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【摘 要】由于宁波等沿海城市软弱地基较为常见,地下潜水较为明显,钻孔灌注桩的应用非常广泛,但施工工艺复杂,质量控制难度较大,我想谈一谈钻孔灌注桩在实际应用中的几个关键点,以便和大家共同交流,不足之处,还请批评指正。
【关键词】钻孔灌注桩;应用;控制;关键点
Several key points of drilling holes and bored poles in practical application
Ni Qian
(CITIC Daxie project construction company, Ningbo Daxie Development Zone Ningbo Zhejiang 315812)
【Abstract】As the coastal city of Ningbo and other more common soft ground, underground water is more obvious, bored pile is widely used, but the complexity of construction technology, quality control difficult, I would like to talk about the practical application of bored Some key points to share with everyone together, gaps, please also criticized the correction.
【Key words】Bored pile; Application; Control; Key points
1. 前言
钻孔灌注桩在工程中应用广泛,具有承载力大、施工噪音小、适合解决较为复杂的承载力问题等诸多优点。但施工大部分的水下进行的,其施工过程无法观察,成桩后也不能进行开挖验收。工程质量较难控制,桩基施工既有机械操作,又有钢筋加工,混凝土拌制和灌注等多种工作,工序种类繁多,影响因素多,水下混凝土施工要求严格,稍有不慎,就可能出现孔底沉泥,缩颈、夹渣、断桩等,可能造成质量事故,施工中任何的一个环节出现问题,都将直接影响整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响,因此,在某消防站建设的实际应用中对几个关键点的控制加以论证。
2. 工程介绍
2.1 工程概况。
某消防站拟建大队、中队用房各一幢,均为三层,框架结构。此项目总用地面积9000㎡,总建筑面积5486㎡,由宁波市民用建筑设计研究有限公司设计。拟建场址位于宁波市大榭岛南端,场地北端为公路,东邻海关基站,南端为拟建边检站场地,西为民宅区,东北角分布一水塘。勘探进场的时场地北半部已回填粘性土混碎石块石,南半部未回填,地形相对较平坦。
2.2 场地工程地质条件。
2.2.1 地基土工程地质特征感描述。
为了满足拟建工程的地质条件评价,对本次勘察所揭露的土层,依据其土性及物理力学性质等特征,进行了工程地质分层(共分为三层,其中第(1)、(3)层细分为2个亚层),现自上而下分述如下:
第(1-1)层:杂填土,层厚0.50～2.70米,层底标高5.06～7.96米,杂色,分散,高压缩性。主要回填粘性混较多碎石,块石组成,局部为建筑垃圾,均匀性差,全址分布。
第(1-2)层:粉质粘土,层厚1.20～3.20米,层顶埋深0.50～0.90米,层底标高4.14～5.52米。灰褐色,本层为地表“硬壳层”以可塑状态为主,局部软塑。饱和,干强度高,中等～高压缩性,中等韧性,摇震反应无,无光泽。本层仅在场地东南侧有分布。
第(2)层:淤泥质粘土,层厚0.80～26.20米,层顶埋深1.10～4.10米,层顶标高-19.66～3.41米。灰色,流苏,饱和,干强度高,高压缩性,中等韧性,摇震反应无,稍有光泽。本层土质不均,以淤泥质粘土为主,局部为淤泥质粉质粘土。层间含少量灰黑色腐植土,其中zk8孔揭示层间2.80～3.30m夹圆砾透镜体。本层仅分布在场地东南侧。
第(3-1)层:全风化凝灰层,层厚0.70～4.90米,层顶埋深4060～27.50米,层顶标高-27.76～2.71米。灰黄～黄褐色,大部分已风化成土状,密实状态.含有少量母岩碎屑颗粒,呈粗砂角砾状。全址分布。
第(3-2)层:强风化凝灰岩,层厚5.40～8.30米,层顶埋深0.50～29.60米,层底标高-27.76～-0.14米。黄褐色～深灰色,基岩风化强烈,岩芯破碎,呈碎块状,粒径3～8cm不等;少量呈柱状,高5～25cm不等,裂缝发育,岩质较硬。全址分布。
以上各层地基土的分布及埋藏情况,详见“工程地质剖面图”等有关图表。
2.2.2 场地地下水评价。
拟建场地地下水主要为地表潜水,受环境及气候的影响明显,地下水位年变化幅度1m左右。勘察期间测得钻孔中的地下水位埋深介于0.50~1.10m。场地附近未见明显污染源,根据邻近建筑经验,场地地下水对混凝土结构无腐蚀性。
2.2.3 场地稳定性和适宜性的评价。
拟建场地属海岛低山丘陵地貌与滨海沉积过度区,其中西侧为陆相区,东侧为海相沉积区。陆相区建筑场地类别为Ⅰ类,场地土类为岩石,属对建筑抗震有利地段;海信区建筑场地类别为Ⅲ类,场地土类型为软弱土,属对建筑抗震不利地段。按国家地震局的有关文件,本场地的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速读为0.10g。
场地在深度20m范围内无液化土层存在,因此可不考虑地震液化的影响。
根据勘探揭示,拟建场地未发现地下洞穴及不良地质作用。综合地貌形态、构造活动性和地震分析,本区域稳定性良好,适于本工程的建设。
2.3 地震土的分析与评价。
2.3.1 场地地基土主要物理学性质指标。
根据室内试验和动探等原位测试成果,以工程地质单元层为统计单位进行各层地基土的物理学性质指标统计(剔除离散性较大的数据),提供各指标的范围值、算术平均值、变异系数和统计频数,其结果见“地基物理学指标数理统计表”。
2.3.2 工程特性评价。
