復(fù)合載體夯擴(kuò)樁在高層工程中的應(yīng)用

    該工程原基礎(chǔ)（樁基部分）設(shè)計(jì)方案為人工成孔擴(kuò)底墩灌注樁，樁徑1200~1800不等，樁長(zhǎng)5800~6300，總數(shù)量304根。根據(jù)水文地質(zhì)報(bào)告，擴(kuò)大頭形成在水位線以下3.5米左右，在試樁過(guò)程中因水源較大無(wú)法施工，設(shè)計(jì)上大膽改用復(fù)合載體夯擴(kuò)樁樁基方案。這在國(guó)內(nèi)同等規(guī)模高層工程中尚屬首例，故設(shè)計(jì)前期作了試驗(yàn)樁18根，經(jīng)檢測(cè)單樁承載力達(dá)到1730KN，其它試驗(yàn)資料不詳。

    該基坑地質(zhì)報(bào)告顯示：③層卵石（因①、②層部分已挖掉）雜色稍密，成份為石英砂石、巖漿巖等，粒徑一般為2~6cm，最大超過(guò)10cm，呈亞圓形、圓形，分選性較差，卵石排列混亂，厚度300~400，承載力標(biāo)準(zhǔn)值f_k=350Kpa；④層卵石：雜色、濕、密度，卵石成份為石英砂巖、巖漿巖為主，粒徑一般在4~8cm，大者超過(guò)10cm，卵石含量在70%左右，磨圓度較好，呈亞圓形及圓形，卵石骨架結(jié)觸以園礫砂充填，本層未揭穿，最大揭穿厚度12.8米，承載力標(biāo)準(zhǔn)值f_k=900Kpa。

    從試驗(yàn)樁情況來(lái)看，在卵石層中進(jìn)行夯擴(kuò)，難度較大，樁身長(zhǎng)度較短，只有0.6~1.1米，為保證樁端（持力層）進(jìn)入第④層卵石上，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告要求用第②、③層砂卵石將局部低洼水坑找平后再將該層砂卵石置換。該層標(biāo)高為本工程的-12米~-14米處，屬地下水位上漲區(qū)域內(nèi)，故采用純粉煤灰代替夯擴(kuò)樁樁間土層（該處理方法再創(chuàng)國(guó)內(nèi)首例）。

    一、粉煤灰回填

    1、現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)

    回填用粉煤灰為熱電廠料場(chǎng)長(zhǎng)期存放的濕排粉煤灰，本次回填控制的主要技術(shù)參數(shù)為壓實(shí)系數(shù)。在大面積回填前進(jìn)行了局部的壓實(shí)試驗(yàn)，但反復(fù)壓實(shí)后環(huán)刀取樣，壓實(shí)系數(shù)卻很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)設(shè)計(jì)、勘察、施工、監(jiān)理各方論證分析后提出了“參考點(diǎn)”和“找平層”的設(shè)置。

    1.1參考點(diǎn)的設(shè)置

    由于濕排粉煤灰的顆粒分布均勻性差且局部含有少量爐渣，8rnm以上粗顆粒含量約為10％(重量比)，這就容易造成環(huán)刀取樣時(shí)土樣擾動(dòng)失真，與實(shí)驗(yàn)室擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果出入較大，經(jīng)各方研究后確定特設(shè)參考點(diǎn)，具體做法是：虛鋪完成后，在每個(gè)檢驗(yàn)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選一參考點(diǎn)，面積為2m×2m，參考點(diǎn)內(nèi)粉煤灰用網(wǎng)格為8mm×8mm的篩子進(jìn)行過(guò)篩，在確保同樣施工工藝的前提下，對(duì)參考點(diǎn)進(jìn)行環(huán)刀取樣檢驗(yàn)，每個(gè)參考點(diǎn)內(nèi)取3個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，若有2個(gè)或3個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)壓實(shí)系數(shù)滿足要求，則認(rèn)為該檢區(qū)域滿足設(shè)計(jì)要求。

    1.2找平層的設(shè)置

    下部砂卵層粗平后進(jìn)行粉煤灰回填的施工，第一層粉煤灰試驗(yàn)結(jié)果是：壓實(shí)系數(shù)的離散性較大，高的達(dá)到0.99，低的只有0.87，且低于0.93的占70％。又采用不同的壓實(shí)遍數(shù)，不同的含水率反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果仍不能滿足要求。經(jīng)分析認(rèn)為：砂卵墊層的整體承載力較高，但如果從局部細(xì)化到一定范圍后，會(huì)存在有硬有軟的現(xiàn)象，使上部粉煤灰在壓實(shí)過(guò)程中受力不均勻，且粉煤灰為散性材料，就更難成為均勻的整體，從而造成壓實(shí)系數(shù)偏低。鑒于以上分析，將原第一層粉煤灰（壓實(shí)后約25cm）作為找平層，按照最優(yōu)含水率，壓夠規(guī)定的遍數(shù)后即進(jìn)行第二層粉煤灰的施工。經(jīng)試驗(yàn)第二層粉煤灰不存在上述問(wèn)題。

