碎石桩在软土地基加固处理中的应用

摘要:碎石桩法是指在地基中设置由碎石组成的竖向桩体,设置碎石桩后桩体与桩间土形成复合地基,碎石桩对地基土起置换作用,以提高地基承载力和减少沉降,从而达到地基处理的目的。文章结合工程实际情况,介绍了碎石桩在软土地基加固处理中应用及锤击法碎石桩施工工艺。

关键词:软土地基;排土法碎石桩;复合地基土承载力

中图分类号:TV74文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)33-0132-02

柳州市某房地产开发公司拟建的一栋商住楼,楼高七层,占地面积40.50×12.0m2,基础采用独立柱基础和条形基础(浅基础),砖混结构,该商住楼基础持力层为第③层可塑状粉质黏土,其承载力特征值fak=180kPa(设计值);由柳州市城市规划设计研究院设计,广西水文地质工程地质勘察院提供的《岩土工程详细勘察报告》。但该商住楼西段原为地势低洼的鱼塘,后经人工回填,结构松散,该回填土平均厚度为3.0～5.0 m,最大厚度约7.0 m;该楼基础持力层埋深在4.0～5.0m,但局部最大埋深达17m。为了节约工程成本,缩短工期,业主召集设计、勘察、施工等单位进行研讨,提出如下两种方案:(1)大开挖基础,即采用土方施工机械进行挖掘至基础持力层,对于局部持力层埋深大的范围,采用钢筋混凝土结构(大开挖至5.0m后),采用钢筋混凝土或毛石混凝土回填至地面。但由于该拟建商住楼西面、南面距既有建筑物较近,加上地表水水位浅,其边坡自稳定性差,基坑大开挖坑壁极易坍塌,因此在基础大开挖前,必须采取基坑支护结构。(2)对原鱼塘范围内的基础底部以下、持力层以上的软弱地基土进行加固处理,使其承载力特征值fak≥180kPa,以满足设计要求。经综合考虑工程造价和工期等因素,业主决定选择第二种方案。我公司受业主委托,承担了该楼软土地基加固处理施工任务。

我院2008年9月10日进场,采用碎石桩对该软土地基进行加固处理,受停水停电影响,10月15日完工,共完成碎石桩450根,桩孔累计进尺3024.20m,总的理论灌注量301.65m3,实际灌注量588m3。经检测,碎石桩桩体承载力特征值fpk=400kPa,处理后桩间土承载力特征值fsk=180kPa,加固后形成的复合地基土承载力特征值fspk=195.6kPa,满足设计及规范要求。

一、工程概况

(一)施工场地基本情况

施工场地基本平整,但场地内堆放有较多建筑材料,且地下障碍物如旧基础等较多,给施工带来较大困难;施工场地南面12.50m处为一幢七层居民楼,西面12.00m处为一幢七层居民楼,与既有建筑物距离较近。

(二)场地工程地质条件

1.地形地貌。施工场地宏观地貌属柳江河二级阶地,地形呈北高南低,B栋的西南角原为积水鱼塘,因建房平整回填后,场地相对平坦。

2.岩土工程地质特征。根据工程地质勘察资料,场地内各岩土层由上而下依次分述如下:

第①层杂填土(Qml):灰～灰黑色,主要由黏土、煤灰、煤渣、片石、砖块等建筑垃圾组成,结构松散。该层可分为上下两个亚层:上部主要由混凝土地板、煤渣、片石、砖块及粘土组成,呈软塑状,层厚1.0～2.0m;下部主要由煤灰、淤泥、淤泥质黏土组成,呈流塑—软塑状,富含有机质土,具腥臭味;层厚0.80～7.00m,厚度变化较大,堆填时间约5～8年,未完成自重固结,该亚层主要分布在原鱼塘范围内,其标准贯入试验实测锤击数为1～2击,其承载力特征值fak=60～80kPa。