根据上述基土特征,地表(1-2)层(“硬壳层”)工程性能较好,但厚度偏小,仅在场地东南侧有分布,且下卧较厚土层,故不宜作一般轻型附属建筑物的天然地基。
第(2)层为典型的滨海相沉积软土层:强度低,压缩性高,工程性能差,作为桩周土,沉桩容易,侧摩阻力小。
第(3-1)、(3-2)层为基岩全～强风化层,承载力高,可作为本工程基础持力层。但应注意该层层顶埋深变化大。
综上所述,结合各层地基土物理力学指标统计结果,依据规范,推荐各层地基土的承载力特征值(fak)、桩基的侧阻力特征值(qsia)和端阻力特征值(qpa),列于“地基土物理力学指标设计参数表”。
2.3.3 基础方案。
由于拟建场地的地层复杂,结合拟建建筑物结构荷载特征,建议基础型式:
场地西侧陆相区采用天然地基,以第(3-2)层作为浅基础持力层;东侧海相沉积区采用桩基础,以第(3-2)作为桩端持力层。考虑到该层层面埋深变化大,桩型宜为钻孔灌注桩。浅基与桩基交接处宜设置沉降缝。
根据上述桩基方案及地基设计参数建议值,按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)第5.2.9条,选择zk4、zk7、zk12、zk8等代表性勘探孔地层为例,进行单眨承载力特征值估算,结果见下表。
2.4 建议与结论。
2.4.1 建议。
由于拟建场地较为复杂,结合拟建物结构荷载特征,建议基础形式:
场地西侧陆相区采用天然地基,以第(3-2)层作为浅基础持力层。东侧海相沉积区采用桩基础,以第(3-2)层作为桩端持力层,考虑到该层层面埋深变化大,桩型宜为钻孔灌注桩。浅基础与桩基交接处宜设置沉降逢。
钻孔灌注桩成桩质量受施工技术影较大,施工时应严格控制清孔质量及孔底沉渣厚度。宜选择施工技术水平较高、经验丰富的桩基施工单位,并加强施工现场的监理工作。
2.4.2 结 论。
2.4.2.1 本次勘察按现行规范和委托要求,达到了预期目的,本报告可作为大榭榭南消防站拟建建筑物基础设计的工程地质依据。
2.4.2.2 拟建场地属海岛低山丘陵地貌与滨海沉积过度区,其中西侧为陆相区,东侧为海相沉积区。陆相区建筑场地类别为Ⅰ类,场地土类型为岩石,属对建筑抗震有利地段;海相区建筑场地类别为Ⅲ类,场地土类型为软弱土,属对建筑抗震不利地段。按国家地震局的有关文件,本场地类别的抗震烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g。场地可不考虑地震液化的影响。
2.4.2.3 根据勘探揭示,拟建场地未发现地下洞穴及不良地质作用。综合地貌形态、构造活动性和地震分析,本区域稳定性良好,适于本工程的建设。
2.4.2.4 拟建场地地下水主要为地表浅水,受环境及气候影响明显,地下水位年变化幅度1m左右。勘察期间测得钻孔中的地下水位埋深介于0.50~1.10m。场地附近未见明显污染源,据邻近建筑经验,场地地下水对混凝土结构无腐性。
2.4.2.5 场地勘探深度范围内,性质相对较好的基础持力层为(3-1)与(3-2)层。
3. 成孔控制
成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要的部分,其质量如果控制的不好,则可能会发生塌孔、缩颈、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等,还将直接影响桩身的质量和造成桩承载力下降,因此,在成孔的施工技术和和施工质量控制方面应着中做好以下几项工作。
3.1 对施工人员的控制检查灌注桩施工人员的技术资质与条件是否符合要求,选择分报商承担灌注施工要求时,要求审查合同是否允许进行分包,确认承包商技术能力和管理水平能保证按照要求完成工程施工,方可允许分包商施工人员进场。
3.2 对施工方案、工艺控制的施工方案和施工组织方案,具体包括:
3.2.1 施工程序的安排:采取隔孔施工的程序。
钻孔混凝土灌注桩和打入桩的不同,打入桩是将周围土体挤开,桩深具有很好的的强度,土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔,然后在孔内成桩,周围土移向桩身土体、对桩产生动压力。尤其是在成桩初始,桩身的混凝土强度很低,且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的,故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩颈是一项稳妥的技术措施。
3.2.2 施工机械设备的选择。
适应地层的特点和施工工艺的要求:成孔机械必须与现场土质、桩径、桩深等要求相适应;适应施工现场的场地大小、场内搬迁、工期要求、供水、供电条件等。
3.2.3 灌注桩施工工艺:主要是成孔、成桩、各工序的操作工艺,它是施工方案的核心。钻孔灌注桩成孔、成桩的一般工艺流程如下图:测量放线定桩位,埋设护筒,桩机就位,调整平整度,成孔后第一次清孔、混凝土搅拌、废泥浆排放、泥浆沉淀、拌制护壁泥浆、钢筋笼制作、灌注水下混凝土、二次清孔、沉渣测定、安放导管、吊放钢筋笼、质量检测、成桩质量检测。
3.3 确保桩身成孔的垂直精度。
这是灌注桩顺利施工的一个重要条件,否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求,应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固,经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施,并于成孔后下放钢筋笼前作井径、井斜超声波测试。
3.4 确保桩位、桩顶标高和成孔深度。
