论文部分内容阅读
【摘 要】 深基坑支护方案中,采用深层搅拌桩套打混凝土灌注桩之做法,近几年得到不断推广和应用。本文介绍了苏州圆融星座基坑支护工程,深层搅拌桩套打混凝土灌注桩的施工工艺和技术、质量控制要点,具有一定的借鉴和参考作用。
【关键词】 基坑支护;深层搅拌桩套打混凝土灌注桩;施工工艺;技术控制;质量控制
【中图分类号】 TU755.6 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2011)02-077-02
深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,可使两者形成完好的复合桩体,具有优良的工程性能和防渗性能。在砂土、粉土等渗透系数较大的地基土中,采用深搅桩套打混凝土灌注桩做基坑支护,可更为有效地保证止水帷幕质量。近几年,上海地区的深基坑支护中施工中,广泛使用了深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,取得了良好技术和经济效益。
苏州工业园区圆融星座基坑支护工程,在苏州地区首次使用了深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,有效控制了基坑的变形和地下水渗漏,保证了大面积深基坑安全。该项目的成功,对苏州地区使用深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,提供了一个良好实例。现将该工程支护桩的施工工艺、施工过程、技术控制及质量控制等有关情况介绍如下,供各位同仁借鉴和参考。
1工程建设概况及场地水文地质情况
该工程集商业、办公和公寓于一体,是苏州工业园区湖东CBD地段又一地标性建筑。工程总用地面积为30257m2,总建筑面积为294854.18m2,地上部分办公楼为33层、147.25m,地下部分为4层,基坑开挖深度为-17.00~-22.50m。
拟建场地地貌形态单一,属长江三角洲冲湖积平原。根据苏州区域地质资料及本次勘探揭露的地层资料分析,拟建场地110m深度范围内的地基土为第四纪早更新世Q1及其后期的沉积土层,属第四纪湖沼相、河口-滨海相松散沉积物,主要由粘性土、粉土和砂土组成。
场地内地下水主要有浅部土层中的潜水和第④层粉土、第⑤-1层粉砂中的微承压水,稳定水位埋深为1.80~1.90 m,水位标高为1.38~1.56m。承压水存在于下部第层粉砂、第层粉细砂、第 层粉砂、第 层粉砂中,主要接受垂向及越流补给。
2基坑支护方案的选择和优化
根据前述地下室结构设计及场地水文地质情况,结合以往工程经验,本工程基坑围护结构采用“钻孔灌注桩围护排桩 + 三排三轴水泥土搅拌桩止水帷幕 + 三道混凝土水平支撑”,其中钻孔围护排桩套打在基坑内侧的双排三轴水泥土搅拌桩中,节点详图见图1。
围护钻孔灌注桩设计为两种规格:直径Φ1000钻孔桩,桩长31.1m,共185根;直径Φ1100钻孔桩,桩长34.1米,共335根;Φ850@600三轴水泥土搅拌桩沿基坑外侧设置三排,外侧一排桩长26.5m,内侧两排桩长18.5m(剖面设计详见附表三)。考虑到内、外两侧搅拌桩的不同作用,外侧一排三轴搅拌桩,套打一孔施工,水泥掺量20%,另外掺膨润土10%;内侧二排三轴搅拌桩,搭接250mm施工,水泥掺量15%,另外掺膨润土5%;搅拌桩水泥采用P.O.42.5,水灰比为1.2~1.5。
由于本工程三轴搅拌桩套打灌注桩在苏州地区首次使用,没工程实例可以借鉴,为确保支护桩(混凝土灌注桩)施工时不破坏止深搅桩止水帷幕,经参建各方及专家讨论,认为本区域土层的粉性强、渗透性大,套打部分的搅拌桩和作为隔水的搅拌桩不要搭接。根据上述建议,在原设计方案基础上对搅拌桩的排距进行了调整,即外侧一排止水搅拌桩与内侧两排搅拌桩之间,留置150mm的间隔,调整后方案见图2。
3搅拌桩内套打钻孔灌注桩的成孔试验
为保证施工顺利进行,现场进行了两次三轴搅拌桩内套打钻孔灌注桩的成孔试验。试验方法及技术指标如下:①试验选择在4根三轴水泥土搅拌桩进行,其中2根为一组,桩长18.5m、搭接250mm;②搅拌桩水泥土配制,水泥掺量15%、膨润土掺量5%;③三轴水泥土搅拌桩施工后第7天,进行了第1根钻孔灌注桩成孔,孔径1000mm、孔深20.25m,采用正循环钻进成孔,利用原土孔内自然造浆护壁。
成孔后随即进行首次检测,其后每6小时检测监测一次。具体检测数据见下表,检测结果显示,孔壁稳定性良好。2号试成孔于三轴水泥土搅拌桩完成后第10天完成,方法同上,检测数据见表1和表2。