第②层软塑状粉质黏土(Qal):灰黄、灰绿色,土质均匀,土体饱水、呈软塑状,岩芯变形,无摇振反应,干强度及韧性低。该层顶面埋深7.00m,揭露厚度2.00m。该层标准贯入试验实测锤击数为5击,其承载力特征值fak=130kPa。

第③层可塑状粉质黏土(Qal):棕黄、灰黄色,呈可塑状,局部呈硬塑状;土体结构较致密,土质均匀,切口粗糙,手搓具轻微砂感,粉粒含量自上而下渐高,韧性及干强度中等,无摇振反应。顶面埋深0.80～9.00m,揭露厚度5.00～11.60m。该土层压缩系数(a1-2)为0.31～0.24MPa-1,平均值为0.28MPa-1,属中压缩性土,标准贯入试验实测锤击数为6～15击,其承载力特征值fak=180kPa。

3.场地内水文地质条件。该场地内地下水主要为上层滞水,地下水初见水位埋深为0.5～1.0m,稳定水位埋深为1.20～1.50m,属上层滞水,水量小,主要接受大气降水和地表排污水的入渗补给。该地下水的水质类型为HCO-3 __Na+型,其pH值为8.40,对混凝土结构无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

二、碎石桩加固机理与桩间距、置换率等技术参数的确定

(一)碎石桩加固机理

碎石桩加固机理:本工程软土地基加固拟采用排土法碎石桩,即通过成桩机械将不良地基土强制排出,并采用碎石进行置换,而对桩间土挤密效果不明显,在地基中形成具有密实度高、直径大的碎石桩体,它与原地基土构成复合地基,共同承担上部荷载。

(二)桩间距、置换率等技术参数的确定

1.根据加固处理后复合地基承载力特征值fspk=180kPa要求,结合以往施工经验,预计桩体承载力fpk=450kPa,参照振冲桩公式fspk=mfpk+(1-m)fsk 和m=d2/de2确定置换率。式中fspk—振冲桩复合地基承载力特征值(kPa);fpk—桩体承载力特证值(kPa);fsk—处理后桩间土承载力特征值(kPa),取天然地基承载力特征值,fsk=60kPa;m—桩土面积置换率;d—桩身平均直径(m),取0.50m;de—单桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)。经计算,m=30.8%,de=0.90m。

2.按等边三角形布桩,则桩间距s按公式de=1.05s计算得,s=0.95m。

三、碎石桩的施工技术

(一)加固范围的确定

根据有关规范要求,碎石桩加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础类型进行确定,本工程采用独立和条形基础,因此加固范围为基础外缘扩大1排。

(二)桩位布置与确定

桩位布置:因本工程基础采用独立和条形基础,故采用等腰三角形布置;桩位确定:根据甲方提供的拟建建筑物四个角点及各轴线位置,采用经纬仪和钢卷尺测放各轴线,采用钢卷尺测量放桩位,桩位测量允许偏差2cm。

(三)施工顺序

因该施工场地距既有建筑物较近,结合本工程实际情况,碎石桩施工顺序采用背离既有建筑物方向进行施工。

(四)加固深度

碎石桩加固深度:桩端进入持力层1.0m以上且桩长不小于4.0m。

(五)成孔技术

1.钻机就位安装:钻机就位安装时,保持取土器和沉管垂直于地面,对准桩位,桩位允许偏差控制在5cm范围内,设备安装水平、稳固、周正,并保证施工中不发生移位。

2.成孔方法:由于施工场地内上层滞水水位高、回填土厚度大,为确保成孔质量,采用冲击取土、跟管钻进方法成孔,桩孔直径不小于Φ500mm。

3.成孔深度:根据工程地质勘察资料,桩端进入持力层1m以上,并保证桩长不小于4m。施工过程中,桩端进入持力层后,由乙方通知勘察单位对取上岩(土)样进行现场鉴别与确认,确保桩端进入持力层深度满足设计要求。