    2、施工工藝

    2.1虛鋪厚度

    采用90型推土機(jī)鋪墊與整平粉煤滅，每層鋪墊厚度250mm～300mm，現(xiàn)場(chǎng)配備測(cè)量人員控制標(biāo)高，高差控制在±5cm以內(nèi)�；�坑周圍機(jī)械不能到的地方，人工鋪設(shè)厚度300mm～350mm。

    2.2碾壓遍數(shù)

    粉煤灰碾壓應(yīng)遵循先輕后重的原則，經(jīng)試驗(yàn)確定采用YZl6型振動(dòng)壓路機(jī)，先靜壓交叉各2遍，再振壓交叉各6遍，最后再靜壓交叉各2遍。

    壓輪重疊300rmn，壓路機(jī)碾壓的行駛速度應(yīng)控制在每分鐘30米以內(nèi)。當(dāng)試驗(yàn)時(shí)壓輪重疊400mm~600mm，行使速度每分鐘50米，碾壓規(guī)定的遍數(shù)后取樣，壓實(shí)系數(shù)多數(shù)達(dá)不到要求。在施工時(shí)應(yīng)有專人控制壓實(shí)遍數(shù)，壓輪重疊寬度和壓路機(jī)的行駛速度。

    2.3含水量

    粉煤灰為散狀材料，透水性較好，最優(yōu)含水量隨材質(zhì)的均勻性變化較大。在施工過(guò)程中，對(duì)料廠不同位置不同時(shí)期的4種粉煤灰分別進(jìn)行了3組擊實(shí)試驗(yàn)，4種粉煤灰的最優(yōu)含水量及最大干重度平均值見(jiàn)表1。

 

    表1       最大干重度及最優(yōu)含水量采用值（平均值）

 

    由表一可以發(fā)現(xiàn)粉煤灰隨材質(zhì)均勻性的不同最大干重度和最優(yōu)含水量變化較大．最優(yōu)含水量隨最大干重度的增加而降低。經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)的705個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析說(shuō)明，其壓實(shí)密度隨含水量的變化而變化，當(dāng)含水量為最佳時(shí)，可達(dá)到最大壓實(shí)密度，超過(guò)時(shí)壓實(shí)密度又趨于下降，現(xiàn)場(chǎng)含水量的最佳值應(yīng)為擊實(shí)試驗(yàn)的最優(yōu)含水量加3%。

    2.4邊坡施工

    粉煤灰墊層的三面緊臨基坑邊，北面為基坑內(nèi)二期工程的場(chǎng)地，為保持邊坡穩(wěn)定和防止粉煤灰流失，邊坡采用石灰和粉煤灰按2：8的比例混合后回填，回填寬度10米，1：2放坡，與粉煤灰同步分層回填壓實(shí)．壓實(shí)系數(shù)0.93。

    3、施工注意事項(xiàng)

    3.1鋪設(shè)時(shí)要邊灑水邊鋪設(shè)．灑水要均勻，壓路機(jī)碾壓前粉煤灰的含水量應(yīng)不低于最優(yōu)含水量。灑水后在正常氣溫下應(yīng)在2--4小時(shí)內(nèi)碾壓，否則需重新灑水。

    3.2取樣點(diǎn)應(yīng)控制在該層厚度的2/3處，因粉煤灰每層上部100mm～130mm處容易擾動(dòng)，造成土樣失真。

    3.3每層試驗(yàn)合格后，要盡快鋪設(shè)上一層灰，最后一層施工完可用素土填20cm壓實(shí)后覆蓋，粉煤灰自然堆放因干燥而表面膨脹，龜裂造成承載力降低和環(huán)境污染。

    3.4參考點(diǎn)的位置應(yīng)在試驗(yàn)分區(qū)內(nèi)分散開(kāi)隨機(jī)布置。因大面積的粉煤灰是用推土機(jī)鋪設(shè)的，而參考點(diǎn)內(nèi)的粉煤灰是人工鋪設(shè)，所以要求參考點(diǎn)內(nèi)粉煤灰應(yīng)高出周圍100mm~150mm , 然后同部碾壓．以免參考點(diǎn)不能充分壓實(shí)。

