在高层建筑基础施工中人工挖孔桩结合高压旋喷桩的应用

摘要:人工挖孔桩和高压旋喷桩是各具特点的基础施工方法,各有施工针对性和适用性。当高层建筑工程基础施工遇到复杂工程地质,如岩溶地质、地下水丰富状况,单一桩基形式无法满足施工要求。通过将人工挖孔桩和高压旋喷桩相结合,发挥各自优势,成功完成了复杂工程地质下的基础工程施工。岩溶地质作为一种危害较大的工程地质类型在岩溶地区工程建设中常会遇见,在岩溶地质条件下修建建筑物一般充分考虑岩溶发育程度和建筑物等级状况进行建筑规划优化设计,岩溶地区基础多采用浅基,以此将持力层设置在岩体上部性能较好的土层中,但在实际工程建设中,由于城市规划建设需要或受工程地质勘察遗漏等因素影响,高层建筑有时会坐落在岩溶发育区域上,而高层建筑桩基作为深基础形式在高层建筑中广泛应用,单一桩基形式在工程地质较好情况具有施工方便、设计简单、工艺成熟的优点,但在复杂工程地质如岩溶地质、地下水丰富状况下无法满足施工要求,更多需要应用复合桩基。一 、工程概况广州暨南花园高层建筑,地下一层地上28 层,设计基础采用人工挖孔桩,直径为112118 m。共61 根桩,设计为端承桩,桩平面布置,持力层为中风化基岩层。 灰黑色,含有少量砾石和腐植物,厚014110 m。 淤泥质土:黑色,软塑状,厚111310 m。 黏土:黄褐色,可塑、部分硬塑状,厚211412 m。 粉质黏土:黄褐色,含有少量砾石,可塑、部分硬塑状,厚119715m。 含砾粗砂:灰褐色,含有少量砾石,厚115315m。 角砾岩:砾石为灰色,主要成分为灰岩,泥沙质含量约10 % ,铁钙质胶结。灰岩:深灰、灰色,致密坚硬,隐晶结构,块状构造。 地下水位情况:该场地地下水主要为上层滞水和孔隙潜水,其来源为地表水和大气降水。 施工先开挖地下室土方至地下室底板下,预留桩位浇筑垫层,进行人工挖孔桩施工。11 月下旬开始孔桩工,正值江河枯水季节,6 号轴线以南孔桩粉土、砂层较薄,黏土层分布较厚,人工挖孔桩进展顺利。但 5 号轴线以北因粉土砂层分布较厚,地下水丰富,人工挖孔桩成孔过程中,由于土层受到扰动,粉土、细砂伴随水流涌出,水泵抽水常常将粉土、细砂抽出,经常把水泵烧坏,成孔非常困难,且护壁很难成型支护。因此 6 号轴线以南孔桩基本上在次年2 月份全部终孔,并浇筑完成孔桩。F 号轴线以北孔桩因施工困难、塌孔严重只完成6 个孔桩,还剩孔4H、5H、6H、7H、8H、4G、5G、6G、7G、8G八个孔桩未完成,其中3 个孔无法达到持力层,5 个孔还未开挖。至3 月份雨水增多,江河水位上涨,透水性良好的砂土层和砾砂层与河流水贯通,地下水愈加丰富。 经建设方、施工方、监理方、设计方会商后改机械钻孔桩成孔施工,但在施工孔7H 孔时发现该桩位以下有溶洞,并发生卡钻、夹钻、钻孔偏斜,漏浆塌孔事故,无法正常终孔。后经补充勘察,发现该地层情况于原报告有出入,在孔6H、7H、8H、6G、7G、8G孔在持力层岩层有局部溶洞出现。该地域基岩面起伏大,溶蚀强烈,溶洞、溶槽、溶沟、溶蚀裂隙极发育,厚度大。 二、岩溶探测形式选择 2.1.1 地质雷达探查该方法是一种有效的探查溶洞方法,但探查费用较高。 2.1.2 采用常规勘察钻钻探探查虽然也能探查地基中的溶洞,但要做到不遗漏,则钻孔密度要大,从而钻孔数量及总进尺相对较大。 由于钻探单价较高,所需勘测费用也较大。钻探机具进出场及孔间搬迁也比较费事。另外钻探机具基本无法安全吊放孔中,操作难度较大,因孔径较大,还可能需要封孔处理。 2.1.3 超前钻岩风钻探查超前钻虽然不能取芯,但在钻进过程中,钻在岩石、土和空洞中时有明显不同的钻进感觉,可以探查溶洞。 根据类似地层的施工经验,超前钻孔的深度一般可以达到10 m ,最深14 m。另外超前风钻机具轻便,进出场及孔间搬迁容易,钻孔单价较低,钻孔密度可以较大,钻进速度也较快。