护筒位置应埋设准确和稳定,旱地、筑岛处护筒与坑壁之间用粘土分层回填夯实,护筒与中心偏差不得大于50mm,倾斜度不大于1%,高度宜高出地面0.3m或水面1.0~0.2m。护筒埋置深度应根据设计要求或水文地质情况确定,旱地、筑岛处一般超过杂填土埋藏深度0.2m,在粘性土中不宜小于1m,在砂土中不宜小于1.5m,同时应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。有冲刷性影响的河床,沉入冲刷线不小于1.0~1.5m。在护筒定位后及时复核护筒位置,严格控制护筒中心偏差不大于50mm,并认真检查回填土是密实,以防止钻孔过程中发生漏浆现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化,为准确的控制钻孔深度,在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并做好记录,以便在成孔后根据钻杆在钻机上留出长度来校验成孔达到的深度。虽然钻杆到达的深度已经反映了成孔的深度,但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当,或在提钻具时碰撞了孔壁,也可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象,这将给二次清孔带来很大的困难,有的甚至是通过第二次清孔也无法将清除坍落的沉渣。因此,在提出钻具后用测绳复核成孔深度,如测绳的测深比钻杆的钻探小,就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题,因其最大收缩率达1.2%,为提高测绳的测量精度,在使用前要预湿后重新表定,并在使用中经常复核。为有效防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象,除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外,还根据不同土层情况对地质资料,随时调整钻进速度,并描绘出钻进成孔的时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降,在软性土中钻进最快0.2m/min,在细粉砂层钻进都是0.015m/min左右,两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小直接影响孔径的大小,在施工过程中要经常符合钻头直径,如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。
3.5 钢筋笼制作质量和吊放。
钢筋笼制作前首先要检钢材的质保资料,检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量,钢筋笼宜分段制作,连接时50%的钢筋接头应予错开焊接,对钢筋笼立焊的质量要求特别加强检查控制。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确的吊放在设计标高上,这是由于钢筋吊笼放后暂时固定在钻架底梁上的,因此,吊环长度是根据底梁标高的变化而改变,所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度,以保证钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中,应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量,对质量不符合要求的焊缝、则要进行补焊。同时,要注意钢筋笼能否下放,沉放,沉放时不能碰撞孔壁;钢筋笼入孔时,应保持垂直状态,对准孔位徐徐轻放,严禁强制性放钢筋笼,造成钢筋笼的变形,孔壁塌孔。钢筋笼就位后,还应将钢筋笼上端固定在护筒上,可减缓砼上升时的顶托力,防止其上升;当吊放受阻时,不能加压强行下放,因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象,应停止吊放并寻找原因,如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的,应出后重新垂直吊放;如果是成孔偏斜而造成的,则要求进行复钻纠偏,并在重新验收成孔质量后在吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间。
3.6 灌注水下混凝土前泥浆的制备和二次清孔。
清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣则是影响灌注桩承载力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部沉渣,使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态,再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔,最终将桩孔内的沉渣清理干净,这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔的作用。因此,对于施工规范中泥浆的控制指标:粘度测定17~20min;含砂率不大于6%;胶体率不小于90%等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制,不能就地取材,而要专门采取泥浆制备,选用高塑性粘土或膨润土,控制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越土层进行配合比设计。灌注桩成孔至设计标高,应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔,直到孔口返浆比重持续小于于1.1~1.20,测得孔底沉渣厚度小于50mm,即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管.沉放导管时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部,最终不能被混凝土冲击返起成为永久性沉渣,从而影响桩基工程的质量.因此,必须在混凝土灌注前利用导管进行二次清孔.当孔口返浆比重及沉渣厚度均应符合规范要求,二次清孔验收合格后,现场初灌料斗、砼隔水栓(沙或包)、人员等应及时准备到位,在砼到场后方可停止清孔,进行料斗等安装。砼灌注前必须检查坍落度是否满足要求,一般宜控制在180-220mm。检查孔内导管的长度及离孔底的距离;根据导管内外混凝土的压力平衡法计算首灌砼量,确定采用料斗容量,保证首灌后导管底埋入混凝土量大于1m以上。在料斗灌满砼后,剪断铁丝,隔水栓埋入底部砼。此时后续砼浇捣必须及时跟上,保证砼连续施工。浇捣过程中,检查导管提升、拆除等必须保证底在砼中的埋置深度,宜控制在2~6m。并应通过测量确定,不能盲目估计,避免拔空。在混凝土面上升将要接近钢筋笼底部时,应放慢浇捣速度,减少导管埋深以降低混凝土上升的冲击力。
