黄 磊,华金亮,魏光付
(中建一局集团第二建筑有限公司,北京 102600)
栖霞区合班村257号(三毛厂)地块中学项目位于南京市栖霞区北苑西路与熙湲路交叉口,项目规划用地约4.50万m2,地下1层,地上5层,框架结构,建筑高度约22m,总建筑面积约5.48万m2,项目建成后可容纳1 800名学生和133名教职工。
工程桩为直径700mm的端承桩,桩长20~30m,工程桩总计352根,其中部分桩基位于坳沟范围(见图1),共计103根,坳沟范围内距地表13~20m存在较厚的可~软塑淤泥质土层,桩长22.15~35.00m,入持力层深度为⑤2a层8.5m或⑤2层1.05m。⑤2a中风化闪长岩为灰黄色~棕灰色,以软岩~较软岩为主,夹较硬岩,碎裂状结构,裂隙面充填有风化岩屑,岩体极破碎~破碎,岩体基本质量等级分类为Ⅴ级。层顶埋深8.0~31.1m,层厚0.9~9.1m。⑤2中风化闪长岩为棕灰~青灰色,以较软岩~较硬岩主,夹软岩,裂隙块状结构、裂隙面充填有风化岩屑,岩体较完整,局部较破碎,岩体基本质量等级主要为Ⅲ~Ⅳ级。层顶埋深9.9~35.8m,层厚0.8~8.3m。
图1 坳沟桩基范围
南京市地下水位一般在7—8月份处于最高,一般在旱季12月份至翌年3月份出现最低水位。野外勘探时间为2018年4—5月,期间在钻孔中量测的地下水初见水位埋深在地面以下1.00~4.10m,高程为20.740~23.480m(吴淞高程系),稳定水位埋深在地面以下 1.20~4.30m,高程为20.540~23.280m,水位变化与地形起伏基本一致。
潜水补给来源主要为生活用水和大气降水,以侧向径流和蒸发为主要排泄方式,水位受季节性变化影响,年变化幅度在0.5~1.0m。
1)①2a淤泥、淤泥质填土 灰黑色,流塑,含少量腐殖物,有腐臭味,为填塘底部填积物,层顶埋深6.1m,层厚2.0m。
2)②1粉质黏土 灰黄~黄灰色,可塑,切面稍有光泽,韧性、干强度中等,层顶埋深2.8~8.9m,层厚0.6~6.3m。
3)②2粉质黏土 黄灰~灰色,可~软塑,部分地段含较多粉粒,略显低塑性,韧性、干强度中等偏低,层顶埋深6.2~13.7m,层厚0.5~5.5m。
4)土层室内岩土试验主要指标如表1所示。
表1 土层室内岩土试验主要指标
泥浆护壁成孔工艺存在淤泥质土“护不住”,不能解决塌孔问题,同时入岩深度较深,长螺旋钻孔工效太低,难以入岩。全护筒施工工艺由于持力层岩面和淤泥质土层底埋深不均,护筒长度难以确定,每根桩定制钢护筒成本较高且工效低,同时长度超过12m的长护筒,极易出现烂桩头、桩身完整性不足、断桩、充盈系数过大等质量问题,因此全护筒施工工艺同样被否决。综合对比成孔施工工艺后,考虑采用三轴深层搅拌桩进行土体改良。
坳沟范围工程桩主要施工难点在于深层孔段坍塌,主要是因为土层中所含的可~软塑土层,且埋深处于13~20m,针对该复杂地质条件,采用850mm三轴深层搅拌桩将工程桩周围土体的土层部分固化为水泥土,可有效遏制可~软塑土层对钻进过程中造成的影响。
1)固化深度须确保完全穿过软弱土层 因本工程并非每根桩都布置勘探孔,三轴深层搅拌桩施工又无法获取土、岩样。为确保三轴深层搅拌桩对土体的有效加固,可利用三轴深层搅拌桩钻进过程中遇③粉质黏土层时钻进吃力,电流瞬间飙升,甚至无法继续钻进的特性确定当前加固深度已经到达黄土,加固范围应已足够,以此判断加固长度,现场分别计量各搅拌桩桩长值,由施工、地质勘察、监理、建设、审计等参建各方共同确认。