从两次试成孔的监测上来看,孔壁稳定性、孔底沉余、垂直度都较理想。说明在三轴搅拌桩施工完7~10天,紧跟套打钻孔灌注桩,并采用正循环钻进成孔,原土孔内自然造浆护壁,是完全可行的,孔壁稳定性良好。
4施工方案及施工过程
施工顺序为先进行搅拌桩止水帷幕施工,其后进行内侧搅拌桩施工。即用一台三轴水泥土搅拌桩机(PAS-200VAR)先行施工外侧三轴水泥土搅拌桩(桩长26.5m,套打一圈,水泥掺量20%,另掺10%膨润土),48小时内另一台三轴水泥土搅拌桩机同时施工里侧两排三轴水泥土搅拌桩(桩长17.9/18,5m,搭接250,水泥掺量15%,另掺5%膨润土)。
水泥搅拌桩在下沉和提升过程中注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度,外侧三轴水泥土搅拌桩下沉速度应控制在0.5m/min,提升速度应控制在1.0m/min;内侧两排下沉速度为0.5~1.0m/min,提升为1.0~1.5m/min,在粉土、粉砂地层内应控制钻杆提升速度,控制在1.0m/min之内。在成桩过程中应对每拌水泥浆液取样,进行比重检测。
施工中因机械故障和停电及接头原因所造成的冷缝,根据不同情况,轻重环节,及时与设计单位商洽,采取了以下几项措施处理:①幅与幅之间出现的冷缝或缺陷,采取在该处外侧加一幅或数幅进行补强;②用工程地质钻机将冷缝处的边幅原搅拌桩取出,搅拌机套钻施工。
采取下述措施保证桩身强度和均匀性:①确保桩身强度和均匀性严格按照设计要求配制浆液;②土体应充分搅拌,严格控制下沉速度,使原状土充分破碎,以利于同水泥浆均匀拌和;③浆液不能发生离析,为防止灰浆离析,放浆前必须搅拌30秒再倒入存浆桶;④压浆阶段不包括发生断浆现象,输浆管道不能堵塞,全桩须注浆均匀,不得发生夹心层;4)发现管道堵塞,立即停泵处理。待处理完毕后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后方能注浆,等10~20秒恢复向上提升搅拌,以防断桩。
本工程钻孔灌注桩围护桩为直径Φ1000、Φ1100钻孔桩,桩长31.1和34.1m,共计520根,均套打于先前施工的低掺量水泥搅拌桩中。根据前述成孔试验,混凝土灌注桩在两排三轴搅拌桩施工后7天进行套打。采用GPS-10型工程钻机进行工程桩施工,采用泥浆护壁成孔工艺,泥浆采用原土造浆。
成孔期间做好钻进压力及转速控制,开孔时应遵循小水量、轻压力、慢转速,以防扩径过大;护筒脚附近要慢速钻进,使护筒脚有一定的粘泥皮;在钻进过程中,最大钻进速度不大于1m/min;在钻进淤泥质粘土层时,要适当控制压力(粘土5~25kpa,砂土5~15kpa)和转速(粘土为40~70r/min,砂土为40r/min,最小泵量为50m3/h),以防扩径过大,且要少提动钻具,换钻杆时应轻提,以防抽坍钻孔,一般开孔及钻进淤泥层时宜开一挡。
相邻桩距小于4d时,钻孔必须跳打,以免串浆和连孔,或混凝土灌注后相隔36h以上方能在相邻孔位施工。钻进过程中应切实计算好钻杆和钻具长度,钻孔深度不得小于设计孔深,超深不得大于300mm。成孔垂直度偏差按不超过1%控制。
合理地配置泥浆,是成孔成败的关键,在施工过程中,应严格按照土层条件的不同选用不同性能的泥浆护壁。在粘土层中成孔时,出口泥浆的比重控制在1.2~1.25;在砂土层、淤泥质及易坍孔土层中成孔时,排渣泥浆比重控制在1.2~1.3,并应选择含砂量较小的泥浆;泥浆的粘度控制在18~22″;遇有流砂及易坍孔缩径土层,加大泥浆比重,控制钻速;在成孔过程中,排出的泥浆应先进入泥浆沉淀池,降低泥浆的含砂量及比重,然后再进入循环池利用;经常对沉淀池、循环池进行清理,清除沉砂、积淤,对不符合要求的泥浆应及时排放到废浆池外运,确保泥浆质量。
5施工过程的技术措施和质量控制
本工程围护止水帷幕施工质量,是本工程基坑施工的特点、难点与重点,直接决定基坑的成败。止水帷幕施工进行至西北侧转角时,由于土质较硬(标准贯入度达到40击),使得三轴搅拌机故障频发(钻头掉落、钢丝绳断裂、钻头磨损极其严重等);搅拌桩旁有高压电缆井,工法机无法正常施工;红线内有煤气管道,针对这些情况,在北侧外排三轴深搅桩施工发生钻杆断裂并埋入桩体未能拔出的地方,于此部位采用12根800mm高压旋喷桩进行止水加固,达到了设计预期止水效果。
在北侧三轴深搅桩施工发现有电缆井正好坐落于三轴深搅桩位置上,造成此部位三轴深搅桩无法施工的,经过研究,将该区域三轴深搅桩改为2排并内移20cm(施工参数与外排相同),支护桩内移30cm。并在该处外排增打Φ800@550高压旋喷桩(水泥掺量550kg/m),以此保证施工进度及设计的止水效果。
