长螺旋压灌桩结合后注浆工艺在卵石地层中的应用

2021-04-30刘向阳

甘肃科技 2021年5期

关键词：试桩成桩卵石

刘向阳

（万达酒店设计研究院有限公司，北京 100000）

1 工程概况

1.1 项目概况

兰州万达城酒店项目场地位于兰州市七里河区崔家大滩东侧，地处黄河南岸，场地北侧有南滨河路与黄河相隔，距黄河主干流约200m。

项目占地面积约3.75 万m2，建筑面积约9.00万m2，包括四星酒店、六星酒店、会议中心，地上分别为12、8、2 层，建筑高度分别为50m、40m、13m，地下均为1 层，基坑开挖深度约7.0m，如图1、2 所示。

图1 项目效果图

图2 项目效果图

1.2 地质条件

地处黄河兰州段狭长河谷盆地的西端，地貌单元属黄河南岸河漫滩，由黄河冲积形成，场地开阔、平坦，局部有拆迁时留下1.0～2.5m 高的建筑垃圾，勘探点孔口高程为1528.64～1531.38m，勘探揭露地层如图3、4 所示。

①杂填土：杂色，松散～稍密，稍湿，成分以粉土、卵石、建筑垃圾、煤灰为主，土质不均匀，分布于整个场地。

②粉土：黄褐色、褐灰色，湿～很湿，稍密，土质不均匀，手捏有砂感，易搓条，随深度增加，含砂量逐渐增大，干强度高，韧性好，具有中等摇振反应，该层分布较广。

③粉砂：灰黄色，松散～稍密，颗粒主要矿物成分以石英、长石、云母为主，颗粒呈不规则状，级配较差，砂质不纯，仅ZK10 钻孔中揭露。

④卵石：青灰色，密实，颗粒磨圆度好，呈次圆状～浑圆状。分选性好，级配良好。颗粒成分为砂岩、花岗岩及变质岩为主。粒径200～20mm 的含量约占总质量的60%，粒径20～2mm 的含量约占总质量的15%，粒径2～0.075mm 的含量约占总质量的25%，粒径一般以20～60mm 的为主，粒间以细砂、粉土充填，局部夹有薄层砂、砾透镜体。磨圆度好，一般呈圆状～次圆状。该层未揭穿(根据区域资料该层厚度达上百米)。

含水层为①杂填土、②粉土、④层卵石。主要接受大气降水、地表水入渗和侧向地下径流补给，透水性较好，富水性较强。地下水位埋深6.50～9.70m（由于场地地形起伏，造成水位差略大），对应的水位标高1521.63～1522.01m。本地区卵石层渗透系数为30～40m/d。

图3 典型工程地质剖面

图4 长螺旋钻机在卵石层钻进

建设场地原有2 处采砂坑和随机分布的小砂坑，采砂坑最深约25m，后对原有的2 处采砂坑进行了回填平整，回填主要成分为建筑垃圾、粉煤灰、生活垃圾和卵石等。本项目建筑基础选用桩基。

2 桩基施工工艺比选

设计试桩一组三根，桩直径800mm，桩长13m，桩端进入卵石层5m，卵石层以上无效桩长段不考虑土层的侧阻力（采用双套筒隔离），采用桩端后注浆工艺。试桩先后进行三种成桩工艺：

2.1 泥浆护壁旋挖工艺

采用此工艺施工时，存在以下问题：

（1）地面至基底之间多是后回填的杂填土与较大粒径的卵石，孔隙率大、密实度低。

（2）旋挖钻钻进至持力层(卵石层) 时与地下水位之间仍存在一定距离，泥浆流失严重。

综上，采用泥浆护壁施工时，塌孔现象极其严重，无法成孔。

2.2 全护筒跟进旋挖工艺

采用此工艺施工时，有以下问题：

（1）全护筒跟进旋挖虽能有效的避免塌孔现象，但灌注混凝土后拔护筒困难，且拔护筒过程中钢筋笼易上浮，对混凝土和易性及钢筋笼尺寸制作精度要求较高，成桩风险大。

（2）全护筒跟进旋挖工艺繁琐，施工工效低。根据实际施工情况，一根桩从成孔到灌注完成，最快需要5h，每天最多完成3 根桩。若后期工程桩采用此工艺进行施工，需配备机械（套筒）数量多，成本投入较大，且工期难以保证。