4.成孔质量检查验收:桩孔深度满足设计要求后,由现场工程技术人员对桩孔直径、深度、桩端进入持力层深度、垂直度等检查验收,其中桩孔垂直度允许偏差小于1%。

(六)成桩技术

1.碎石挤密桩成桩材料:采用柳州市楼梯山采石场生产的2～4cm的碎石,含石粉或泥量≤5%。

2.碎石挤密桩成桩方法:采用自下而上、分层夯实成桩的方法进行。为确保桩身碎石密实,每填充厚30～50cm 的碎石,用夯锤(500㎏)、落距5～8m进行夯实,锤击数8～12击。为确保桩身碎石桩不受桩外淤泥等杂质浸染,当下一桩段碎石夯实好后,在钢护壁管内再加碎石夯实0.8～1.0m方能将管往上拔0.5m,后进行上一段桩孔碎石的夯实,采用连续加料锤击夯实;当贯入碎石夯实成桩的高度超过钢护壁管的长度时,往管内再加入0.5m碎石后方能拆卸护壁管。同时在桩顶加夯实0.5～1.0m的碎石,防止因拔管造成密实碎石桩松动和缩径。

(七)施工注意事项

1.为保证桩位的准确性,测量定孔位时应按有关规范要求进行,严格控制其允许偏差;同时在安装和施工过程中发现钻机移位或偏差时,应及时纠正。

2.保证桩孔的垂直度,在安装和施工过程中经常检查钻机是否水平、周正;沉管时应校正是否垂直,严格控制桩孔垂直度偏差。

3.桩端应进入持力层1.0m以上并保证桩长不小于4.0m,如遇桩端持力层岩性无法判别时,应及时通知勘察单位对其现场鉴别与确认。终孔验收时,应检查桩端入岩深度和桩长是否满足设计要求;桩孔深度在满足桩长和入岩要求同时应尽可能少地破坏原状地基土。

4.在碎石夯实成桩过程中,应采取分层夯实,通常情况每次灌入30～50cm碎石,夯击8～10锤;特殊情况下,每层最多灌入不得超过100cm,同时增加夯实锤击数。

5.在碎石夯实成桩过程中,应尽量保持夯实成桩的连续性。

6.夯实成桩过程中,套管内的碎石料应保持一定的高度;同时每段成桩不要过大,如发生排碎石不畅时可适当加大拔管高度。

7.为确保桩顶桩身强度和因拔出沉管造成桩身松动或缩径,应超灌一定高度的碎石。

8.碎石桩施工前期,应根据施工设计要求进行试桩,对设计技术参数进行验证,并应根据试验结果及时调整设计参数,如桩间距增加或减少,以满足设计和经济合理性的要求。

9.碎石桩施工过程中,还应适当抽检,并应根据抽检结果及时调整施工技术或设计参数。

10.当桩身缩径造成碎石灌入量未能达到设计灌入量时,应在该桩附近补1根桩。

四、碎石桩加固效果检测

据检测单位提供的检测报告,碎石挤密桩加固效果检测桩身采用重型圆锥动力触探原位测试手段进行,检测结果:碎石桩桩体承载力特征值fpk=400kPa;桩间土采用标贯、重型圆锥动力触探等原位测试手段进行,检测结果:承载力特征值fsk=180kPa。加固处理后形成的复合地基承载力大幅度提高,其承载力特征值fspk=195.6kPa,满足设计要求。

五、施工体会

1.排土法碎石桩加固施工工艺简单,操作方便,工程成本低;但施工工期稍长些。若采用振冲挤密法碎石桩,可适当缩短工期。

2.碎石桩在软弱地基土加固处理中的加固效果明显,由碎石桩及其周围的土体共同承担上部建筑物的载荷,但必须做好褥垫层。

参考文献

[1]叶观宝著.地基加固新技术(第二版)[M].2002.

作者简介:陈万鸿(1968- ),广西贵港人,广西水文地质工程地质勘察院工程师,研究方向:钻孔灌注桩、软土地基加固、深基坑支护等施工技术与管理。