4. 成桩控制
4.1 为确保成桩质量,要严格检查验收进场原材料的质保证书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告),如发现实样与质保书不符,应立即进行复查,对不合的材料(如水泥、砂、石、水质),严禁用于混凝土灌注桩。
4.2 钻孔桩水下混凝土的施工主要是采用导管灌注,混凝土的离析现象还会存在,但良好的配合比可减少离析程度,因此,现场的配合比要随着水泥的品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整,为使每根桩的配合比都准确无误,在混凝土搅拌前都要复核配合比计量的准确性,严格计量和测试管理,并应填入原始记录和制作试件。
4.3、为防止发生断桩、夹泥、堵管现象,在混凝土灌注时应加强对混凝土坍落度的控制。混凝土坍落度采用18cm~20Cm,并随时了解混凝土面的标高和导管的埋入深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m~4m,不宜大于5m和小于1m,严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至桩顶标高8m~10m时,应保持坍落度调小至12cm~16cm ,以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中,要控制好灌注工艺和操作,抽动导管使混凝土面上升的力度要适中,保证有序的拔管和连续灌注,升降的幅度不能过大,如大幅度抽拔导管则容造成混凝土体冲刷孔壁,导致孔壁下坠或坍落,桩身夹泥,这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程必须每灌注2m3左右右测一次混凝土面上升的高度,确定每段桩体的充盈系数,桩身混凝土的充盈系数必须大于1。同时认真进行记录,这对日后发现的问题的桩或评价桩的质量有很大作用。
5. 钻孔灌注桩在实际应用中关键点中的难点控制是如何鉴别入岩
应通过对多根桩的判别,辅以钻孔验证,得出一套判别入岩的行之有效的方法:
5.1 根据勘探资料,绘制中风化岩持力层顶板标高等值线,施工中钻孔深度要达到等高线附近后方可进行判别。值得注意的是由于等高线根据钻孔资料绘制而成,当中风化岩面起伏较大时可能相差较大,但一般不超过1m。
5.2 根据现场观察,入岩后往往钻进平稳,不会出现跳钻、别钻现象,钻进速率在强风化岩中一般为20~50cm/h,在中风化层中为20cm/h。钻进速度一般与桩机型号及钻头种类、钻头磨损程度有关。
5.3 强风化岩一般棱角不明显,多为棱及次多圆形,粒径一般为5~12cm,强度较低,矿物风化蚀变较强,多见石英及长石颗粒;中风化岩多为棱角形及刃角形,粒径3~8cm,强度较高,矿物较新鲜。碎石层岩样一般成分较杂。
5.4 入岩判别主要与施工机械、钻进情况、基岩埋深及岩性特征等有关,对于不同的工程要区别对待。对岩面起伏较大的场地,要更准确的确定入岩深度还要建议补充一定数量的工程地质钻孔,合理确定是否入岩,应根据勘探报告所揭示的持力层等高线与孔深比较,加强巡查,记录,结合钻具自重大小、吊挂松紧程度,观察在界面钻进过程以及进入持力层钻机的反映情况,并加强取样,对照试成桩时确定的岩样为准,最终判定入岩或终孔,确保桩基进入持力层的深度。
6. 钻孔灌注桩在实际应用中还应注意的问题
随时对照地质勘察报告,使实际实施情况与其相统一。在该消防站建设中,就遇到一个问题,当钻孔到某个深度后,发现可能已进入岩石层,但是与地质报告不符,经检查,钻孔时遇到大石块,而不是岩石层,因此,钻孔灌注桩在实际应用中一定注意观察,结合各种手段综合判断,才能得出正确的结论。
7. 结束语
通过以上分析,我认为,每个项目都有不同的地质状况,所采取的措施也不相同,不能一概而论,只要善于观察学习,不断地探索,积累经验,同时结合科学的检测手段,综合分析,必然会取得良好的效果。
参考文献
[1] 《建筑施工手册》. 北京 2003年9月第四版. 中国建筑工业出版社
[2] 丁士昭等.《建筑工程项目管理》.北京市百万庄. 2004.5 .中国建筑工业出版社
[3] 某消防站工程地质勘察报告
[4] 某标准厂房工程监理例会纪要
[文章编号]1006-7619(2010)06-14-549
【关键词】钻孔灌注桩;应用;控制;关键点
Several key points of drilling holes and bored poles in practical application
Ni Qian
(CITIC Daxie project construction company, Ningbo Daxie Development Zone Ningbo Zhejiang 315812)
【Abstract】As the coastal city of Ningbo and other more common soft ground, underground water is more obvious, bored pile is widely used, but the complexity of construction technology, quality control difficult, I would like to talk about the practical application of bored Some key points to share with everyone together, gaps, please also criticized the correction.
