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钻孔灌注桩穿越碎石粘土层的工程实践

作者:LunWen 来源:中华论文网-免费论文下载 加入时间:2005-9-20

钻孔灌注桩穿越碎石粘土层的工程实践

阮晓 (浙江省轻纺建筑设计院 杭州310007) 张掌坤(杭州市电力局 杭州310009)

1 前言

钻孔灌注桩技术,因其对各种土层的适当性强、无挤土效应、无震害、无噪音、承载力高等优点,在工程中得到了广泛应用。钻孔灌注桩对于一般粘性土、填土、淤泥质土及砂土等,穿越方便,成孔效果较好,而对于碎石粘土则不宜采用[1]。本文就钻孔灌注桩穿越碎石粘土层的工程实例进行分析,对穿越该类土的设计施工提出一些看法,从而为同类土层中设计钻孔灌注桩时桩端土层的选取提供参考。

2 工程地质概况及试桩情况

某公用建筑工程,三层框架结构,建筑物总高度为16.5m,跨度10m,楼面设备荷载最大为12kN/m2。设计最大单柱荷载为3000kN。该工程地处杭州老城区涌金门附近,系旧城改造老宅基地,山脚坡积型地层。

根据工程地质勘察报告,土层分布及特征如下:①杂填土,厚3.9~4.8m;②粉质粘土,饱和,软塑,厚0.4~0.9m;③淤泥质粘土,饱和,流塑,厚0.3~6.3;④粘土,可塑~硬可塑,厚1.6~5.1m;⑤淤泥质粉质粘土,厚0~4.0m;⑥-1含砾粉质粘土,硬可塑,厚0~7.5m;⑥-2含碎石粘土,可塑~硬可塑,厚2.7~5.4m;⑦全风化泥岩,可塑,厚4.2~7.2m,⑧-1全风化炭质泥岩,饱和,可塑,厚1.6~2.2m;⑧-2强风化炭质泥岩,厚大于6.2m,未穿。

根据建筑物荷载及土层分布情况,地质勘察报告建议,采用钻孔灌注桩设计,以⑧-2层为桩端持力层,桩端进入持力层深度不小于0.5m,平均桩长28m,单桩承载力标准值以φ1000钻孔灌注柱为例取2570kN。

工程施工采用10型正循环钻孔灌注桩,在钻进至17.5m深处,遇到⑥-2层土,钻机上台,无法钻入。⑥-2层土为含碎石粘土,碎石含量占5%~20%,粒径一般2~5cm,少量大于10cm。根据有关钻孔灌注桩施工经验,正循环施工工艺对于粒径不大于15cm的碎石,一般均可在泥浆中上漂排出,钻头也不至被卡死。但从冲抓清孔取出土样分析,⑥-2层土样中,碎石为坚硬的硅质岩,最大粒径40cm,冲抓4斗土中能取出10cm以上的碎石12块,小于10cm的碎石也较多,碎石强度极高,钻机无法将其磨碎上漂,钻头被卡住无法钻入。地质报告描述土层正确,但对砾碎石含量及粒径的分析偏差较大。为取得详细资料,采用#2钻机继续试桩,在钻至17.8m处(即⑥-2层面)时,钻杆卡死,无法钻入,经建设单位同意,停机处理。

3 处理方案及结果

根据以上情况,地质勘察、设计及施工各方进行了认真的分析探讨,归纳起来,主要有以下几点:

方案一:在钻至⑥-2层顶面时,改用人工挖孔进入一定深度,以该层为桩端持力层。桩下部扩底,以增加单桩承载力。该方案工期增加不多,但人工挖孔深度较大,且部分桩的直径将由φ600改为φ800。该深度单桩承载力下降较大。经计算,以φ1000桩为例,单桩承载力仅为原设计值的48%,需修改设计,将单柱单桩改为多桩承台。且其下为软弱下卧层,厚度较大,而本层局部厚度较小,小于4倍桩径,作持力层不够理想。

