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復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑長樁沖擊鉆機(jī)成孔質(zhì)量的控制論文
摘要:介紹了廣州市地鐵四號線車站1標(biāo)高架車站和區(qū)間樁基礎(chǔ)———沖孔灌注樁施工中遇到的施工難題及其解決方法:利用超前鉆探手段,根據(jù)不同地層條件,采取相應(yīng)的技術(shù)措施,控制孔壁坍塌、縮頸、樁孔偏斜以及減少在沖孔過程中常遇的卡鉆、埋鉆等問題。
關(guān)鍵詞:復(fù)雜地質(zhì) 大直徑長樁 超前鉆探 沖擊鉆機(jī)成孔
1 工程概況
1.1 設(shè)計
廣州市地鐵四號線車站1標(biāo)包括石站和海傍站高架車站站臺及站房,車站站臺及區(qū)間柱間距為25m,車站軌道梁采用預(yù)制后張預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁,除站廳及部分設(shè)備與管理用房外均架空。采用嵌巖端承樁基礎(chǔ),樁徑分1.2m、1.5m兩種,站臺及區(qū)間墩采用雙柱,每柱下四樁承臺,站房部分多為兩樁承臺,其中
1.2m樁徑約100根,1.5m樁徑約80根,多數(shù)樁長超過50m,最大樁長80m。
1.2 工程地質(zhì)
本場地屬于丘陵地貌,地表水系發(fā)育,河涌、溝塘遍布,根據(jù)地質(zhì)初勘資料,站場地內(nèi)由上到下的各地層巖性為:人工填土層 土層厚0.50~9.70m,土層平均厚度1.48m。
海陸交互相沉積淤泥層 飽和,流塑,含有機(jī)質(zhì)、細(xì)砂、貝殼碎片等,土層厚1.20~7.50m,土層平均厚度3.41m。
海陸交互相沉積中粗砂層 飽和,松散狀,層厚1.20~3.50m,平均厚度2.42m。
混合花崗巖類殘積土層 土性為砂質(zhì)黏性土,具有遇水軟化、崩解特點。層厚1.30~21.50m,平均厚度7.83m。
混合花崗巖全風(fēng)化帶 風(fēng)化劇烈,裂隙發(fā)育,巖芯呈堅硬土柱狀,遇水易軟化、崩解。層厚1.80~18.00m,平均厚度6.88m。
混合花崗巖強風(fēng)化帶 巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀,巖石風(fēng)化不均,多夾中風(fēng)化巖塊,可見球形風(fēng)化現(xiàn)象。層厚1.30~39.20m,平均厚度10.97m。
混合花崗巖中風(fēng)化帶 巖石組織結(jié)構(gòu)部分破壞,裂隙較發(fā)育,可見多組裂隙,傾角>60°,層厚0.50~18.00m,平均厚度5.09m。
1.3 工程地質(zhì)評價
本段地貌屬珠江三角洲沖積平原,砂層分布較廣,厚度較大,下伏基巖為白堊系碎屑巖,地下水補給來源較充沛,地下水豐富,屬于巖土工程條件復(fù)雜地段,存在如下影響:①軟土:軟土強度低,易流變的特點,鉆(沖)孔樁施工時易產(chǎn)生縮頸問題。②砂土:本區(qū)砂土多為飽和、松散~中密,鉆(沖)孔樁施工時易發(fā)生塌孔。③軟弱夾層:白堊系沉積巖中軟弱夾層較為發(fā)育,存在大量透鏡體,導(dǎo)致巖質(zhì)不均,巖石強度和巖面起伏變化大。
2 施工中的超前地質(zhì)鉆探