【Key words】Bored pile; Application; Control; Key points
1. 前言
钻孔灌注桩在工程中应用广泛,具有承载力大、施工噪音小、适合解决较为复杂的承载力问题等诸多优点。但施工大部分的水下进行的,其施工过程无法观察,成桩后也不能进行开挖验收。工程质量较难控制,桩基施工既有机械操作,又有钢筋加工,混凝土拌制和灌注等多种工作,工序种类繁多,影响因素多,水下混凝土施工要求严格,稍有不慎,就可能出现孔底沉泥,缩颈、夹渣、断桩等,可能造成质量事故,施工中任何的一个环节出现问题,都将直接影响整个工程的质量和进度,甚至给投资者造成巨大的经济损失和不良的社会影响,因此,在某消防站建设的实际应用中对几个关键点的控制加以论证。
2. 工程介绍
2.1 工程概况。
某消防站拟建大队、中队用房各一幢,均为三层,框架结构。此项目总用地面积9000㎡,总建筑面积5486㎡,由宁波市民用建筑设计研究有限公司设计。拟建场址位于宁波市大榭岛南端,场地北端为公路,东邻海关基站,南端为拟建边检站场地,西为民宅区,东北角分布一水塘。勘探进场的时场地北半部已回填粘性土混碎石块石,南半部未回填,地形相对较平坦。
2.2 场地工程地质条件。
2.2.1 地基土工程地质特征感描述。
为了满足拟建工程的地质条件评价,对本次勘察所揭露的土层,依据其土性及物理力学性质等特征,进行了工程地质分层(共分为三层,其中第(1)、(3)层细分为2个亚层),现自上而下分述如下:
第(1-1)层:杂填土,层厚0.50～2.70米,层底标高5.06～7.96米,杂色,分散,高压缩性。主要回填粘性混较多碎石,块石组成,局部为建筑垃圾,均匀性差,全址分布。
第(1-2)层:粉质粘土,层厚1.20～3.20米,层顶埋深0.50～0.90米,层底标高4.14～5.52米。灰褐色,本层为地表“硬壳层”以可塑状态为主,局部软塑。饱和,干强度高,中等～高压缩性,中等韧性,摇震反应无,无光泽。本层仅在场地东南侧有分布。
第(2)层:淤泥质粘土,层厚0.80～26.20米,层顶埋深1.10～4.10米,层顶标高-19.66～3.41米。灰色,流苏,饱和,干强度高,高压缩性,中等韧性,摇震反应无,稍有光泽。本层土质不均,以淤泥质粘土为主,局部为淤泥质粉质粘土。层间含少量灰黑色腐植土,其中zk8孔揭示层间2.80～3.30m夹圆砾透镜体。本层仅分布在场地东南侧。
第(3-1)层:全风化凝灰层,层厚0.70～4.90米,层顶埋深4060～27.50米,层顶标高-27.76～2.71米。灰黄～黄褐色,大部分已风化成土状,密实状态.含有少量母岩碎屑颗粒,呈粗砂角砾状。全址分布。
第(3-2)层:强风化凝灰岩,层厚5.40～8.30米,层顶埋深0.50～29.60米,层底标高-27.76～-0.14米。黄褐色～深灰色,基岩风化强烈,岩芯破碎,呈碎块状,粒径3～8cm不等;少量呈柱状,高5～25cm不等,裂缝发育,岩质较硬。全址分布。
以上各层地基土的分布及埋藏情况,详见“工程地质剖面图”等有关图表。
2.2.2 场地地下水评价。
拟建场地地下水主要为地表潜水,受环境及气候的影响明显,地下水位年变化幅度1m左右。勘察期间测得钻孔中的地下水位埋深介于0.50~1.10m。场地附近未见明显污染源,根据邻近建筑经验,场地地下水对混凝土结构无腐蚀性。
2.2.3 场地稳定性和适宜性的评价。
拟建场地属海岛低山丘陵地貌与滨海沉积过度区,其中西侧为陆相区,东侧为海相沉积区。陆相区建筑场地类别为Ⅰ类,场地土类为岩石,属对建筑抗震有利地段;海信区建筑场地类别为Ⅲ类,场地土类型为软弱土,属对建筑抗震不利地段。按国家地震局的有关文件,本场地的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速读为0.10g。
场地在深度20m范围内无液化土层存在,因此可不考虑地震液化的影响。
根据勘探揭示,拟建场地未发现地下洞穴及不良地质作用。综合地貌形态、构造活动性和地震分析,本区域稳定性良好,适于本工程的建设。
2.3 地震土的分析与评价。
2.3.1 场地地基土主要物理学性质指标。
根据室内试验和动探等原位测试成果,以工程地质单元层为统计单位进行各层地基土的物理学性质指标统计(剔除离散性较大的数据),提供各指标的范围值、算术平均值、变异系数和统计频数,其结果见“地基物理学指标数理统计表”。
2.3.2 工程特性评价。
根据上述基土特征,地表(1-2)层(“硬壳层”)工程性能较好,但厚度偏小,仅在场地东南侧有分布,且下卧较厚土层,故不宜作一般轻型附属建筑物的天然地基。
第(2)层为典型的滨海相沉积软土层:强度低,压缩性高,工程性能差,作为桩周土,沉桩容易,侧摩阻力小。
第(3-1)、(3-2)层为基岩全～强风化层,承载力高,可作为本工程基础持力层。但应注意该层层顶埋深变化大。
综上所述,结合各层地基土物理力学指标统计结果,依据规范,推荐各层地基土的承载力特征值(fak)、桩基的侧阻力特征值(qsia)和端阻力特征值(qpa),列于“地基土物理力学指标设计参数表”。
