深圳市香蓮立交橋工程人工樁的成孔及靜載試驗(yàn)

1水下混凝土管道深圳香蓮橋項(xiàng)目包括一座主橋，長216.68米，寬28米。一座人行天橋，長70.885米，寬5.5米?；A(chǔ)為鉆(沖)孔灌注樁,共72根。其中Φ1000,30根;Φ1200,42根。設(shè)計樁長33～46.5m,C30水下混凝土。地質(zhì)勘察資料由深圳市建筑設(shè)計院勘察分院提供。在施工前進(jìn)行地質(zhì)試樁1根,樁徑Φ1000。試樁位置為孤石區(qū)。工程地質(zhì)情況:場區(qū)基底巖石為花崗巖,上部覆蓋28.73～45.60m的沉積層。沉積層上部為海邊的灘涂泥,最大厚度達(dá)6m以上,向海邊的坡度走勢陡,屬欠固結(jié)土層。第二層的淤泥層厚度達(dá)11.6～20.90m,屬流塑態(tài)易變形土體。均屬極軟弱土層,對鉆孔樁的施工極為不利。在淤泥、粘性土和殘積層中,分布有孤石和中風(fēng)化球狀體。從土層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析是上部軟弱,中、下部相變性大,穩(wěn)定性和連續(xù)性差,樁端所處的花崗巖層隨著深度的增加,其力學(xué)強(qiáng)度增大,礦物成分風(fēng)化程度減弱,軟化現(xiàn)象減輕。2重要的施工措施和計劃的制定，工程試驗(yàn)、重要的施工措施和計劃的制定2.1樁體及樁摩阻力比較該工程鉆試驗(yàn)樁1根,在孤石區(qū)采用沖孔樁機(jī)施鉆,共用了23個日歷天。進(jìn)行靜載試驗(yàn),于2000年1月18日完成試驗(yàn)樁的試驗(yàn)。有關(guān)數(shù)據(jù)見表1所示。1#試樁,由于處于孤石密集處,不但遇到孤石,還有探頭石,造成偏孔嚴(yán)重,糾偏的時間特別長,成孔時間23d,充盈系數(shù)1.49。通過試樁的成孔情況和混凝土灌注過程,以及對試驗(yàn)樁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)的結(jié)果,結(jié)合地質(zhì)勘察資料對各土層的分析評價如下:(1)塌孔情況比較嚴(yán)重,特別是對穿過欠固結(jié)的新吹填層和通過灘涂泥流塑層,采取加大泥漿比重,淺沖、回復(fù)的護(hù)壁方法,依然無法避免塌孔現(xiàn)象,試樁的混凝土充盈量比常規(guī)施工大很多。(2)樁孔遇孤石、探頭石,除了成孔時間特別長外,產(chǎn)生偏孔的糾偏處理難度更大。(3)靜荷載試驗(yàn)結(jié)果顯示:a.樁的摩阻力略小于勘察資料提供的摩阻力。經(jīng)初步分析,試驗(yàn)過程試驗(yàn)臺的下沉有可能使樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力;其次,表層軟土的擴(kuò)孔也增大摩阻力。b.樁端下臥層的強(qiáng)風(fēng)化巖層表面較為松散,試驗(yàn)過程中施加荷載到達(dá)7級以后沉降值明顯增大,雖然按設(shè)計的試驗(yàn)要求,豎直荷載取2R值進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)軌蚍€(wěn)定,但沉降量已超過規(guī)范的要求(R為設(shè)計荷載值)。2.2健全樁機(jī)設(shè)計針對以上試樁情況及場區(qū)土質(zhì)出現(xiàn)的特殊情況,有關(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行了多次的研討,制定了詳細(xì)方案,采取下列措施進(jìn)行控制。(1)加長鋼護(hù)筒措施。將鋼護(hù)筒直接穿過不穩(wěn)定土層和軟弱的淤泥層,進(jìn)入粘土層50cm,消除和減少塌孔現(xiàn)象。(2)采用超前鉆。對每一樁孔,在施打前先用小鉆探機(jī)對孔內(nèi)土質(zhì)進(jìn)行勘查,對已發(fā)現(xiàn)孤石的樁孔,采用提前做爆破處理,縮短造孔時間,滿足工期的需要。(3)選擇施工的樁機(jī)類型。采用沖鉆結(jié)合的方法,對沒有孤石的樁,采用回旋鉆機(jī)施鉆;對有孤石的樁孔,采用沖孔機(jī)施打。