总结上述两种施工经验，决定采用长螺旋钻孔压灌桩（后插钢筋笼）工艺。

2.3 长螺旋压灌工艺

针对卵石层的地质特点，采用大功率钻机（180KW），当钻机钻进到卵石层时，机身出现明显抖动，电流安培值忽然增大，表明已钻到卵石层。在卵石层中钻进平稳，卵石排出顺畅（如图4 所示），成一根桩时间约2h。

成孔经确认满足要求后，即进行混凝土泵送，控制要点：

（1）混凝土到场后必须进行塌落度实验测试，测试结果均在195～210 之间，满足工艺要求。

（2）控制钻杆提升速度和混凝土泵送速度相一致，钻杆提升速度控制在2.5m/min 以内。

下钢筋笼过程中先使用振动锤和钢筋笼的自重压入，压至无法压入时再启动振动锤，防止由于振动锤振动导致钢筋笼、注浆管、声测管偏移。

3 后注浆施工

注浆作业在成桩3d 以后开始，进行桩端注浆，分两次注浆，第一次注浆量为0.8t，第二次注浆量为0.7t，间歇时间约为1.5～2h 以上，终止注浆条件：

（1）注浆总量达到设计要求（1.5t 水泥用量）。

（2）注浆总量已达到设计值的80%，且注浆压力超过8.0MPa。

现场的施工记录见表1：

表1 后注浆作业施工记录

4 试桩的隔离

本次设计试桩在原场地地表进行，按设计要求静载试验需隔离基础底板以上土体的侧阻力。

因长螺旋钻孔灌注桩施工工艺的制约，成孔过程中无法同时进行隔离套筒安放。为此，桩端注浆施工完成后，进行桩周土体开挖，挖至设计标高后，放置直径为1050mm 的钢护筒（如图5 所示），钢护筒内壁距桩表面留有3～7cm 的空腔，从而有效隔离了桩身与基础底板以上范围内的土体。隔离套筒安放后，周围土体回填压实。

图5 开挖后置土层隔离护筒工艺

5 试桩预估单桩竖向极限承载力

本项目地勘报告依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)，给出了桩基设计参数，见表2。

表2 钻（冲）孔灌注桩极限端阻力标准值及极限侧阻力标准值

依据(JGJ94-2008)表5.3.10，卵石层中后注浆端阻力增强系数βp=3.2～4.0，试桩计算中取3.2，计算得到预估单桩竖向极限承载力标准值为：Quk=7766KN。

6 试桩的检测

6.1 桩身完整性检测

根据声波透射检测及低应变检测结果分析，桩身完整性无明显差异，试验桩桩身完整，均判定为Ⅰ类桩。

图6 三根试验桩的Q-s 曲线与s-lgt 曲线

6.2 单桩竖向抗压静载荷试验

如图6 所示，本次所检测的3 根试桩，当加载至荷载13000kN 时，最大沉降量均在8～9mm，Q-s 曲线呈缓变型，未出现明显陡降段，s-lgt 曲线未出现明显向下弯曲现象。由于试验加载已达到预估单桩竖向极限承载力标准值的1.7 倍，没有继续加载。

7 分析与结论

7.1 长螺旋成孔工艺在较大直径卵石层中可行

长螺旋压灌桩适用于粘性土、粉土、砂土地层，对于卵石层，尤其是直径较大的卵石层缺少经验。对于兰州地区广泛分布的卵石层，当地普遍采用旋挖成桩工艺，施工中成孔困难，桩基质量难以保证。

本项目证明在卵石最大直径200mm 以内时，长螺旋在卵石层中钻进顺利，成桩快，桩身质量可靠，是可行的成桩工艺，应推广并替代当地常用的旋挖成桩工艺。根据对现场施工过程的分析：对于最大直径大于200mm、小于400mm（长螺旋钻机的螺距为400mm）的卵石，也可以成桩，但成桩速度会慢。对于最大直径大于400mm 的卵石或建筑垃圾，如钻机在慢进、旋转过程中能将石块慢慢挤开也可成孔，但有失败的风险，同时钻头容易损坏更换。