2.3.3 基础方案。
由于拟建场地的地层复杂,结合拟建建筑物结构荷载特征,建议基础型式:
场地西侧陆相区采用天然地基,以第(3-2)层作为浅基础持力层;东侧海相沉积区采用桩基础,以第(3-2)作为桩端持力层。考虑到该层层面埋深变化大,桩型宜为钻孔灌注桩。浅基与桩基交接处宜设置沉降缝。
根据上述桩基方案及地基设计参数建议值,按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)第5.2.9条,选择zk4、zk7、zk12、zk8等代表性勘探孔地层为例,进行单眨承载力特征值估算,结果见下表。
2.4 建议与结论。
2.4.1 建议。
由于拟建场地较为复杂,结合拟建物结构荷载特征,建议基础形式:
场地西侧陆相区采用天然地基,以第(3-2)层作为浅基础持力层。东侧海相沉积区采用桩基础,以第(3-2)层作为桩端持力层,考虑到该层层面埋深变化大,桩型宜为钻孔灌注桩。浅基础与桩基交接处宜设置沉降逢。
钻孔灌注桩成桩质量受施工技术影较大,施工时应严格控制清孔质量及孔底沉渣厚度。宜选择施工技术水平较高、经验丰富的桩基施工单位,并加强施工现场的监理工作。
2.4.2 结 论。
2.4.2.1 本次勘察按现行规范和委托要求,达到了预期目的,本报告可作为大榭榭南消防站拟建建筑物基础设计的工程地质依据。
2.4.2.2 拟建场地属海岛低山丘陵地貌与滨海沉积过度区,其中西侧为陆相区,东侧为海相沉积区。陆相区建筑场地类别为Ⅰ类,场地土类型为岩石,属对建筑抗震有利地段;海相区建筑场地类别为Ⅲ类,场地土类型为软弱土,属对建筑抗震不利地段。按国家地震局的有关文件,本场地类别的抗震烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g。场地可不考虑地震液化的影响。
2.4.2.3 根据勘探揭示,拟建场地未发现地下洞穴及不良地质作用。综合地貌形态、构造活动性和地震分析,本区域稳定性良好,适于本工程的建设。
2.4.2.4 拟建场地地下水主要为地表浅水,受环境及气候影响明显,地下水位年变化幅度1m左右。勘察期间测得钻孔中的地下水位埋深介于0.50~1.10m。场地附近未见明显污染源,据邻近建筑经验,场地地下水对混凝土结构无腐性。
2.4.2.5 场地勘探深度范围内,性质相对较好的基础持力层为(3-1)与(3-2)层。
3. 成孔控制
成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要的部分,其质量如果控制的不好,则可能会发生塌孔、缩颈、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等,还将直接影响桩身的质量和造成桩承载力下降,因此,在成孔的施工技术和和施工质量控制方面应着中做好以下几项工作。
3.1 对施工人员的控制检查灌注桩施工人员的技术资质与条件是否符合要求,选择分报商承担灌注施工要求时,要求审查合同是否允许进行分包,确认承包商技术能力和管理水平能保证按照要求完成工程施工,方可允许分包商施工人员进场。
3.2 对施工方案、工艺控制的施工方案和施工组织方案,具体包括:
3.2.1 施工程序的安排:采取隔孔施工的程序。
钻孔混凝土灌注桩和打入桩的不同,打入桩是将周围土体挤开,桩深具有很好的的强度,土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔,然后在孔内成桩,周围土移向桩身土体、对桩产生动压力。尤其是在成桩初始,桩身的混凝土强度很低,且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的,故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩颈是一项稳妥的技术措施。
3.2.2 施工机械设备的选择。
适应地层的特点和施工工艺的要求:成孔机械必须与现场土质、桩径、桩深等要求相适应;适应施工现场的场地大小、场内搬迁、工期要求、供水、供电条件等。
3.2.3 灌注桩施工工艺:主要是成孔、成桩、各工序的操作工艺,它是施工方案的核心。钻孔灌注桩成孔、成桩的一般工艺流程如下图:测量放线定桩位,埋设护筒,桩机就位,调整平整度,成孔后第一次清孔、混凝土搅拌、废泥浆排放、泥浆沉淀、拌制护壁泥浆、钢筋笼制作、灌注水下混凝土、二次清孔、沉渣测定、安放导管、吊放钢筋笼、质量检测、成桩质量检测。
3.3 确保桩身成孔的垂直精度。
这是灌注桩顺利施工的一个重要条件,否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求,应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固,经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施,并于成孔后下放钢筋笼前作井径、井斜超声波测试。
3.4 确保桩位、桩顶标高和成孔深度。
