浅谈“水气混合射流”法在高层建筑中的应用

浅谈“水气混合射流”法在高层建筑中的应用地质情况：某高层建筑采用静压桩基础，设计总桩数为1791根，其中抗压桩设计为预应力高强混凝土管桩，桩径为500㎜，壁厚为125㎜，单桩竖向极限承载力为5130KN，设计桩端持力层为散体状强风化花岗岩层，桩长均为40～46m。该工程地质较为复杂，施工难度较大。根据地质勘察报告，本工程地基岩土自上而下依次为：=1\*GB3①杂填土，=2\*GB3②粉砂、粉质粘土，=3\*GB3③粗砂层,=4\*GB3④砾砂层,厚度1.60～7.80m，=5\*GB3⑤残积砂质粘性土层,=6\*GB3⑥全风化花岗岩,=7\*GB3⑦散体状强风化花岗岩层，厚度2.05～25.90m，=8\*GB3⑧碎块状强风化花岗岩层，=9\*GB3⑨中风化花岗岩层。施工难点从地质勘察报告来看，因本工程设计桩端持力层为=7\*GB3⑦强风化花岗岩，需穿透=4\*GB3④砾砂层和=5\*GB3⑤残积砂质粘性土层。本工程=4\*GB3④砾砂层厚度为1.60～7.80米，平均厚度约在4米～5米左右，呈密实状态，含有数量不等的卵石，并可能存在硬夹层，对静压预制桩的沉桩会造成困难。=4\*GB3④砾砂层和=5\*GB3⑤残积砂质粘性土层中存在大小不一的孤石，对沉桩十分不利，易产生爆桩或异常桩。本工程设有一层地下室，需送桩6m左右，配桩十分重要，如果压桩穿不透=4\*GB3④砾砂层形成异常桩造成浪费管桩影响造价，穿透了=4\*GB3④砾砂层无法接桩，有效桩长过短，终桩压力低，满足不了设计要求。本工程处于闹市区，场地距离周围建筑物及道路仅为13～25m，在如此密集的建筑群中建造高层建筑，桩基又十分密集，挤土效应对邻近已施工桩及周围建筑物均有一定明显影响。试桩及遇到的问题：工程开工后，分别采用普通静压法、引孔辅助静压沉桩法、锤击沉桩法进行试桩，均无法穿透=4\*GB3④砾砂层到达设计持力层。具体情况如下：普通静压法采用YZY660型全液压静力压桩机（以下如无特殊说明简称为“静压机”）压桩，最大压桩力为5960KN，油表压力换算单缸1MPa=123KN,双缸1MPa=284KN。以下压力表示均由压力表读出的油压值换算而成。试桩选取873#桩进行试桩，该桩处于ZK8孔附近，地质报告揭示=4\*GB3④砾砂层深度为21.00～24.90m，厚度为3.90m,标贯击数N=18，呈中密～密实状态。873#桩入土24.00m时，压力达到桩极限承载力5130KN仍无法压入，后强行压至5254KN仍无法压下而停止压桩，未达到设计要求的持力层深度。原因分析《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）第7.4.9条规定：静力压桩适用于软弱土层，当存在厚度大于2m的中密以上砂夹层时，不宜采用静力压桩。普通静压法适用于软土地基，虽本工程采用较大吨位静压桩机，最大压桩力比以前提高，但如果地基中有砂石硬夹层，因砾砂层对沉桩阻力大，静压无法穿透砾砂层到达设计持力层。引孔辅助静压沉桩法试桩工程试桩为168#桩，该桩位于ZK10孔位附近，=4\*GB3④砾砂层深度为18.20～22.10m，厚度为3.90m,标贯击数N=21，呈中密～密实状态。168#桩引孔至28m后由静压进行沉桩，入土22.50m时，压力从4200KN降至862KN，复压压力不再上升后停止压桩。原因分析引孔的垂直度不易掌握，偏差较大，压桩时容易发生断桩爆桩事故。引孔完毕后，引孔作业与压桩作业应连续进行，必须在短时间内进行沉桩，间隔时间不宜过大，否则容易出现塌孔，施工的可能性、经济合理性及安全性无法满足本工程的要求。引孔过程中无法把较大的砾石排出地面，全部堆积在孔底，形成新的砾石层，静压桩无法穿透并到达持力层。锤击沉桩法试桩因本工程=4\*GB3④砾砂层厚度较大，击数较高，6.0T锤无法穿透=4\*GB3④砾砂层，根据工程地质情况及本地区机械施工条件选用8.0T锤。