    3.5在非參考點(diǎn)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)取樣39個(gè)點(diǎn)，壓實(shí)系數(shù)達(dá)到0.93的點(diǎn)為19個(gè)，約占50％．試樣不合格的主要原因是粉煤灰含有少量爐渣，均勻性較差，在環(huán)刀取樣時(shí)造成土樣擾動(dòng)失真，所以在施工時(shí)應(yīng)盡量選用純度高、均勻性好的粉煤灰。

    4、靜載試驗(yàn)

    整個(gè)基坑回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)編號(hào)為S1～S6。在S4點(diǎn)試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求的180Kpa后在其點(diǎn)又逐步加大試驗(yàn)荷載，加荷分級(jí)情況見(jiàn)表2。由試驗(yàn)產(chǎn)生的P—S曲線可判斷：6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)加荷達(dá)最大加荷量時(shí)，均未達(dá)到極限荷載。依據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)的相對(duì)變形及最大加荷量等參數(shù)，綜合判定粉煤灰墊層地基承載力基本值見(jiàn)表3。

 

    表2            粉煤灰墊層靜載試驗(yàn)加荷分級(jí)表            

表3          粉煤灰墊層靜載試驗(yàn)綜合結(jié)果表                   

 

    通過(guò)靜載試驗(yàn)可以確定，粉煤灰墊層回填施工的施工工藝和施工控制是合理的，粉煤灰承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于180Kpa，滿足設(shè)計(jì)要求。

    二、夯擴(kuò)樁施工

    1、設(shè)計(jì)要求：樁徑?=450mm，樁長(zhǎng)2.9米，主筋配6Ф12螺旋箍筋?8＠200，砼強(qiáng)度等級(jí)C30，主筋保護(hù)層為40mm，三棟塔樓內(nèi)呈梅花狀滿堂布置，裙房區(qū)域內(nèi)分別由5樁~12樁承臺(tái)組成，樁間距1.5米~1.8米，總樁數(shù)量1812根，單樁承載力1730KN，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值f_k=660Kpa，樁頂滿鋪300厚褥墊層。

    2、施工方法：

    2.1、引孔：因回填粉煤灰強(qiáng)度高可塑性差，為防止夯擴(kuò)時(shí)對(duì)粉煤灰層造成的擾動(dòng)及破壞，現(xiàn)場(chǎng)采用等樁經(jīng)螺旋鉆引孔，引孔深度h=2m（即回填厚度）。鉆出粉煤灰及時(shí)清運(yùn)出場(chǎng)，樁孔口用灌滿粉煤灰編織袋及時(shí)覆蓋，以防止粉煤灰水分散發(fā)而坍塌或雜物落入孔內(nèi)。

    2.2、樁基就位施工：引孔后樁機(jī)根據(jù)樁孔位調(diào)整就位。當(dāng)樁管護(hù)筒垂直對(duì)準(zhǔn)樁孔后，即沉管至引孔底進(jìn)行夯擴(kuò)。夯擴(kuò)細(xì)長(zhǎng)錘重約2.8T，夯擊能量約為21t.m，為確保持力層落在第④層卵石上，一是保證樁長(zhǎng)在2.9m左右，二是以三擊貫入度進(jìn)行控制，在護(hù)筒上做好樁長(zhǎng)標(biāo)記，當(dāng)夯擴(kuò)至設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)時(shí)即測(cè)三擊貫入度，若三擊貫入度小于8~9cm時(shí)，即可下填干硬性砼；若三擊貫入度大于8~9cm，則護(hù)筒繼續(xù)下沉夯擴(kuò)，直至三擊貫入度滿足要求為止。

    施工時(shí)對(duì)每樁均編號(hào)、記錄：施工的時(shí)間、夯擊數(shù)量、樁長(zhǎng)、三擊貫入度值，夯填料，干硬性砼數(shù)量，有無(wú)地下水，施工完后的樁頂標(biāo)高等。

    2.3、夯填料：根據(jù)《復(fù)合載體夯擴(kuò)樁設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ/T135-2001、J121-2001）要求，結(jié)合本工程地質(zhì)報(bào)告，持力層在第④層卵石上承載力較高，變形模量較大E₀=75Mpa，夯擴(kuò)樁形成大頭的主要目的不是通過(guò)加固下部地基，提高單樁承載力，故取消了夯填料直接夯填干硬性砼形成擴(kuò)大頭。干硬性砼由同標(biāo)號(hào)（C30）配比拌制而成，當(dāng)夯擴(kuò)至地下水位線后，為保證三擊貫入度的準(zhǔn)確性干硬性砼累計(jì)下料0.1m³（約13~15锨）后，三擊貫入度呈遞減趨勢(shì)且累計(jì)不超過(guò)6cm時(shí)，則繼續(xù)干硬性砼的夯填直至形成擴(kuò)大頭，累計(jì)干硬性砼填入量約為0.4m³。