护筒位置应埋设准确和稳定,旱地、筑岛处护筒与坑壁之间用粘土分层回填夯实,护筒与中心偏差不得大于50mm,倾斜度不大于1%,高度宜高出地面0.3m或水面1.0~0.2m。护筒埋置深度应根据设计要求或水文地质情况确定,旱地、筑岛处一般超过杂填土埋藏深度0.2m,在粘性土中不宜小于1m,在砂土中不宜小于1.5m,同时应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上。有冲刷性影响的河床,沉入冲刷线不小于1.0~1.5m。在护筒定位后及时复核护筒位置,严格控制护筒中心偏差不大于50mm,并认真检查回填土是密实,以防止钻孔过程中发生漏浆现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化,为准确的控制钻孔深度,在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并做好记录,以便在成孔后根据钻杆在钻机上留出长度来校验成孔达到的深度。虽然钻杆到达的深度已经反映了成孔的深度,但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当,或在提钻具时碰撞了孔壁,也可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象,这将给二次清孔带来很大的困难,有的甚至是通过第二次清孔也无法将清除坍落的沉渣。因此,在提出钻具后用测绳复核成孔深度,如测绳的测深比钻杆的钻探小,就要重新下钻杆复钻并清孔。同时还要考虑在施工中常用的测绳遇水后缩水的问题,因其最大收缩率达1.2%,为提高测绳的测量精度,在使用前要预湿后重新表定,并在使用中经常复核。为有效防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象,除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外,还根据不同土层情况对地质资料,随时调整钻进速度,并描绘出钻进成孔的时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降,在软性土中钻进最快0.2m/min,在细粉砂层钻进都是0.015m/min左右,两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小直接影响孔径的大小,在施工过程中要经常符合钻头直径,如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。
3.5 钢筋笼制作质量和吊放。
钢筋笼制作前首先要检钢材的质保资料,检查合格后再按设计和施工规范要求验收钢筋的直径、长度、规格、数量和制作质量,钢筋笼宜分段制作,连接时50%的钢筋接头应予错开焊接,对钢筋笼立焊的质量要求特别加强检查控制。在验收中还要特别注意钢筋笼吊环长度能否使钢筋准确的吊放在设计标高上,这是由于钢筋吊笼放后暂时固定在钻架底梁上的,因此,吊环长度是根据底梁标高的变化而改变,所以应根据底梁标高逐根复核吊环长度,以保证钢筋的埋入标高满足设计要求。在钢筋笼吊放过程中,应逐节验收钢筋笼的连接焊缝质量,对质量不符合要求的焊缝、则要进行补焊。同时,要注意钢筋笼能否下放,沉放,沉放时不能碰撞孔壁;钢筋笼入孔时,应保持垂直状态,对准孔位徐徐轻放,严禁强制性放钢筋笼,造成钢筋笼的变形,孔壁塌孔。钢筋笼就位后,还应将钢筋笼上端固定在护筒上,可减缓砼上升时的顶托力,防止其上升;当吊放受阻时,不能加压强行下放,因为这将会造成坍孔、钢筋笼变形等现象,应停止吊放并寻找原因,如因钢筋笼没有垂直吊放而造成的,应出后重新垂直吊放;如果是成孔偏斜而造成的,则要求进行复钻纠偏,并在重新验收成孔质量后在吊放钢筋笼。钢筋笼接长时要加快焊接时间,尽可能缩短沉放时间。
3.6 灌注水下混凝土前泥浆的制备和二次清孔。
清孔的主要目的是清除孔底沉渣,而孔底沉渣则是影响灌注桩承载力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部沉渣,使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态,再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔,最终将桩孔内的沉渣清理干净,这就是泥浆的排渣和清孔作用。从泥浆在混凝土钻孔桩施工中的护壁和清孔的作用。因此,对于施工规范中泥浆的控制指标:粘度测定17~20min;含砂率不大于6%;胶体率不小于90%等在钻孔灌注桩施工过程中必须严格控制,不能就地取材,而要专门采取泥浆制备,选用高塑性粘土或膨润土,控制泥浆必须根据施工机械、工艺及穿越土层进行配合比设计。灌注桩成孔至设计标高,应充分利用钻杆在原位进行第一次清孔,直到孔口返浆比重持续小于于1.1~1.20,测得孔底沉渣厚度小于50mm,即抓紧吊放钢筋笼和沉放混凝土导管.沉放导管时间内使处于悬浮状态的沉渣再次沉到桩孔底部,最终不能被混凝土冲击返起成为永久性沉渣,从而影响桩基工程的质量.