(4)按地質(zhì)勘察孔的不同位置不同土質(zhì)確定不同的樁長和不同樁的豎向荷載形式。按試樁結(jié)果在荷載取值上,以1.6R選取,加深進(jìn)入持力層的深度,并在施工中終孔控制采用雙控方式:a.控制樁尖進(jìn)入持力層深度(4倍樁直徑),b.控制進(jìn)入持力層時的鉆進(jìn)速度(每小時進(jìn)尺不大于50cm),以保持樁端持力,保證單樁豎向承載能力和沉降壓縮值。3其他樁孔破碎事件工程樁在施工難度上除了需克服不穩(wěn)定、欠固結(jié)的軟土外,在72根樁中就有43根樁遇到孤石和探頭石,占總樁數(shù)的59%,孤石最多達(dá)4層,最大厚度18.88m。由于地基土層的相變頻繁,層面坡度大,樁的成孔過程大多遇到孤石頭,探頭石頭,以及土層變化大而需要糾偏才能完成造孔,部分樁孔還需要采取回填固結(jié)后才能再造孔。塌孔現(xiàn)象非常嚴(yán)重,充盈系數(shù)平均達(dá)1.78,最大充盈系數(shù)竟達(dá)4.2。樁的造孔時間最長達(dá)61d(連續(xù)生產(chǎn)1454h)。造孔時間超過一個月以上的還有57#樁、42#樁、43#樁,造孔用的凈時間分別為893h、768h和861h。場地表土的塌陷也極為明顯,個別樁的塌陷影響范圍竟達(dá)到18m之多,如57#樁的塌陷使周圍已完成的6根樁的樁周土體都產(chǎn)生不同程度的拉裂,裂縫最大的就達(dá)7cm。在施工過程中,還出現(xiàn)樁在灌注混凝土?xí)r,周圍未完成的樁孔同時冒漿的現(xiàn)象(冒出的漿,起初為泥漿,后期為水泥漿)。成樁后在距樁周分別為1m、1.5m和2.5m處,以小鉆探機(jī)鉆探取樣,均取到大量水泥塊,主要為水泥砂漿,混凝土骨料極少,部分骨料量較多處均已夾泥。對孤石、探頭石的預(yù)先爆破處理,爆破炮眼的個數(shù)與深度均通過小鉆探所鉆的孤石厚度和硬度進(jìn)行分析定量,一般以一次一孔爆破,樁徑較大且孤石厚度大,硬度大的樁孔,采用一次三孔或一次二孔,深度按每米一個爆點(diǎn)的小劑量爆破法進(jìn)行。取得了一定的效果。處理孤石、探頭石費(fèi)時,機(jī)械損耗量也極大,但最困難的是偏孔的糾偏處理。該工程成樁偏孔需進(jìn)行糾偏成型的樁的數(shù)量比較多。糾偏方法除了常規(guī)的填片石外,對探頭石的傾斜糾偏還采取了在樁孔外施以小鉆,然后在樁孔外進(jìn)行小劑量爆破法排除探頭石,取得了較好的效果。由于樁孔遇到以上情況,相應(yīng)帶來了很多不利因素,比如糾偏過程鋼絲繩頻繁磨動鋼護(hù)筒而產(chǎn)生鋼絲繩割斷,鉆頭掉人孔內(nèi);又如糾偏填孔后成樁錘直接碰撞護(hù)筒而產(chǎn)生護(hù)筒中間斷裂脫節(jié);還如由于樁錘撞擊護(hù)筒嚴(yán)重而造成樁位偏移的現(xiàn)象等等。連鎖性的土體坍塌,樁混凝土擴(kuò)充量成倍增加等情況時有發(fā)生,同時也出現(xiàn)越晚施工的樁坍塌造成的擴(kuò)孔量越大,混凝土充盈系數(shù)越高的現(xiàn)象。4樁的質(zhì)量分析4.1無孤石群孔整個工程樁的成樁過程,可以說是“成孔困難,澆灌順利”,沒出現(xiàn)嚴(yán)重影響質(zhì)量的現(xiàn)象。(1)造孔時的泥漿采用濃漿,比重都控制在1.3以上。清孔采用正、反循環(huán)結(jié)合法,對無孤石區(qū)和層體相變較大的采用正循環(huán),減少塌孔;對孤石群區(qū),采用反循環(huán),終孔時的泥漿比重控制在1.12～1.24之間,符合設(shè)計和規(guī)范要求。(2)孔底沉渣厚度,在1cm至4cm之間。(3)樁灌注過程短,成樁快,對整樁成型的把握大。4.2樁身混凝土力學(xué)性能指標(biāo)試驗(yàn)方案該工程混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C30,采用金寧羊525#普硅水泥,配合比設(shè)計與實(shí)際生產(chǎn)控制見表2所示:(1)該工程樁混凝土均由攪拌站生產(chǎn),材料用量均通過電子秤計量,由混凝土攪拌運(yùn)輸車中轉(zhuǎn),孔口直接澆灌。因此,混凝土配合比的質(zhì)量保證程度高,澆灌量準(zhǔn)確,澆灌速度快。