復合載體夯擴樁在高層工程中的應用

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河南省洛陽市興隆花園153#高層商住樓工程，總建筑面積70000多平方，由地下室二層，裙房一層，裙房以上三棟26層塔樓呈“品”字型比肩而立，筏板基礎，基礎總面積近8600 m²，框剪結構。該建筑物座落在一個原來人工采挖砂石形成的大坑內，坑內地勢起伏較大，與洛河第四橡皮壩蓄水區(qū)僅一堤之隔（約75米左右），坑內低洼處水坑可見水面幾乎等同于洛河水面標高。

    該工程原基礎（樁基部分）設計方案為人工成孔擴底墩灌注樁，樁徑1200~1800不等，樁長5800~6300，總數(shù)量304根。根據水文地質報告，擴大頭形成在水位線以下3.5米左右，在試樁過程中因水源較大無法施工，設計上大膽改用復合載體夯擴樁樁基方案。這在國內同等規(guī)模高層工程中尚屬首例，故設計前期作了試驗樁18根，經檢測單樁承載力達到1730KN，其它試驗資料不詳。     該基坑地質報告顯示：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，承載力標準值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，承載力標準值f_k=900Kpa。     從試驗樁情況來看，在卵石層中進行夯擴，難度較大，樁身長度較短，只有0.6~1.1米，為保證樁端（持力層）進入第④層卵石上，根據地質報告要求用第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。該層標高為本工程的-12米~-14米處，屬地下水位上漲區(qū)域內，故采用純粉煤灰代替夯擴樁樁間土層（該處理方法再創(chuàng)國內首例）。     一、粉煤灰回填     1、現(xiàn)場壓實試驗     回填用粉煤灰為熱電廠料場長期存放的濕排粉煤灰，本次回填控制的主要技術參數(shù)為壓實系數(shù)。在大面積回填前進行了局部的壓實試驗，但反復壓實后環(huán)刀取樣，壓實系數(shù)卻很難達到設計要求，經設計、勘察、施工、監(jiān)理各方論證分析后提出了“參考點”和“找平層”的設置。     1.1參考點的設置     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)刀取樣時土樣擾動失真，與實驗室擊實試驗結果出入較大，經各方研究后確定特設參考點，具體做法是：虛鋪完成后，在每個檢驗區(qū)域內隨機選一參考點，面積為2m×2m，參考點內粉煤灰用網格為8mm×8mm的篩子進行過篩，在確保同樣施工工藝的前提下，對參考點進行環(huán)刀取樣檢驗，每個參考點內取3個檢驗點，若有2個或3個檢驗點壓實系數(shù)滿足要求，則認為該檢區(qū)域滿足設計要求。     1.2找平層的設置     下部砂卵層粗平后進行粉煤灰回填的施工，第一層粉煤灰試驗結果是：壓實系數(shù)的離散性較大，高的達到0.99，低的只有0.87，且低于0.93的占70％。又采用不同的壓實遍數(shù)，不同的含水率反復試驗，結果仍不能滿足要求。經分析認為：砂卵墊層的整體承載力較高，但如果從局部細化到一定范圍后，會存在有硬有軟的現(xiàn)象，使上部粉煤灰在壓實過程中受力不均勻，且粉煤灰為散性材料，就更難成為均勻的整體，從而造成壓實系數(shù)偏低。鑒于以上分析，將原第一層粉煤灰（壓實后約25cm）作為找平層，按照最優(yōu)含水率，壓夠規(guī)定的遍數(shù)后即進行第二層粉煤灰的施工。經試驗第二層粉煤灰不存在上述問題。     2、施工工藝     2.1虛鋪厚度     采用90型推土機鋪墊與整平粉煤滅，每層鋪墊厚度250mm～300mm，現(xiàn)場配備測量人員控制標高，高差控制在±5cm以內?；又車鷻C械不能到的地方，人工鋪設厚度300mm～350mm。     2.2碾壓遍數(shù)     粉煤灰碾壓應遵循先輕后重的原則，經試驗確定采用YZl6型振動壓路機，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，壓路機碾壓的行駛速度應控制在每分鐘30米以內。當試驗時壓輪重疊400mm~600mm，行使速度每分鐘50米，碾壓規(guī)定的遍數(shù)后取樣，壓實系數(shù)多數(shù)達不到要求。在施工時應有專人控制壓實遍數(shù)，壓輪重疊寬度和壓路機的行駛速度。     2.3含水量     粉煤灰為散狀材料，透水性較好，最優(yōu)含水量隨材質的均勻性變化較大。在施工過程中，對料廠不同位置不同時期的4種粉煤灰分別進行了3組擊實試驗，4種粉煤灰的最優(yōu)含水量及最大干重度平均值見表1。       表1       最大干重度及最優(yōu)含水量采用值（平均值）