    2.4、砼澆筑：擴(kuò)大頭施工完成后，安放鋼筋籠，樁身砼塌落度第一盤控制在14~16cm，以后為12~14cm。為防止鋼筋籠隨護(hù)筒上拔時(shí)上浮，現(xiàn)場(chǎng)用細(xì)鋼管及鋼筋頭焊成“十”字狀止浮器，用細(xì)長(zhǎng)錘壓在鋼筋籠頂端，此時(shí)護(hù)筒上拔，從護(hù)筒壁預(yù)留口中投放砼并下棒振搗交替進(jìn)行，直至完成。為確保樁頂部因振搗形成的浮漿現(xiàn)象，樁頂澆筑高出設(shè)計(jì)標(biāo)高20cm。

    2.5、施工順序及注意事項(xiàng)：夯擴(kuò)樁施工采取隔行跳打，共分四輪進(jìn)行，相鄰樁施工最小不少于7天為準(zhǔn)。

在施工第二輪樁時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到：樁間土隆起在第一輪隆起值基礎(chǔ)上，范圍在累計(jì)加大，標(biāo)高在增加，同時(shí)第一輪樁頂標(biāo)高普遍隆起上浮1~3cm。隨著第三輪樁的施工，第二輪樁也出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，第一輪樁仍在累計(jì)上浮，每施工完一輪可造成前輪樁頂上浮2~3cm左右，呈遞增現(xiàn)象。因此，在第二輪樁快要完畢時(shí)，曾嘗試調(diào)減干硬性砼下填量，發(fā)現(xiàn)隆起值同干硬性砼填量呈正比，就干脆將第三輪樁干硬性砼調(diào)減為0.25m³，第四輪調(diào)為0.1 m³，施工結(jié)果仍呈前述現(xiàn)象，樁間土普遍累計(jì)隆起在30~50cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)規(guī)程要求的5cm。樁頂標(biāo)高隆起情況：第四輪沒(méi)有變化，第三輪1~3cm，第二輪3~7cm，第一輪較嚴(yán)重，累計(jì)達(dá)7~11cm，個(gè)別樁甚至高達(dá)16.5cm�，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)較特殊情況樁挖開(kāi)查看，樁身與擴(kuò)大頭處斷裂上浮，但樁身質(zhì)量完整，用細(xì)長(zhǎng)錘對(duì)樁頂進(jìn)行復(fù)打，樁身可回復(fù)原位，但樁頂因錘擊有所損傷，故現(xiàn)場(chǎng)采用YZY-240型全液靜力壓樁機(jī)，對(duì)樁頂及樁間土進(jìn)行回壓，壓樁機(jī)配重不小于220T，經(jīng)觀測(cè)，第四輪樁經(jīng)壓樁機(jī)回壓后沒(méi)有變化。

    三、樁基檢測(cè)：

    1、低應(yīng)變檢測(cè)：結(jié)合施工中遇到的具體情況，對(duì)其中的54根樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)，見(jiàn)表4：

    表4：        樁身完整性檢測(cè)成果表                        

    注：檢測(cè)樁大部分為挑出的認(rèn)為不正常的樁。

 

    樁身完整性分類說(shuō)明：

    A類：實(shí)測(cè)曲線有清晰的夯擴(kuò)體信號(hào)，實(shí)測(cè)信號(hào)表明夯擴(kuò)體位置上移（在卵石層內(nèi)）。

    B類：實(shí)測(cè)曲線無(wú)夯擴(kuò)體信號(hào)，只能反映樁身段的完整性情況。

    C類：樁身中部有明顯的低阻抗反射，可能為拉裂縫。

    D類：樁身中部存在明顯的擴(kuò)徑信號(hào)，擴(kuò)徑位置以下樁身及夯擴(kuò)體情況不一樣。

    為驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同類型的樁分別開(kāi)挖2根進(jìn)行驗(yàn)證，B、C、D類樁符合檢測(cè)結(jié)果，而A類樁實(shí)際在擴(kuò)大頭與樁身結(jié)合部已斷裂（上�。�，經(jīng)分析因樁身太短造成信號(hào)反射失真。

    2、靜載荷檢測(cè)：現(xiàn)場(chǎng)對(duì)復(fù)合載體夯擴(kuò)樁（樁及樁間土）靜載荷測(cè)試點(diǎn)11個(gè)，褥墊層為樁頂上滿鋪300厚破碎密石，密石直徑為0.2~0.4cm，澆水濕潤(rùn)，振搗密實(shí)，采用1.95m²圓形鋼板，荷載配重為350t，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5