(2)從28d齡期的試件分析,樁身混凝土強(qiáng)度比較能夠保證,其試壓結(jié)果,強(qiáng)度均能達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求。除了強(qiáng)度符合要求外,穩(wěn)定性也好。深圳市質(zhì)監(jiān)站對樁工程混凝土試件的抽檢其結(jié)果也滿足設(shè)計和規(guī)范要求,平均強(qiáng)度為C42.6。(3)各種試驗(yàn)結(jié)果對照如下:a.全部樁基均作小應(yīng)變試驗(yàn),由深圳市工程質(zhì)量檢測中心負(fù)責(zé)試驗(yàn),結(jié)果為:I類樁60根,占82.47%;Ⅱ類樁12根,占17.53%;未曾出現(xiàn)三類樁和不合格樁。b.靜載試驗(yàn):工程樁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)5根,且都先經(jīng)過小應(yīng)變后再選取做靜荷載試驗(yàn),其中小應(yīng)變試驗(yàn)為Ⅰ類樁的3根,Ⅱ類樁的2根。靜荷載結(jié)果均滿足設(shè)計和規(guī)范要求,試驗(yàn)值均大于設(shè)計值。c.抽芯檢查4根樁,抽芯結(jié)果未發(fā)現(xiàn)樁身有任何質(zhì)量問題,平均強(qiáng)度試驗(yàn)值38.6,均大于設(shè)計要求。根據(jù)以上各種試驗(yàn)手段結(jié)果,可評價為優(yōu)良。5技術(shù)選擇、技術(shù)改革和效率5.1深護(hù)筒、基層壓縮和顆粒循環(huán)施工工藝與機(jī)械性能的適用與否是決定攻克難關(guān)成敗的關(guān)鍵。工程難關(guān)在于:(1)深護(hù)筒埋設(shè)的垂直度控制和樁位控制,常規(guī)方法有打入法和震入法。根據(jù)分析,由于軟基上部屬吹填土,其土質(zhì)不均勻,成分變異大,預(yù)計土質(zhì)不穩(wěn)定和阻礙物多,打入法埋設(shè)深護(hù)筒的垂直度控制比較困難,因此該工程選用震入法。震箱動力為600kN,通過實(shí)踐,以人工埋設(shè)2m長的外護(hù)筒的垂直導(dǎo)向,以護(hù)筒的1/3長度為輕震,2/3長度為重震,一次性成功率達(dá)90%以上,樁位偏移量最大值為4.2cm,深護(hù)筒下沉?xí)r的卷邊現(xiàn)象也較少,取得了明顯的效果。(2)泥漿循環(huán),該工程采用正、反循環(huán)結(jié)合使用,對不同的樁孔采用不同的排渣方法。對軟土層,采用正循環(huán)排渣法;遇孤石的樁孔,則視孤石不同的風(fēng)化程度分別對待,沖鉆結(jié)合,對風(fēng)化程度強(qiáng)的采用重錘錘打,反循環(huán)排渣,對風(fēng)化程度弱的,甚至不風(fēng)化的球狀體,則采用正循環(huán)排渣。經(jīng)對泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)的測試和終孔的沉渣測試,都得到明顯的效果。5.2沖鉆結(jié)合利用樁機(jī)經(jīng)過超前探明,樁位遇孤石率大,回旋鉆機(jī)鉆孤石進(jìn)尺慢,易偏孔,只依靠幾臺沖擊鉆機(jī)和1臺沖擊回旋復(fù)合鉆機(jī)已不能滿足工期的需要。因此大膽改裝樁機(jī),利用現(xiàn)有的回旋鉆機(jī)底座、支架體系,加裝主體卷扣機(jī),把回旋鉆改裝為沖鉆結(jié)合的兩用機(jī)。在上層軟土區(qū),以回旋鉆鉆進(jìn)到孤石層處,再換為沖擊鉆頭沖過孤石,均取得了很好的效果。除了增加機(jī)械的利用率外,也大大減少了移機(jī)、換機(jī)的人工、機(jī)械的損失和時間損失,也相應(yīng)減少了上層軟土的坍塌現(xiàn)象。6施工中的成效(1)樁基工程在遇到深厚軟弱土,特別是有欠固結(jié)土體、孤石和球狀體時,采用了加長鋼護(hù)筒,利用超前鉆探明樁孔情況,進(jìn)行小爆破,改裝樁機(jī)等手段。這些措施在確保質(zhì)量、保證進(jìn)度方面取得了一定的效果,也得到了有益的經(jīng)驗(yàn)。(2)利用爆破來處理孤石和球狀體,經(jīng)過該工程的實(shí)踐,是可行的。特別是對遇到探頭石,產(chǎn)生偏