  士樣編號 最大干重度（KN/m³） 最優(yōu)含水量(％) 第一種粉煤灰 1#   2#   3# 11.2 31.0 第二種粉煤灰 4#   5#   6# 9.4 37.3 第三種粉煤灰 7#   8#   9# 13.0 23.8 第四種粉煤灰 10#  11#  12# 8.8 39.0

      由表一可以發(fā)現(xiàn)粉煤灰隨材質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。經對現(xiàn)場取樣試驗的705個點的數(shù)據分析說明，其壓實密度隨含水量的變化而變化，當含水量為最佳時，可達到最大壓實密度，超過時壓實密度又趨于下降，現(xiàn)場含水量的最佳值應為擊實試驗的最優(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，北面為基坑內二期工程的場地，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．壓實系數(shù)0.93。     3、施工注意事項     3.1鋪設時要邊灑水邊鋪設．灑水要均勻，壓路機碾壓前粉煤灰的含水量應不低于最優(yōu)含水量。灑水后在正常氣溫下應在2--4小時內碾壓，否則需重新灑水。     3.2取樣點應控制在該層厚度的2/3處，因粉煤灰每層上部100mm～130mm處容易擾動，造成土樣失真。     3.3每層試驗合格后，要盡快鋪設上一層灰，最后一層施工完可用素土填20cm壓實后覆蓋，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。     3.4參考點的位置應在試驗分區(qū)內分散開隨機布置。因大面積的粉煤灰是用推土機鋪設的，而參考點內的粉煤灰是人工鋪設，所以要求參考點內粉煤灰應高出周圍100mm~150mm , 然后同部碾壓．以免參考點不能充分壓實。     3.5在非參考點內現(xiàn)場取樣39個點，壓實系數(shù)達到0.93的點為19個，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)刀取樣時造成土樣擾動失真，所以在施工時應盡量選用純度高、均勻性好的粉煤灰。     4、靜載試驗     整個基坑回填至設計標高后，在不同區(qū)域內進行了6個試驗點的靜載試驗，試驗點編號為S1～S6。在S4點試驗滿足設計要求的180Kpa后在其點又逐步加大試驗荷載，加荷分級情況見表2。由試驗產生的P—S曲線可判斷：6個試驗點加荷達最大加荷量時，均未達到極限荷載。依據試驗點的相對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表3。       表2            粉煤灰墊層靜載試驗加荷分級表            

試驗點號 S1 S2 S3 S4 S5 S6 最大加荷量（Kpa） 840 900 900 286 468 700 分級情況 分11級 分16級 分15級 分10級 分17級 分9級

表3          粉煤灰墊層靜載試驗綜合結果表                   

試驗點 承壓板直徑（m） 承壓板面積（m²） 最大加載量（Kpa） 最大沉降量（mm） 承載力基本值（Kpa） 承載力基本值對應的沉降（mm） S1 0.80 0.50 840 9.48 ≧420 5.24 S2 0.80 0.50 900 5.98 ≧450 2.99 S3 0.80 0.50 900 11.27 ≧450 6.34 S4 1.50 1.77 286 5.87 ≧180 4.17 S5 1.12 0.99 468 5.24 ≧234 3.22 S6 1.12 0.99 700 10.21 ≧350 5.84

