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    破碎带地质下人孔桩施工工艺

    2015-09-14 kjb 328

    杂志名称:《施工技术》

    刊登期号:2015 Vol.44

    作者:张冲 熊峰 张满江红

     

    [摘要]人工挖孔桩具有承载力性能好,施工简便等特点,在桩基础工程中应用广泛。本文结合能源大厦桩基础工程,介绍对于要求桩端持力层进入中风化及微风化的人工挖孔桩,在人工挖孔桩在成孔施工工程中,针对碰到的破碎带,采取的针对性的措施。

    [关键词]人工挖孔桩;破碎带;中分化岩层;增大扩大头

     

    1、引言

         人工挖孔桩承载力性能好,桩端持力层易于控制,特别是桩端入岩一定深度的嵌岩端承桩(桩端扩大头),成桩效果好。采取人工挖孔桩施工方式,对于桩端是否进入设计要求持力层深度容易判定,针对勘探未全面反映的实际地质情况,例如破碎带,根据实际开挖情况,可以有效采取针对性措施。

    2、工程概况

    2.1 建筑概况

          拟建能源大厦位于广东省深圳市福田中心区滨河大道与金田路交汇处东北角,本项目为超高层建筑,项目由两栋塔楼和裙楼组成,北塔楼地上42层,建筑高度为218m;南塔楼地上20层,建筑高度为116m。本基坑深约20.4~21.6m,面积约9047m2。结构类型为框架-核心筒体系,建筑结构安全等级为二级,地基基础设计等级为甲级,抗震设防烈度为7度,抗震等级最大为特一级。

    图1 能源大厦效果图

    2.2 地质概况

          1)人工填土(①)

          以粘性土、砂为主,不均匀含有少量的碎石、砖块等建筑垃圾,局部见有块石,松散状态,层厚4.50~7.70m。

          2)第四系全新统海陆交互相沉积层

         (1)有机质粉质粘土(②):流塑-软塑状态,有机质含量不均,局部见有腐植物,土质不纯,不均匀含有砂粒,层厚0.70~5.90m。

         (2)含有机质粉砂(③):松散~稍密状态,砂为石英质,分选性差,不均匀含有机质土,有机质含量不均,局部见有腐植物,层厚1.50~8.10m。

         3)第四系上更新统冲洪积层砾砂(④):稍密~中密状态,砂为石英质,次棱~次圆,局部见少量2~3cm的卵石,层厚0.60~6.50m。

         4)第四系残积层砾质粉质粘土(⑤):可塑~硬塑状态,由花岗岩风化残积而成,除石英砂、砾外其它矿物已风化成粘性土,层厚2.60~11.40m。

         5)燕山期粗?;ǜ谘抑饕墒?、长石、云母等矿物组成,具粗?;ǜ诮峁?,块状构造。按其风化程度可以划分为全风化、强风化、中风化、微风化四个带。其中中风化岩层厚度变化较大,且中风化岩较厚的区域中上部存在破碎带,破碎带为灰绿~浅色,岩石具压碎结构,为裂隙极发育,局部尚见断层擦痕,层厚1.0m~10.9m。

     

    图2 破碎带分布图(图中粗黑线区域)

    3、桩基设计方案

         由于地勘发现中风化岩存在不规则破碎带,破碎带及附近岩体较破碎,且场地破碎带上盘的岩石风化程度高,破碎带的存在破坏了岩体的完整性,使岩石强度明显降低,破碎带两侧的风化界面变化较大,局部呈突变现象,形成明显的不均匀地基,对桩基持力层的判断及施工带来不利影响,不适合采用旋挖灌注桩,因此最终确定人工挖孔灌注桩。其设计方案如下:

     桩基础为人工挖孔灌注桩,桩端持力层为中风化基岩,桩端入岩深度要求除满足原位标注的要求外,进入中风化不小于0.8d(d为桩身直径)且桩长不小于6m,桩径φ1200mm~φ3800mm,共167根。除桩径φ1200mm及φ1400mm的边桩,其它桩均有扩大头,根据人工挖孔桩直径不同,扩大头直径φ1800mm~φ5100mm不等。

    4、开挖遇破碎带处理措施

          在开挖入中风化岩层的施工过程中,若孔底碰到破碎带,先暂停施工,联系设计及地勘单位对破碎带进行察看判断,判定破碎带的延展方向,破碎带分为水平破碎带及垂直破碎带,针对不同的破碎带采取不同的处理措施。