因此,必须在混凝土灌注前利用导管进行二次清孔.当孔口返浆比重及沉渣厚度均应符合规范要求,二次清孔验收合格后,现场初灌料斗、砼隔水栓(沙或包)、人员等应及时准备到位,在砼到场后方可停止清孔,进行料斗等安装。砼灌注前必须检查坍落度是否满足要求,一般宜控制在180-220mm。检查孔内导管的长度及离孔底的距离;根据导管内外混凝土的压力平衡法计算首灌砼量,确定采用料斗容量,保证首灌后导管底埋入混凝土量大于1m以上。在料斗灌满砼后,剪断铁丝,隔水栓埋入底部砼。此时后续砼浇捣必须及时跟上,保证砼连续施工。浇捣过程中,检查导管提升、拆除等必须保证底在砼中的埋置深度,宜控制在2~6m。并应通过测量确定,不能盲目估计,避免拔空。在混凝土面上升将要接近钢筋笼底部时,应放慢浇捣速度,减少导管埋深以降低混凝土上升的冲击力。
4. 成桩控制
4.1 为确保成桩质量,要严格检查验收进场原材料的质保证书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告),如发现实样与质保书不符,应立即进行复查,对不合的材料(如水泥、砂、石、水质),严禁用于混凝土灌注桩。
4.2 钻孔桩水下混凝土的施工主要是采用导管灌注,混凝土的离析现象还会存在,但良好的配合比可减少离析程度,因此,现场的配合比要随着水泥的品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整,为使每根桩的配合比都准确无误,在混凝土搅拌前都要复核配合比计量的准确性,严格计量和测试管理,并应填入原始记录和制作试件。
4.3、为防止发生断桩、夹泥、堵管现象,在混凝土灌注时应加强对混凝土坍落度的控制。混凝土坍落度采用18cm~20Cm,并随时了解混凝土面的标高和导管的埋入深度。导管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m~4m,不宜大于5m和小于1m,严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至桩顶标高8m~10m时,应保持坍落度调小至12cm~16cm ,以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中,要控制好灌注工艺和操作,抽动导管使混凝土面上升的力度要适中,保证有序的拔管和连续灌注,升降的幅度不能过大,如大幅度抽拔导管则容造成混凝土体冲刷孔壁,导致孔壁下坠或坍落,桩身夹泥,这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程必须每灌注2m3左右右测一次混凝土面上升的高度,确定每段桩体的充盈系数,桩身混凝土的充盈系数必须大于1。同时认真进行记录,这对日后发现的问题的桩或评价桩的质量有很大作用。
5. 钻孔灌注桩在实际应用中关键点中的难点控制是如何鉴别入岩
应通过对多根桩的判别,辅以钻孔验证,得出一套判别入岩的行之有效的方法:
5.1 根据勘探资料,绘制中风化岩持力层顶板标高等值线,施工中钻孔深度要达到等高线附近后方可进行判别。值得注意的是由于等高线根据钻孔资料绘制而成,当中风化岩面起伏较大时可能相差较大,但一般不超过1m。
5.2 根据现场观察,入岩后往往钻进平稳,不会出现跳钻、别钻现象,钻进速率在强风化岩中一般为20~50cm/h,在中风化层中为20cm/h。钻进速度一般与桩机型号及钻头种类、钻头磨损程度有关。
5.3 强风化岩一般棱角不明显,多为棱及次多圆形,粒径一般为5~12cm,强度较低,矿物风化蚀变较强,多见石英及长石颗粒;中风化岩多为棱角形及刃角形,粒径3~8cm,强度较高,矿物较新鲜。碎石层岩样一般成分较杂。
5.4 入岩判别主要与施工机械、钻进情况、基岩埋深及岩性特征等有关,对于不同的工程要区别对待。对岩面起伏较大的场地,要更准确的确定入岩深度还要建议补充一定数量的工程地质钻孔,合理确定是否入岩,应根据勘探报告所揭示的持力层等高线与孔深比较,加强巡查,记录,结合钻具自重大小、吊挂松紧程度,观察在界面钻进过程以及进入持力层钻机的反映情况,并加强取样,对照试成桩时确定的岩样为准,最终判定入岩或终孔,确保桩基进入持力层的深度。
6. 钻孔灌注桩在实际应用中还应注意的问题
随时对照地质勘察报告,使实际实施情况与其相统一。在该消防站建设中,就遇到一个问题,当钻孔到某个深度后,发现可能已进入岩石层,但是与地质报告不符,经检查,钻孔时遇到大石块,而不是岩石层,因此,钻孔灌注桩在实际应用中一定注意观察,结合各种手段综合判断,才能得出正确的结论。
7. 结束语
通过以上分析,我认为,每个项目都有不同的地质状况,所采取的措施也不相同,不能一概而论,只要善于观察学习,不断地探索,积累经验,同时结合科学的检测手段,综合分析,必然会取得良好的效果。
参考文献
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[文章编号]1006-7619(2010)06-14-549