方案二:机械钻孔与人工挖孔相结合, 钻孔至⑥-2层土后,改用人工挖孔穿透此层,清孔后再打钻孔灌注桩。该方案施工组织上难度较大,工期将增加一个月,费用增加30万元。

方案三:以⑥-2层土作为桩端持力层,改用沉管灌注桩。该方案经设计验算,⑥-2层土单桩承载力较低,改用φ426沉管灌注桩后,单桩承载力仅为300~470kN,需将原单柱单桩改为承台群桩,桩的总数将增加7倍左右,平面布桩系数较大,更改设计需要一定的时间,打桩工期因桩的数量增加不可缩短,投资额将增加37万元左右。同时,该工程地处老城区,四周均为民居,沉管灌注桩的噪音对周围居民影响很大,势必会影响工程的顺利进行,而且对沉管灌注桩来说,局部场地上的⑥-1层含砾粉质粘土沉桩较困难。

方案四:保持原设计不变,改进施工工艺。如采用进口的S500反循环钻机,其钻杆孔径大,吸出块石方便,钻透该层有把握,工期较快。但费用增加很大,需增加投资30万元,且目前难以组织到该机型进场。因此采用SPJ300型正循环钻机,加大钻进力度,穿透此层,但工期及费用将有所增加。

对所面临的难题,进行分析后认为,采用SPJ300型正循环钻孔工艺,钻透该层把握较大。上述几种方案中,综合各种因素考虑,方案四比较可行。原设计桩型不变,采用SPJ300型正循环钻机替代原10型钻机,加大钻杆力度,并改进钻头,采用筒体钻,增加钻头摩阻力,钻松土体,套取较大石块。根据桩径,结合采用大小直径钻头,用钻、磨、挤等方法钻进土层,将直径较大无法漂出的石块挤入桩侧土中。钻机数量由2台改为4台同时开工。经试桩,成功钻透了该土层。钻孔进尺较慢,⑥-2层土中钻进速度为50~80cm/h,一般单桩成孔时间为2~3天左右,但施工比较顺利。

最后实际工期比原计划增加了20天左右,增加施工机械及人工费用约18万元。顺利完成了整个桩基工程施工。桩基施工完毕后,对其中部分桩进行了高应变动测,其余所有桩进行了低应变动测。结果表明,单桩承载力与设计要求值符合较好,桩身质量完好,达到了设计要求 。

4 几点建设

根据上述工程实践,在钻孔灌注桩的设计及施工中,除了一般的认识经验外,下面几个方面问题应引起重视。

(1)加强地质勘察报告的深度与准确度。对于含碎石粘性土的土层,由于勘探工艺的特点,要判明碎石含量及其粒径不可能十分准确。这会直接影响钻孔灌注桩的设计及施工工艺的采用,因此还要加强对同地区土质情况的调研,结合实际勘探情况,提交准确的报告,供设计与施工决策。

(2)设计时应充分考虑到碎石含量对承载力的影响。由于桩底沉渣问题制约着单桩承载力和桩 身质量的稳定性,对碎石含量较多、粒径较大的土层,正循环钻孔工艺排渣能力较差,沉渣小于5cm的设计要求较难满足,特别当孔底沉渣的粒径较大,一般正循环泥浆清孔难于将其携带上来。在设计钻孔灌注桩时,必须适当考虑“施工因素”的影响。因此针对该类土层,单桩承载力设计值应适当减小。

(3)在施工上,应对相应土层的钻入难度有充分的估计,采用钻杆力度较大的机型,避免机型选择不合适造成窝工、影响工期,酿成经济损失。在机械安排及整个施工组织设计中应有足够的考虑和准备,如一般正循环清孔效果达不到要求时,或长时间清孔,孔底沉渣仍超过规定要求时,应改换清孔方式(如用风压机清孔等),以确保设计要求的承载力。