根據(jù)設(shè)計要求,樁的終孔原則:軌道梁下的樁基可進(jìn)入連續(xù)中風(fēng)化巖層深度>3D(D:樁直徑),或進(jìn)入連續(xù)微風(fēng)化1.5D,或進(jìn)入中風(fēng)化加微風(fēng)化的深度>3D;且樁下中風(fēng)化層或微風(fēng)化層巖層厚度≥3D。設(shè)計雖然給出了詳細(xì)的地質(zhì)勘察報告,但由于地質(zhì)條件較復(fù)雜,樁位也有調(diào)整,所以不能滿足樁成孔的質(zhì)量要求,特別是樁穿過的詳細(xì)土層情況和樁端持力層高程不能準(zhǔn)確判斷,為此,決定采用超前鉆探手段,準(zhǔn)確判定樁位地質(zhì)狀況。
2.1 超前鉆探樁位的選取
地質(zhì)資料顯示,基巖面起伏較大,軟弱夾層多,根據(jù)文獻(xiàn)[1]的規(guī)定:對于端承樁和嵌巖樁,當(dāng)相鄰兩個勘探點揭露出的層面坡度>10%時,應(yīng)根據(jù)具體工程條件適當(dāng)加密勘探點;復(fù)雜地質(zhì)條件下的柱下單樁基礎(chǔ)應(yīng)按樁列線布置勘探點,并宜每樁設(shè)一勘探點;嵌巖樁鉆孔應(yīng)深入持力巖層≥3~5倍樁徑。文獻(xiàn)[2]對嵌巖樁,應(yīng)鉆入預(yù)計嵌巖面以下3D~5D,并穿過溶洞、破碎帶,到達(dá)穩(wěn)定地層。
為此,根據(jù)設(shè)計樁位情況,選取每個墩柱的對角樁、站房雙柱承臺先施工樁作為勘探點,使點位分布較均勻,保證鉆探資料有較廣泛的參考意義�？鄢斂辟Y料中已有的鉆孔,共選取了36個勘探點,探孔深度參考詳勘資料,在保證設(shè)計嵌巖深度的前提下,繼續(xù)向下鉆進(jìn)≥5D。
2.2 鉆探設(shè)備的選擇
選擇廣東探礦廠生產(chǎn)的GY-1A型油壓回轉(zhuǎn)地質(zhì)鉆機(jī),配備91mm單管金剛石鉆具,以便能夠進(jìn)行巖芯鉆探并進(jìn)行取樣。為加快施工進(jìn)度,兩臺鉆機(jī)同步進(jìn)行施工。
2.3 超前鉆探的實施
勘探點選定后,為減少對樁基施工的影響,各探孔鉆探順序依據(jù)樁基施工順序進(jìn)行。為保證鉆探能夠正確反映實際的地質(zhì)狀況,給樁基成孔提供可靠的參考依據(jù),超前鉆探實施過程中注意做到以下幾點:
1)勘探點定位要準(zhǔn)確,全部位于樁位中心,孔口高程也要進(jìn)行測量,以便樁基施工時對照參考,同時與詳勘資料比較,為相鄰樁位提供參考。
2)根據(jù)設(shè)計要求,樁端以下3D為完整的巖層,鉆探過程中及時檢查巖樣與進(jìn)尺情況,保證閉孔時的總孔深和入巖長度,以利于沖孔樁施工時作為終孔的重要參考資料。
3)為準(zhǔn)確判斷下部各土層分層厚度,鉆進(jìn)深度和巖土分層深度的量測精度,應(yīng)≥±5cm;嚴(yán)格控制非連續(xù)取芯鉆進(jìn)的進(jìn)尺,使分層精度符合要求。
4)為保證巖(土)樣的采集率,采取短進(jìn)尺的方式,約1m左右提取一次巖(土)樣,巖芯鉆探的巖芯采取率,對完整和較完整巖體確保不低于80%,較破碎和破碎巖體≥65%。
5)根據(jù)現(xiàn)場鉆探進(jìn)尺情況,提前請專業(yè)地質(zhì)監(jiān)理到現(xiàn)場確定后閉孔、移機(jī)。
2.4 鉆探資料的記錄及使用
為使資料記錄真實及時,安排專人負(fù)責(zé)按鉆進(jìn)回次逐段填寫,以免事后追記產(chǎn)生錯誤。鉆探現(xiàn)場巖(土)樣的判斷采用肉眼鑒別和手觸方法。巖土芯樣用專門制作的木盒保存,各地層巖性按照由上到下的順序貼好標(biāo)簽并用塑料袋封存,標(biāo)簽上注明鉆孔標(biāo)號、巖性、分層厚度、層頂高程,簡略的描述等。巖(土)樣保存時間至工程驗收完畢為止,同時拍攝巖芯、土芯彩照納入勘察資料。鉆探結(jié)果采用鉆孔野外柱狀圖表示,按照實際勘察結(jié)果編列成冊。