      通過靜載試驗可以確定，粉煤灰墊層回填施工的施工工藝和施工控制是合理的，粉煤灰承載力標準值不小于180Kpa，滿足設計要求。     二、夯擴樁施工     1、設計要求：樁徑?=450mm，樁長2.9米，主筋配6Ф12螺旋箍筋?8＠200，砼強度等級C30，主筋保護層為40mm，三棟塔樓內呈梅花狀滿堂布置，裙房區(qū)域內分別由5樁~12樁承臺組成，樁間距1.5米~1.8米，總樁數(shù)量1812根，單樁承載力1730KN，復合地基承載力標準值f_k=660Kpa，樁頂滿鋪300厚褥墊層。     2、施工方法：     2.1、引孔：因回填粉煤灰強度高可塑性差，為防止夯擴時對粉煤灰層造成的擾動及破壞，現(xiàn)場采用等樁經螺旋鉆引孔，引孔深度h=2m（即回填厚度）。鉆出粉煤灰及時清運出場，樁孔口用灌滿粉煤灰編織袋及時覆蓋，以防止粉煤灰水分散發(fā)而坍塌或雜物落入孔內。     2.2、樁基就位施工：引孔后樁機根據樁孔位調整就位。當樁管護筒垂直對準樁孔后，即沉管至引孔底進行夯擴。夯擴細長錘重約2.8T，夯擊能量約為21t.m，為確保持力層落在第④層卵石上，一是保證樁長在2.9m左右，二是以三擊貫入度進行控制，在護筒上做好樁長標記，當夯擴至設計樁長時即測三擊貫入度，若三擊貫入度小于8~9cm時，即可下填干硬性砼；若三擊貫入度大于8~9cm，則護筒繼續(xù)下沉夯擴，直至三擊貫入度滿足要求為止。     施工時對每樁均編號、記錄：施工的時間、夯擊數(shù)量、樁長、三擊貫入度值，夯填料，干硬性砼數(shù)量，有無地下水，施工完后的樁頂標高等。     2.3、夯填料：根據《復合載體夯擴樁設計規(guī)程》（JGJ/T135-2001、J121-2001）要求，結合本工程地質報告，持力層在第④層卵石上承載力較高，變形模量較大E₀=75Mpa，夯擴樁形成大頭的主要目的不是通過加固下部地基，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大頭。干硬性砼由同標號（C30）配比拌制而成，當夯擴至地下水位線后，為保證三擊貫入度的準確性干硬性砼累計下料0.1m³（約13~15锨）后，三擊貫入度呈遞減趨勢且累計不超過6cm時，則繼續(xù)干硬性砼的夯填直至形成擴大頭，累計干硬性砼填入量約為0.4m³。     2.4、砼澆筑：擴大頭施工完成后，安放鋼筋籠，樁身砼塌落度第一盤控制在14~16cm，以后為12~14cm。為防止鋼筋籠隨護筒上拔時上浮，現(xiàn)場用細鋼管及鋼筋頭焊成“十”字狀止浮器，用細長錘壓在鋼筋籠頂端，此時護筒上拔，從護筒壁預留口中投放砼并下棒振搗交替進行，直至完成。為確保樁頂部因振搗形成的浮漿現(xiàn)象，樁頂澆筑高出設計標高20cm。     2.5、施工順序及注意事項：夯擴樁施工采取隔行跳打，共分四輪進行，相鄰樁施工最小不少于7天為準。 在施工第二輪樁時，現(xiàn)場觀測到：樁間土隆起在第一輪隆起值基礎上，范圍在累計加大，標高在增加，同時第一輪樁頂標高普遍隆起上浮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，曾嘗試調減干硬性砼下填量，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減為0.25m³，第四輪調為0.1 m³，施工結果仍呈前述現(xiàn)象，樁間土普遍累計隆起在30~50cm，遠遠高于設計規(guī)程要求的5cm。樁頂標高隆起情況：第四輪沒有變化，第三輪1~3cm，第二輪3~7cm，第一輪較嚴重，累計達7~11cm，個別樁甚至高達16.5cm。現(xiàn)場對較特殊情況樁挖開查看，樁身與擴大頭處斷裂上浮，但樁身質量完整，用細長錘對樁頂進行復打，樁身可回復原位，但樁頂因錘擊有所損傷，故現(xiàn)場采用YZY-240型全液靜力壓樁機，對樁頂及樁間土進行回壓，壓樁機配重不小于220T，經觀測，第四輪樁經壓樁機回壓后沒有變化。     三、樁基檢測：     1、低應變檢測：結合施工中遇到的具體情況，對其中的54根樁進行樁身完整性檢測，見表4：     表4：        樁身完整性檢測成果表                        

樁身完整性分類 根數(shù) 占檢測樁數(shù)百分比 A類樁 26 48.1% B類樁 22 10.7% C類樁 3 5.6% D類樁 3 5.6%

    注：檢測樁大部分為挑出的認為不正常的樁。       樁身完整性分類說明：     A類：實測曲線有清晰的夯擴體信號，實測信號表明夯擴體位置上移（在卵石層內）。     B類：實測曲線無夯擴體信號，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徑信號，擴徑位置以下樁身及夯擴體情況不一樣。     為驗證檢測結果，現(xiàn)場對不同類型的樁分別開挖2根進行驗證，B、C、D類樁符合檢測結果，而A類樁實際在擴大頭與樁身結合部已斷裂（上浮），經分析因樁身太短造成信號反射失真。     2、靜載荷檢測：現(xiàn)場對復合載體夯擴樁（樁及樁間土）靜載荷測試點11個，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，振搗密實，采用1.95m²圓形鋼板，荷載配重為350t，檢測結果見表5