复合载体夯扩桩处理软弱及溶洞地基

2010-07-17曹双其

山西建筑 2010年14期

曹双其

0 引言

复合载体夯扩桩是采用细长锤夯击成孔,将护筒沉到设计标高后,细长锤将护筒底击出一定深度,分批向孔内投入填充料和干硬性混凝土,反复夯实、挤密,在桩端形成复合载体,然后放置钢筋笼,灌注混凝土桩身形成的一种桩。这种桩与其他同直径灌注桩比较,具有突出的优点:1)桩的承载性状好,单桩承载力较高,为相同桩长和桩径的灌注桩承载力的2.5倍以上;2)夯扩体采用碎砖、碎石、块石等价格十分低廉的建筑材料或建筑垃圾,故其造价低且有利于保护环境;3)在夯扩过程中填充料形成了良好的透水通道,使得夯扩体周围影响范围内土体快速固结,显著提高了土体强度也相应提高了桩的承载力;4)施工机械轻便,机动灵活,且夯扩体施工质量易控制。故复合载体夯扩桩近年来在全国各地,尤其是在地基处理方面得到了广泛运用。本文介绍了复合载体夯扩桩在实际工程中处理软弱及溶洞地基,可为其他类似工程提供参考。

1 工程概述

某中学5层钢筋混凝土框架结构教学楼,建筑面积约为7 000 m2。场地地质勘察结果如下:第①层为1.5 m～2.5 m人工填土;第②层为2 m～2.5 m耕植土;第③层为 2.5 m～3.5 m砖红色粉质黏土;第④层为2.7 m～3.3 m黄褐色粉质黏土,其中含有黑色铁质矿物(基础设计时选用此层为持力层);第④层以下为黄色砂土。场地局部在地下5 m～7 m范围内有软弱土层及小溶洞,勘察此处时没有岩芯或钻头突然下沉。详细勘察后发现软弱层及溶洞的规模均较小。经建设单位和设计单位详细论证后,决定采用长6 m～8 m、直径400 mm的复合载体夯扩桩对软弱层及溶洞进行处理。

2 复合载体夯扩桩施工工艺

2.1 复合载体夯扩桩基本概况

本工程复合载体夯扩桩的基本情况如下:

1)细长锤直径300 mm,长3 000 mm,重4 t;2)填充料采用碎石、黏土砖以及少量建筑垃圾;3)复合载体由0.5 m3干硬性混凝土填充料、挤密土体和影响土体组成,如图1所示。

2.2 施工工艺与三击贯入度

1)三通一平→2)放线定位→3)移机就位(保持护筒的垂直)→4)夯锤成孔→5)对护筒施压,使护筒底与锤底平齐→6)重复4)和5),将护筒沉到预定深度→7)提起夯锤,投入填充料(控制每次投入的量)→8)填充料夯实后,连续夯击三次,并测三击贯入度(三击总贯入度应满足设计要求,如果不满足设计要求,重复7)和8))→9)投入干硬性混凝土,并夯击(控制每次投入量)→10)放入钢筋笼并灌注混凝土桩身→11)拔出护筒并振捣混凝土。

2.3 施工要点

1)保持桩位的偏差在规范规定的范围内(≤150 mm);

2)护筒在就位及下沉的过程中要始终保持垂直;

3)确保填充料数量,夯击收锤时,锤击出护筒深度大于50 cm以上,以确保夯扩体有足够的厚度和横向尺寸;

4)夯锤的提升高度要满足相应要求;

5)三击贯入度不超过100 mm;

6)控制每次干硬性混凝土(C30)投入量,并确保干硬性混凝土填充料的总量不少于0.3 m3～1 m3;

7)确保钢筋笼加工质量,笼径不足,影响抗压和抗水平力;笼径过大,则容易在拔护筒过程中使钢筋笼上浮;

8)桩身混凝土的粗骨料的粒径为20 mm～40 mm;混凝土搅拌均匀;坍落度宜为60 mm～100 mm;为改善混凝土的性能,可添加外加剂;当桩不长时,桩身混凝土可一次灌满后拔出护筒,当桩较长时,宜分段灌注;混凝土顶面高出桩顶的余量,应按设计要求确定;上部桩身混凝土应该用振捣棒振捣,如果桩身较长,也可在护筒顶部设置振动器来振实混凝土;

9)采用合理的夯扩顺序,以确保相邻复合载体不会相互影响。本工程中,对所有桩进行编号,按编号的顺序进行桩的施工,能够保证在3 d内不会对一根桩有施工影响;

10)拔出护筒时,要注意匀速,防止钢筋笼偏位及桩身颈缩。

3 软弱土层及溶洞的处理方法

3.1 软弱土层的处理

经详细勘察,软弱土层的厚度为0.4 m～1.5 m。主要采用以下两种处理方法:

1)当软弱土层在较浅位置时,让桩身穿过软弱层,复合载体落在持力层上;

2)当软弱土层在较深位置时,让桩身穿过部分软弱层,通过多加填充料和干硬性混凝土扩大复合载体的尺寸,复合载体还是落在持力层上。处理方法如图2所示。

在该项目中有7根桩按方法一施工,共投入黏土砖约380块、干硬性混凝土约0.5 m3;有4根桩按方法二施工,共投入黏土砖800块～2 800块、干硬性混凝土0.8 m3～1.3 m3。

3.2 溶洞的处理

经详细勘察,在本场地内有两个小溶洞,溶洞深约1 m。处理方法:将护筒沉到一定位置后,用夯锤将溶洞击穿→将护筒下沉并穿过溶洞→投入填充料及干硬性混凝土→放入钢筋笼浇捣混凝土(护筒不拔出),如图3所示。

留在溶洞中的护筒相当于桩身的模板,使桩身混凝土成型,同时可以使桩身形成约束混凝土,提高桩身的承载力。本项目中共有两根桩采用此方法处理溶洞。

4 单桩完整性及承载力检测

桩浇筑完工三周后,根据JGJ/T 135-2001复合载体夯扩桩设计规程,采用低应变动测法对20%的桩进行了完整性检测,检测结果表明,所有桩基完整性较好,没有出现颈缩等明显缺陷。采用静荷载试验对3根桩进行了竖向承载力检测,3根桩最大加载为430 kN,总沉降量仅为十几毫米,回弹量为4 mm～5 mm,回弹率达30%～40%,说明该桩还未达到极限状态,仍处于弹塑性工作状态。