软土孤石地基中桩基施工工艺探讨

软土孤石地基中桩基施工工艺探讨

汕头位于韩潮汕三角洲的南部。沉积物岩性为淤泥、粘土、砂砾,工程地质条件较差。由于地基易产生不均匀沉降,采用浅基础方法往往无法满足建筑要求。同时,汕头是Ⅷ度抗震设防区,桩基的应用较为普遍。在汕头市南区沿海平原和山地交接处,由于第四系地层中有很多孤石,不宜采用预制桩,钻(冲)孔灌注桩成为首选的基础形式。本文结合几个工程实例,探讨在软土孤石地基中桩基施工工艺问题。1上至下层控结构汕头市地层主要分为覆盖层和基岩。覆盖层均为第四系沉积物,一般由上至下为淤泥层、砂土层和残积土层。基岩为燕山期花岗岩。南区沿海平原和山地交接处的地基土分布犹如埋在地下的“古丘陵”,基岩起伏大,孤石和球状体数量很多,给钻(冲)孔桩施工带来很大障碍。2多层孤石埋置孤石有2种情况:一种是花岗岩块经搬运后直接堆置在第四系土层上;孤石埋置有深有浅,浅者10m以内,深者20m以外,最大厚度达7m,部分桩孔位置有多层孤石。针对不同的孤石情况,施工时采取了不同工艺。2.1孤石冲孔施工工程A:地下水位-0.60～-1.80m,场区的粉质粘土、残积层及淤泥层顶端常见孤石。大部分孤石处于-5～-8m。冲孔遇探头石时非常容易打斜。为使桩孔垂直,投入了大量石块,但石块往往被挤向软土一侧,使纠偏难以奏效。而另一些孤石属中、微风化岩,正对孔位。部分桩连续10小时冲孔,均无进尺。这种情况建议先进行人工挖孔,处理孤石(和探头石)后,再继续冲击成孔。施工流程图见图1。经勘探分析,一般挖土深度≤10m,土和地下水对护壁的最大侧压力P=142kN·m-2,计算护壁厚度14mm,按规范取值为100mm,选用护壁外径D=1.2m,C20砼。挖土时,在桩孔内先挖集水井排水,每节挖土深度800～1000mm,并随即浇注砼护壁。挖至孤石面后,抽干泥浆,用风镐支解凿除孤石或修平石面以便下一步冲孔。采用人工挖孔法处理浅层孤石,效率提高了许多。2.2特性分析见表2工程B:地下水位-1.0m,采用钻(冲)孔灌注桩,在桩基施工中有2个难点:一是第②层淤泥层,wK=88.1%,ILK=1.54～2.24,α(1-2)=2.1～2.7MPa-1,呈现出含水量高、压缩性大、塑性差,力学强度低的性质,施工时易产生缩颈或坍塌。二是孤石、球状风化物异常发育,致密坚硬,难以穿过,且容易误判为桩端持力层。因为岩石软硬悬殊及孤石、探头石的存在,经常出现跳转和斜孔,大大增加了修孔、换钻头的工作量,影响成孔速度。如01#桩,ϕ1000,桩长30.9m,成孔总用时40天,灌注砼充盈系数达2.6。成孔过程遇3层孤石厚达10m。后来采用爆破技术,改装桩机等措施来解决以上问题。(1)裂孤石爆破技术通过对孤石密集区进行施工超前钻揭示,约200根桩将遇到孤石和球状体,厚度3～15m。从前期施工反映,单纯的钻、冲孔施工效率极低,无法有效穿越孤石和球状体。经借鉴桥梁桩基的施工经验,并考虑本工程桩距较大的情况,大胆采用了爆破技术。通过爆破产生的瞬间能量震裂孤石,从而提高了冲孔效率。未经爆破的孤石和球状体,进尺约40～100mm·h-1,爆破后,进尺可提高1～2倍,达到100～200mm·h-1,多者300～500mm·h-1。具体操作是:1)先进行施工超前钻,采用小型钻机XY-1,孔径ϕ75,ϕ91mm。探明孤石位置。2)将乳化炸药(防水炸药)装入2英寸的塑料管中,放入小钻孔。用药量,按不同桩径和孤石情况,钻1～3个炮眼,每个炮眼在孤石范围放置0.5kg·m-1,普通土层位置填入中砂。3)点燃激光导火线,雷管引爆,均为一次爆破。起爆时,地面有明显震感,可喷出2m多高的泥浆。为避免对相邻桩产生影响,控制对15m范围内的桩,成桩须间隔3天以上,才可施爆。处理探头石既费时又费料,一般先回填片石纠偏,如果纠偏无效,就只能在桩孔外钻孔对探头石进行爆破,进尺50mm·h-1。(2)冲钻结合机钻机施工中期,利用回转钻机的底座、支架体系,加装卷扬机,把回转钻机改装成冲钻结合的两用机。在软土层用回旋钻进,遇孤石换为冲击钻头。这样处理,增加了机械的利用率,减少了移机、换钻头的人工、机械耗费。3对深层孤石的处理(1)人工挖孔法因其造价低、工艺简单,应用相当广泛,如工程A,虽然主要施工方法是冲击成孔,但浅层孤石采用人工挖孔处理,有效地清除了孤石障碍,可以在其他工程推广应用。人工挖孔的技术关键在于确保进孔操作者的人身安全,因而对付深层孤石时不可采用。如某工程,在50多米深度遇孤石,虽然施打了钢护筒,并加了内三角支撑,但仍发生翻砂,安全无法保证。(2)实践证明,利用爆破技术预碎孤石、岩石的方法是有效的。当其他方法无效时更显其作用。爆破技术在桥梁桩基工程中已大量使用,在民用建筑物桩基施工中使用较少,但基本原理相同。主要问题是民用建筑物一般基桩间距较小,如果每桩单独处理,会对邻桩产生影响,且难以控制用药量。建议对于大范围的孤石群统一进行处理。如工程B,每桩单独处理,爆破后发现少数相邻桩被连通,即本桩在浇灌砼时,邻近正在成孔的桩会冒浆,浆液起初为泥浆,后为水泥浆。另外,桩的充盈系数普遍较大(有些是因为遇探头石偏位扩孔),一般为1.6～2.2,最大达到5.2。4特性及发展方向(1)钻(冲)孔灌注桩被广泛应用于各类工程,尤其是大直径桩,已成为高层建筑、大型桥梁、港口码头等结构物的主要基础形式。本文中所列举的几个工程实例,在软土地基遇孤石时,钻(冲)孔桩更为首选。(2)针对不同地质条件,采用多种施工工艺,能有效地解决问题。如钻孔、冲孔相结合,冲孔和人工挖孔配合使用,适当采用爆破技术等。(