2.5 現(xiàn)場實際工程地質(zhì)評價
通過現(xiàn)場超前鉆探,結(jié)合詳勘地質(zhì)資料,評價本施工場區(qū)為:明塘發(fā)育,淤泥層和砂層分布較廣,厚度較大,淺部巖體風(fēng)化強烈,風(fēng)化程度很不均勻,場區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育,風(fēng)化深淺受斷裂構(gòu)造影響較明顯,局部地段中風(fēng)化巖面局部陡變,其中風(fēng)化殘積砂質(zhì)黏性土層部分地段較發(fā)育,強風(fēng)化巖中夾中風(fēng)化巖塊、球形風(fēng)化等。
本施工場地屬于巖土工程條件復(fù)雜地段,含有軟土、砂層、多分布透鏡體等,對樁成孔存在如下的影響:
1)軟土 軟土強度低,易流變,鉆(沖)孔樁施工時易產(chǎn)生縮頸或坍塌問題。
2)砂土 基坑內(nèi)砂層呈厚層狀連續(xù)分布,密實度差,振動易產(chǎn)生液化,穩(wěn)定性差,鉆(沖)孔樁施工時易發(fā)生塌孔。
3)軟弱夾層 土層分布較為復(fù)雜,多分布透鏡體,巖層面風(fēng)化程度參差不齊,成孔過程中要注重掌握土層與地下巖層狀態(tài)。
4)殘積土層 施工時應(yīng)注意殘積土層和完全風(fēng)化巖層遇水易軟化、崩解,需加強樁基施工的護(hù)壁措施。
5)巖面起伏 中風(fēng)化巖面局部陡變,強風(fēng)化巖中夾中風(fēng)化巖塊、球形風(fēng)化等不利因素較多,需注意控制樁孔垂直度。
3 成孔過程的質(zhì)量控制和檢測
3·1 成孔質(zhì)量的控制
成孔過程中,幾乎所有鉆孔都要穿過軟土、砂土、軟弱夾層等,入巖時,巖層面起伏、巖性等也不同,如控制得不好,則可能會發(fā)生塌孔、縮頸、樁孔偏斜及樁端達(dá)不到設(shè)計持力層要求等,因此,在成孔過程中,根據(jù)地質(zhì)資料特別是超前鉆探資料對不同土層的高程、土層情況進(jìn)行對比,根據(jù)不同地質(zhì)條件和土層,隨時調(diào)整泥漿的相對密度及沖程,在成孔質(zhì)量控制方面做好下述幾項工作。
1)軟土及淤泥質(zhì)土
淤泥質(zhì)等軟弱土層中成孔,成孔速度過快會造成樁孔不規(guī)則。淤泥層較薄時,可向孔內(nèi)投入大量黏土和20cm以下的碎石,并采用1m左右小沖程反復(fù)沖擊,使黏土和碎石擠入孔壁,以增加孔壁穩(wěn)定性;當(dāng)淤泥層較厚時,采用鋼護(hù)筒支護(hù)孔壁,先壓入鋼護(hù)筒后沖孔,以防止坍孔和縮孔。泥漿相對密度控制在1.35~1.50之間,利用向孔內(nèi)投入黏土或加入清水來調(diào)整泥漿的相對密度。
在軟弱土層中成孔容易出現(xiàn)縮頸,成孔時,應(yīng)加大泵量,在成孔一段時間內(nèi),孔壁形成泥皮,則孔壁不會滲水,亦不會引起膨脹。另外,在灌注混凝土或下鋼筋籠前,可采用上下反復(fù)掃孔的辦法,以達(dá)到設(shè)計的樁孔徑。
2)黏土或粉質(zhì)黏土
在砂質(zhì)或粉質(zhì)黏土中成孔,小沖程1~2m,泵入清水或稀泥漿,經(jīng)常清除鉆頭上的泥塊。泥漿相對密度控制在1.3~1.4之間,對黏土層、亞黏土層泥漿相對密度宜控制在1.2~1.3之間。有地下水時,應(yīng)密切注意是否夾有不透水層。當(dāng)下層的承壓地下水的水頭比下層的地下水位高時,必須能保持足夠的泥水壓力。