工程试桩为287#桩,位于ZK15附近，该孔=4\*GB3④砾砂层深度17.00～22.45m，厚度为5.45m,标贯击数N=20，岩性呈中密～密实，施工至26.00m时，桩身出现缝裂，并有混凝土脱落，至此沉桩结束。原因分析桩锤重量大，桩承受长时间的锤击，在反复的集中荷载下，桩身产生的疲劳应力引起桩头破坏，桩身上部出现横向缝裂，产生断裂。本工程桩距仅为1.50m。桩基十分密集，锤击中挤土十分明显，后沉基桩比先沉基桩入土深度愈来愈周边因大多数为简单结构的危房，房子振动厉害，且锤击沉桩施工中震动与燥声扰民，引起周围居民的抗议，最终建设单位花费大量费用与居民协商达成协议才恢复施工。水气混合射流法沉桩经设计单位建议，参考本地区其他高层建筑施工情况，专家参与认证后，本工程采用最新施工工艺“水气混合射流”法辅助静压沉桩。工作原理普通静压桩穿透厚度较大、标贯较高的砾砂层较为困难，严重甚至出现爆桩，在这种情况下，可配合水冲气举法进行沉桩，用水气混合射流管（以下无其他说明简称为“水气管”）伸入管桩（桩尖必须为开口型桩尖），到达砾砂层后输入高压水气混合射流（以下无其他说明简称为“高压水气”）进入管桩，使下面的砂砾石在水气压力下往上翻滚从桩顶排出，如此一边排出砂砾石一边静压机沉桩将桩穿透砾砂层，并继续沉桩至设计持力层。工程施工施工准备用吊车起吊水气管，将水气管分节吊入管桩内腔，连接送水气管，并检查各处接头严密程度。常规静压沉桩参考地质报告，穿透=4\*GB3④砾砂层到达=5\*GB3⑤残积砂质粘性土层为26.2m,则第一、二节桩配桩为14+14=28m，水气管为29m.=1\*GB3①杂填土～=3\*GB3③粗砂层不冲水气，仅靠静压机静压将第一、二节桩依次压入土中桩尖沉达至=4\*GB3④砾砂层的顶部。水气混合射流法辅助静压沉桩桩尖到达=4\*GB3④砾砂层，从桩顶向桩内腔插入水气管，并伸出桩尖外，先通过清水泵泵送高压水（本工程为1.20MPa），后通过空压机输送高压气（本工程为0.77MPa），高压水气流直接射到桩尖附近的砾砂层，被冲松散的砂砾石与高压水混合成砂石混合水，在水气压力下沿桩内腔自下而上从桩顶排出。同时吊车可向上提起水气管，通过冲击力来冲开难以冲开的硬土塞，如此反复数次一边冲水气举排出砂砾石一边静压缓慢将桩穿过=4\*GB3④砾砂层。复压桩尖穿过=4\*GB3④砾砂层后，停止冲水气，吊车将水气管吊出，采用单独静压法继续沉桩，起吊送桩器送桩沉至=7\*GB3⑦强风化花岗岩层，压力上升至设计的桩终压力值，桩端进入持力层深度符合设计要求，复压三次无明显沉降，至此沉桩完毕。注意事项起吊水气管时，必须检查吊车是否正常运转，检查吊环吊钩是否符合安全规定，水气管长达27～28m，易弯折，必须小心安全操作。冲水气时应仔细检查水气管各处接头，防止漏水漏气导致水（气）压损耗，防止水气管爆裂伤人。水气管需伸出桩尖外，起吊前可用木桩塞满桩尖，防止拖桩起吊时损坏水气管，起吊后在把木桩敲落。冲水（气）过程中吊车可吊住水气管并不断小幅上下移动，防止水气管卡在砂砾石中，并可向上提起水气管，通过冲击力冲开硬土塞。冲水气过程中应控制沉桩速率，绝对禁止为穿透砾砂层而强行压桩而造成爆桩。冲水气过程中会有砂砾石混合水冲在桩机上，桩机如怕水或进砂砾石的部位可用帆布或雨布遮盖或用帆布制造导向管将砂砾石混合水排出。冲水结束条件应根据压桩力变化、砂石混合水颜色及地勘报告进行判断，表现为压力骤减及砂石混合水颜色由浅黄色→深黄色→灰白色→灰黄色。因“水冲气举法”施工中会使现场产生大量积水，造成施工不便，应做好现场的排水工作。严格控制施工过程中的停歇时间，避免因停歇时间长摩擦力增加影响施工，造成沉桩困难，冲水气结束后应立即沉桩至设计持力层。冲水气排出的砂卵石，应及时运走，避免影响其他桩位施工。检测结果本工程用此工艺辅助沉桩1000多根，各楼设计终桩力不同，曾选择终桩力分别为4000KN和4200KN，以PHC-500-125-A管桩的单桩竖向