注浆，对检测过程引起的扰动进行修复。