以水泥辅以三乙醇胺等早强剂作为固化材料,使工程桩周边土体充分搅拌后得到固化,三轴深层搅拌桩设计如图2所示。
图2 三轴深层搅拌桩设计
3)实际实施的过程中,应充分重视水泥土的龄期需求,工程桩的施工不得过早介入,待水泥土具备一定强度后,即搅拌桩施工需达到15d后方可进行旋挖作业。
1)结合土层地质情况,试桩确定水泥掺量。
2)编制施工方案并报监理和业主审批,审批完成后方可实施。
3)水泥等原材料按要求(散装水泥每500t,袋装水泥每200t)进行抽样送检,原材复试合格后方可投入使用。
4)三轴搅拌桩机等机械按地方要求进行检测、备案。
由现场施工管理人员、测量人员和桩机班长统一指挥桩机就位,桩机下铺设路基板及钢板,移动前看清四周各位置的情况,发现有障碍物应及时清除,移动结束后检查定位情况,桩位偏差≤50mm。桩机就位后应平稳、平正,通过经纬仪或线锤进行观测复核,确保钻机的垂直度精度不低于1/100。
开钻前对拌浆工作人员做好交底工作,在施工现场配备计算机计量的自动搅拌系统和散装水泥罐,以确保浆液质量的稳定,配制过程中总包管理人员、监理和审计人员全程监督。水泥掺量不小于25%,水泥浆液的水灰比为1.5~2.0,即搅拌土体中水泥掺入量至少为360kg/m3(被搅拌土体密度以1 800kg/m3计)。
水泥浆配制好后,停滞时间不得超过2h,故超过2h的拌制浆液应作废浆处理,严禁使用。为确保搅拌桩间充分咬合,搭接施工的相邻两幅搅拌桩施工间隔不得超过12h。注浆时,通过2台注浆泵的2条管路同Y形接头,在H口进行混合,注浆压力为1.5~2.5MPa,注浆泵注浆流量为80~120L/min。
根据现场土质条件,三轴水泥搅拌桩采用两喷两搅的施工工艺,水泥和原状土须均匀搅拌,在下沉和提升过程中,均需注浆搅拌,喷浆搅拌时严格控制下沉和提升速度,下沉速度一般为0.8m/min,提升速度为1.2m/min,为确保桩底质量,在桩底部分宜重复搅拌注浆。
三轴搅拌机在下钻时,注浆的水泥用量占总数的70%~80%,而提升时为20%~30%。按照规范标准均匀、连续注入拌制好的水泥浆液,钻杆提升完毕时,设计水泥浆液全部注完。
施工完1根桩后,桩机移位至下1根桩位,重复以上步骤,进行下幅搅拌桩施工。
1)施工过程中,如遇到停电或特殊情况造成停机导致成桩工艺中断时,均应将搅拌机下降至停浆点以下0.5m处,待恢复供浆时再喷浆钻搅,以防止出现不连续桩体。如因故停机时间较长,宜先拆卸输浆管路并清洗,以防止浆液硬结堵管。
2)根据本工程地质情况,在碰到地下障碍物时,宜与建设单位、设计单位、监理协商,确定解决办法。
3)发现管道堵塞应立即停泵处理。待处理结束后,立即把搅拌钻具上提和下沉1.0m后方能继续注浆,等10~20s恢复向上提升搅拌,以防断桩发生。
项目结合三轴搅拌桩土体改良达到护壁条件,整个施工过程较为顺利,桩基静载荷试验和完整性检测全部合格。
针对淤泥质层较厚且层顶埋深超过12m的地质条件,且入岩深度较深时,采用三轴深层搅拌桩土体加固,虽然造价偏高,但可有效解决塌孔、桩身完整性不足、断桩、混凝土充盈系数大等问题,在工期和质量方面均有所保障,同时确保整个基础结构的安全性。