3)砂及砂土層
對于砂、砂礫等土層,若成孔速度過快,會產(chǎn)生樁的徑向擺動,而發(fā)生孔壁坍塌現(xiàn)象。在砂質(zhì)土中成孔,一般采用小沖程1~2m,泥漿相對密度控制在1.3~1.4之間,穿過地下水時,必須使護(hù)筒內(nèi)保持1.0~1.5m的水頭高度,特別是地下水有壓力時,還要能保持足夠的泥水壓力。
在砂層或粉質(zhì)黏土層發(fā)生坍孔時,可用碎石(小礫石)夾黏土回填到坍孔位置以上,并提高泥漿濃度或改善泥漿性能,加高孔內(nèi)水位重新沖孔,屬深層坍孔時, 可用在坍孔位置灌注低標(biāo)號水下混凝土加固孔壁的方法處理。
4)風(fēng)化巖層
樁開孔至入巖后,開始向孔內(nèi)加入清水或稀泥漿來降低泥漿相對密度,泥漿相對密度控制在1.3左右,采用大沖程3~4m,鉆孔過程中勤掏渣,及時將孔內(nèi)殘渣排出孔外,以免孔內(nèi)殘渣太多,出現(xiàn)埋鉆現(xiàn)象。
3.2 成孔質(zhì)量的檢測
用測繩檢測樁端達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后,采用6m長探籠檢測成孔情況,未發(fā)現(xiàn)較大的斜孔、彎孔、縮孔,然后分節(jié)吊裝鋼筋籠就位,灌注水下混凝土后,根據(jù)設(shè)計和規(guī)范要求,分別采用聲測法和動測法進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測,該工程全部樁均為Ⅰ、Ⅱ類樁,樁成孔質(zhì)量控制較好。
4 結(jié)語
通過對軟弱土環(huán)境復(fù)雜地質(zhì)條件下,樁端入巖50~70m的大直徑長樁的施工,主要有以下幾點體會:
1)復(fù)雜地質(zhì)條件下,深入基巖的大直徑長樁,成孔作業(yè)時間長,穿過地層多,確保樁基礎(chǔ)質(zhì)量的關(guān)鍵就是首先保證成孔的質(zhì)量;
2)確保樁基成孔的質(zhì)量的重點,就是根據(jù)不同的地質(zhì)條件,采取不同的樁錘落距、泥漿濃度、加入小塊石等工藝措施,而判定地質(zhì)條件首先要明確施工場地的地質(zhì)勘察報告,在地質(zhì)勘察不能滿足要求或地質(zhì)條件比較復(fù)雜的條件下,需要進(jìn)行比《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94—94》要求加密的地質(zhì)勘探,以便取得足夠的地質(zhì)資料,作為樁基成孔質(zhì)量控制的依據(jù);
3)通過加密地質(zhì)鉆探取得詳細(xì)地質(zhì)勘察資料,會增加部分施工成本,但在不明復(fù)雜地質(zhì)條件下,可大大減少成孔過程造成的缺陷;
4)超前地質(zhì)鉆探不僅可用于樁基成孔,在隧道工程施工中也具有指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)
[1]中華人民共和國建設(shè)部,JGJ94—94 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.
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[3]王建斌.鉆孔灌注樁常見問題分析及防治措施[J].鐵道建筑,2006,(2):69-71.
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