复合载体夯扩桩处理软弱及溶洞地基

曹双其

0 引言

复合载体夯扩桩是采用细长锤夯击成孔,将护筒沉到设计标高后,细长锤将护筒底击出一定深度,分批向孔内投入填充料和干硬性混凝土,反复夯实、挤密,在桩端形成复合载体,然后放置钢筋笼,灌注混凝土桩身形成的一种桩。这种桩与其他同直径灌注桩比较,具有突出的优点:1)桩的承载性状好,单桩承载力较高,为相同桩长和桩径的灌注桩承载力的2.5倍以上;2)夯扩体采用碎砖、碎石、块石等价格十分低廉的建筑材料或建筑垃圾,故其造价低且有利于保护环境;3)在夯扩过程中填充料形成了良好的透水通道,使得夯扩体周围影响范围内土体快速固结,显著提高了土体强度也相应提高了桩的承载力;4)施工机械轻便,机动灵活,且夯扩体施工质量易控制。故复合载体夯扩桩近年来在全国各地,尤其是在地基处理方面得到了广泛运用。本文介绍了复合载体夯扩桩在实际工程中处理软弱及溶洞地基,可为其他类似工程提供参考。

1 工程概述

某中学5层钢筋混凝土框架结构教学楼,建筑面积约为7 000 m2。场地地质勘察结果如下:第①层为1.5 m～2.5 m人工填土;第②层为2 m～2.5 m耕植土;第③层为 2.5 m～3.5 m砖红色粉质黏土;第④层为2.7 m～3.3 m黄褐色粉质黏土,其中含有黑色铁质矿物(基础设计时选用此层为持力层);第④层以下为黄色砂土。场地局部在地下5 m～7 m范围内有软弱土层及小溶洞,勘察此处时没有岩芯或钻头突然下沉。详细勘察后发现软弱层及溶洞的规模均较小。经建设单位和设计单位详细论证后,决定采用长6 m～8 m、直径400 mm的复合载体夯扩桩对软弱层及溶洞进行处理。

2 复合载体夯扩桩施工工艺

2.1 复合载体夯扩桩基本概况

本工程复合载体夯扩桩的基本情况如下:

1)细长锤直径300 mm,长3 000 mm,重4 t;2)填充料采用碎石、黏土砖以及少量建筑垃圾;3)复合载体由0.5 m3干硬性混凝土填充料、挤密土体和影响土体组成,如图1所示。

2.2 施工工艺与三击贯入度

1)三通一平→2)放线定位→3)移机就位(保持护筒的垂直)→4)夯锤成孔→5)对护筒施压,使护筒底与锤底平齐→6)重复4)和5),将护筒沉到预定深度→7)提起夯锤,投入填充料(控制每次投入的量)→8)填充料夯实后,连续夯击三次,并测三击贯入度(三击总贯入度应满足设计要求,如果不满足设计要求,重复7)和8))→9)投入干硬性混凝土,并夯击(控制每次投入量)→10)放入钢筋笼并灌注混凝土桩身→11)拔出护筒并振捣混凝土。

2.3 施工要点

1)保持桩位的偏差在规范规定的范围内(≤150 mm);

2)护筒在就位及下沉的过程中要始终保持垂直;

3)确保填充料数量,夯击收锤时,锤击出护筒深度大于50 cm以上,以确保夯扩体有足够的厚度和横向尺寸;

4)夯锤的提升高度要满足相应要求;

5)三击贯入度不超过100 mm;

6)控制每次干硬性混凝土(C30)投入量,并确保干硬性混凝土填充料的总量不少于0.3 m3～1 m3;

7)确保钢筋笼加工质量,笼径不足,影响抗压和抗水平力;笼径过大,则容易在拔护筒过程中使钢筋笼上浮;

8)桩身混凝土的粗骨料的粒径为20 mm～40 mm;混凝土搅拌均匀;坍落度宜为60 mm～100 mm;为改善混凝土的性能,可添加外加剂;当桩不长时,桩身混凝土可一次灌满后拔出护筒,当桩较长时,宜分段灌注;混凝土顶面高出桩顶的余量,应按设计要求确定;上部桩身混凝土应该用振捣棒振捣,如果桩身较长,也可在护筒顶部设置振动器来振实混凝土;

9)采用合理的夯扩顺序,以确保相邻复合载体不会相互影响。本工程中,对所有桩进行编号,按编号的顺序进行桩的施工,能够保证在3 d内不会对一根桩有施工影响;

10)拔出护筒时,要注意匀速,防止钢筋笼偏位及桩身颈缩。

3 软弱土层及溶洞的处理方法

3.1 软弱土层的处理

经详细勘察,软弱土层的厚度为0.4 m～1.5 m。主要采用以下两种处理方法:

1)当软弱土层在较浅位置时,让桩身穿过软弱层,复合载体落在持力层上;

2)当软弱土层在较深位置时,让桩身穿过部分软弱层,通过多加填充料和干硬性混凝土扩大复合载体的尺寸,复合载体还是落在持力层上。处理方法如图2所示。

在该项目中有7根桩按方法一施工,共投入黏土砖约380块、干硬性混凝土约0.5 m3;有4根桩按方法二施工,共投入黏土砖800块～2 800块、干硬性混凝土0.8 m3～1.3 m3。

3.2 溶洞的处理

经详细勘察,在本场地内有两个小溶洞,溶洞深约1 m。处理方法:将护筒沉到一定位置后,用夯锤将溶洞击穿→将护筒下沉并穿过溶洞→投入填充料及干硬性混凝土→放入钢筋笼浇捣混凝土(护筒不拔出),如图3所示。

留在溶洞中的护筒相当于桩身的模板,使桩身混凝土成型,同时可以使桩身形成约束混凝土,提高桩身的承载力。本项目中共有两根桩采用此方法处理溶洞。

4 单桩完整性及承载力检测

桩浇筑完工三周后,根据JGJ/T 135-2001复合载体夯扩桩设计规程,采用低应变动测法对20%的桩进行了完整性检测,检测结果表明,所有桩基完整性较好,没有出现颈缩等明显缺陷。采用静荷载试验对3根桩进行了竖向承载力检测,3根桩最大加载为430 kN,总沉降量仅为十几毫米,回弹量为4 mm～5 mm,回弹率达30%～40%,说明该桩还未达到极限状态,仍处于弹塑性工作状态。

5 结语

处理软弱地基及小溶洞方法有很多,但复合载体夯扩桩是一种利用价格低廉的建筑材料或建筑垃圾等来处理软弱地基及溶洞,是一种施工方便、有效且经济的处理方法。本文提出的利用复合载体夯扩桩处理软弱地基及小溶洞的方法可为其他类似工程提供参考。

[1] 沈保汉.复合载体夯扩桩[J].施工技术,2002,31(2):51-58.

[2] 仇凯斌,介玉新,李广信,等.复合载体夯扩桩承载力性状有限元分析[J].工程力学,2002,19(3):90-94.

[3] JGJ/T 135-2001,复合载体夯扩桩设计规程[S].