          1)开挖遇水平破碎带的处理措施

          针对水平破碎带,采取爆破开挖挖穿破碎带的方式??谥林蟹缁罂椎子龅狡扑榇?,若判定破碎带为水平破碎带,采取爆破开挖时,一次爆破深度控制不大于0.5m,爆破开挖后检查开挖面是否为完整的中风化岩,直到开挖穿过破碎带,判定孔底完整的中风化岩,而后继续爆破开挖,直到开挖入中风化岩层的深度达到设计入岩要求,而后扩大头施工,终孔,绑扎钢筋,浇筑混凝土。例如能源大厦32#人工挖孔桩,桩径2400mm,设计桩长为19.0m,开挖至18.3m时遇到水平破碎带,爆破开挖至24.6m判定为完整的中分化岩,最终终孔深度为26.8m满足设计入岩要求。

     

    图3 水平破碎带照片

          2)开挖遇垂直破碎带的处理措施

          针对垂直破碎带,因无法挖穿破碎带,采取增大扩大头的方式??谥林蟹缁罂椎子龅狡扑榇?,若判定破碎带为垂直破碎带,根据孔底破碎带情况,确定增大扩大头的方式。增大扩大头是在原扩大头尺寸的基础上增大扩大头的尺寸,根据孔底破碎带位置的不同,采取不同的增大扩大头的方式:四周均匀增大扩大头或单侧局部增大扩大头。

          开挖至设计桩长及入岩深度要求后,扩大头施工,采用爆破开挖的方式,从侧面打孔,严格控制爆破的深度及装药量,单孔装药量0.32kg/孔,深度为药孔底距扩大头斜侧壁200mm,尽量避免扰动周边岩层及土层造成塌孔。

    图4 垂直破碎带照片

          若孔底破碎带的位置靠近桩孔中心,采取在桩孔四周均匀增大扩大头的方式,在原扩大头尺寸的基础上向外扩150mm为增大后扩大头的尺寸。例如能源大厦66#人工挖孔桩,原桩径为2800mm,原扩大头直径为3800mm,确定方案为四周均匀增大扩大头,增大扩大头直径为4100mm,如下图:

    图5 破碎带位于孔中间位置处理措施

          若孔底破碎带的位置不在桩孔中心位置,偏向桩孔一侧,采取在靠近破碎带的一侧的桩孔边局部增大扩大头的方式,扩出的扩大头边线为圆弧,圆弧的圆心及半径根据孔扩大头的尺寸、破碎带的位置及尺寸确定,例如能源大厦76#人工挖孔桩,原桩径为2800mm,原扩大头尺寸为3800mm,破碎带的位置及尺寸如下图所示,确定方案为单侧局部增大扩大头,增大扩大头圆弧的圆心为向着破碎带一侧距离桩心600mm位置,半径为1800mm,扩出后扩大头边线与原扩大头边线相交为方案确定后的扩大头尺寸,如下图:

    图6 破碎带位于孔一侧位置处理措施

          增大扩大头的斜侧壁必须与原侧壁平行,意味着增大扩大头不仅增加扩大头向四周的扩出的尺寸,同时还要增大扩大头垂直的尺寸,即扩大头的长度。如下图:

    图7 增大扩大头的方式

          桩孔扩大头施工完成后,终孔验收,绑扎钢筋,浇筑混凝土。

          3)具体处理情况

          能源大厦工程人工挖孔桩共167根,有18根人工挖孔桩遇到破碎带,其中12根遇到水平破碎带,6根遇到垂直破碎带,施工情况统计如下:

    5、桩的检测结果

          人工挖孔桩施工完成后,对桩进行以下检测,遇到破碎带桩全部检测,结果如下:

          1)桩身完整性检测

          根据桩身完整性检测结果,小应变检测65根,全部为I类桩;超声波检测97根,其中I类桩96根,II类桩1根;桩基抽芯检测5根,桩身混凝土完整性为Ⅰ类桩。故全部167根桩,I类桩166根,II类桩1根,I类桩比例99.4%,遇到破碎带的人工挖孔桩全部为I类桩。

          2)单桩垂直抗压承载力检测

          检测原则:采用钻芯法,根据检测结果,桩基抽芯检测30根,混凝土强度及基底持力层满足设计要求。

         3)抗拔桩垂直抗拔承载力检测

         根据检测结果,单桩垂直抗拔试验3根,结果满足设计要求。

    6、结语

          在对桩端持力层及入岩深度的判定上,人工挖孔桩相比于其他桩型有着无法比拟的优势,在入岩遇到破碎带时,处理方式更及时、更直接,能更好的满足桩端持力层的要求,对地质复杂,特别是破碎带较多的情况,有着明显的施工优势。

     

     

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