经过以上勘探方案比较,决定采用超前风钻勘察探测。 三、 桩端持力岩层安全厚度的确定岩溶区桩端持力岩层安全厚度( hf + h) 的影响因素众多,其中hf 为入岩最小深度,一般取015 m; h 为持力层最小厚度。目前我国现行各设计规范尚未对此有明确的规定。建筑桩基技术规范规定, 当存在软下卧层时,桩基以下硬持力层厚度一般不宜小于5 倍的桩径。通过多篇文献报道和工程实践证明,该计算过于保守。 本工程计算模型是将持力岩层视为一刚性底板, 其上作用一垂直荷载,此时底板可能出现冲切、剪切和弯拉破坏。根据溶洞顶板的冲切破坏可近似求算岩层持力层厚度。溶洞顶板内桩基冲切的计算简图见图2 ,这里按钢筋混凝土板受冲切构件公式计算持力层最小厚度h 。 KP = 01595f tdh ( h + d) (设应力扩散角 = 45)式中, f td为基岩的抗拉强度设计值, f td = 018 MPa ; K 为抗冲切安全系数(给定) ; P 为桩底处的竖向力; d 为桩基直径; h 为持力层最小厚度。依据上述公式验算即可求解持力层最小厚度,一般情况下桩端以下作为持力层的厚度大约为215310倍桩径。对于溶洞顶板厚度满足要求的孔桩,顶板可做持力层,可不作处理。如计算厚度不能满足要求,则要进一步进行处理。 四 、复合桩基设计采用挖孔桩结合高压旋喷桩复合桩基施工工艺。 4.1.1 人工挖孔桩结合外围高压旋喷桩在人工挖孔桩外围基岩上部进行高压旋喷桩施工,施工平面布置如图3 (孔桩孔径118 m) 。在基岩上部形成防渗高喷围护筒式墙,作为止水帷幕隔绝与地下水的联系,将坍塌量局限在一定范围,保证挖孔桩正常进行。 4.1.2 人工挖孔桩结合桩基高压旋喷桩用旋喷方法处理桩基下溶洞,施工平面布置见图4。在岩溶顶板以下的溶洞层段,以高压将水和水泥浆从喷嘴中喷射出来,冲击破坏溶洞内的后期充填物本论文由无忧论文网和弱胶结物,一些颗粒随冲洗液溢出地面,其余部分与浆液搅拌混合,有规律地重新排列与坚硬岩石骨架紧密胶结,充填密实形成密实的复合地基。 4.1.3 人工挖孔桩结合桩基高压旋喷桩加钢构件如经旋喷桩处理后的桩基不能满足设计要求,可在孔桩基础上等角布置三个钻孔,穿透溶洞入完整基岩,灌浆,置放钢轨或无缝钢管等钢构件,形成旋喷体加钢构件结合人工挖孔桩复合桩基,将完整基岩、旋喷体、人工挖孔桩连成一个整体,有效地将荷载传递给基岩,增加地基强度。其钢构件置放规格数量可通过下式计算钢构件的截面积: Ag ( FK - ARa )Pg 式中,Ag 为钢构件截面积; A 为旋喷体截面积; F 为设计荷载; K 为安全系数; Ra 为旋喷体单轴极限抗压强度;g 为钢构件设计强度。再由钢构件的截面积,可计算出构件的规格和数量。 五、施工步骤 1)先施工孔桩外围旋喷桩。孔桩上部外围旋喷桩开孔,钻孔,钻至基岩,将钻头换成喷浆喷头,插入孔内启动高压水泥浆泵,按规定提速喷浆形成旋喷体,相邻两孔间隔24 h 高压旋喷,最后形成封闭圆筒状防渗帷幕墙。 2) 人工挖孔桩施工。上部旋喷帷幕墙施工完成后,进行人工挖孔桩施工,按照人工挖孔桩操作规程挖至基岩面,再使用超前钻在基岩面等角三点布孔,钻孔,探明完整基岩层厚度。如厚度符合设计要求,则进行孔桩按设计要求入岩,终孔,封底,下放钢筋笼,浇筑桩芯混凝土。 3) 桩基高压旋喷桩施工。如孔桩基岩厚度不能满足设计要求,下卧有溶洞,则进行孔桩基础旋喷桩施工,先施工中心桩,全孔复喷两次,使孔桩直径增大。后施工外围基础旋喷桩,外围旋喷桩相邻两桩施工间隔时间为24 h。 4) 孔桩基础质量检测。待孔桩基础达到养护时间后,进行抽芯检测,如不能达到设计要求则采用钢构件加旋喷桩补强处理,如达到设计要求,则下放钢筋笼浇筑桩芯,完成基础施工。 六 、桩基质量检测 以抽芯和动测进行质量检测,评价测试基桩质量、混凝土强度、复合桩基础质量。抽芯检测和