内排搅拌桩施工时,先施工的一排加固搅拌桩未完全硬化,就进行平行的另一加固搅拌桩的施工(且要搭接),使得后续施工的桩往前排桩侵入,导致在加固体中施工的围护桩参差不齐。基坑开挖后,发现个别灌注桩侵入结构底板,经设计验算同意后予以了凿除处理。
钻孔灌注桩质量控制措施包括以下几点:①为防止钻孔倾斜,首先钻机在轨上移行就位后,调整钻机转盘的水平,保持钻塔天车转盘中心、桩孔中心在同一铅垂线上。由于本工程钻孔深度较深,桩径较小,开孔时大钩要求吊紧,保持泥浆泵量、轻压慢转,钻头在吊紧状态下钻进。②防止坍孔应合理安排施工顺序,做到跳孔施工,防止相邻孔施工过程中的泥浆串孔,相邻桩施工须距4倍桩径以上或间隔36h以上。在不同的地层采用合理的转速和转压,减少由此对孔壁稳定性产生的影响。为防止水头压力不足而导致孔壁失稳坍塌,施工过程中应注意确保护筒内水头不低于地表。③在钻进时易发生缩径、糊钻现象,采取调整刀具的角度、高度,提高钻头的切削能力和排渣能力,从而提高钻进效率。在保证孔壁稳定的前提下,在易糊钻的地层钻进时,调整泥浆性能、钻进参数等措施以减少糊钻,改进钻进操作方法,采取每钻完一根钻杆,上下串拉和重新扫孔防止。在易缩径的地层中钻进时,适当抬高水头高度以及增大泥浆的粘度和比重的方法来增加泥浆对孔壁的压力,减少缩径。
6结 语
目前圆融星座工程地下室底板正在施工中,根据基坑观测资料,各项指标皆满足要求。与上海地区砂性土不同,苏州地区地表土一般为粘性土,施工过程中,出现了诸如斜孔的问题,但技术人员的努力下得到了圆满解决,总体来说是苏州地区成功的实例,为在苏州地区推广深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,提供参考和借鉴。
【关键词】 基坑支护;深层搅拌桩套打混凝土灌注桩;施工工艺;技术控制;质量控制
【中图分类号】 TU755.6 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2011)02-077-02
深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,可使两者形成完好的复合桩体,具有优良的工程性能和防渗性能。在砂土、粉土等渗透系数较大的地基土中,采用深搅桩套打混凝土灌注桩做基坑支护,可更为有效地保证止水帷幕质量。近几年,上海地区的深基坑支护中施工中,广泛使用了深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,取得了良好技术和经济效益。
苏州工业园区圆融星座基坑支护工程,在苏州地区首次使用了深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,有效控制了基坑的变形和地下水渗漏,保证了大面积深基坑安全。该项目的成功,对苏州地区使用深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,提供了一个良好实例。现将该工程支护桩的施工工艺、施工过程、技术控制及质量控制等有关情况介绍如下,供各位同仁借鉴和参考。
1工程建设概况及场地水文地质情况
该工程集商业、办公和公寓于一体,是苏州工业园区湖东CBD地段又一地标性建筑。工程总用地面积为30257m2,总建筑面积为294854.18m2,地上部分办公楼为33层、147.25m,地下部分为4层,基坑开挖深度为-17.00~-22.50m。
拟建场地地貌形态单一,属长江三角洲冲湖积平原。根据苏州区域地质资料及本次勘探揭露的地层资料分析,拟建场地110m深度范围内的地基土为第四纪早更新世Q1及其后期的沉积土层,属第四纪湖沼相、河口-滨海相松散沉积物,主要由粘性土、粉土和砂土组成。
场地内地下水主要有浅部土层中的潜水和第④层粉土、第⑤-1层粉砂中的微承压水,稳定水位埋深为1.80~1.90 m,水位标高为1.38~1.56m。承压水存在于下部第层粉砂、第层粉细砂、第 层粉砂、第 层粉砂中,主要接受垂向及越流补给。
2基坑支护方案的选择和优化
根据前述地下室结构设计及场地水文地质情况,结合以往工程经验,本工程基坑围护结构采用“钻孔灌注桩围护排桩 + 三排三轴水泥土搅拌桩止水帷幕 + 三道混凝土水平支撑”,其中钻孔围护排桩套打在基坑内侧的双排三轴水泥土搅拌桩中,节点详图见图1。
围护钻孔灌注桩设计为两种规格:直径Φ1000钻孔桩,桩长31.1m,共185根;直径Φ1100钻孔桩,桩长34.1米,共335根;Φ850@600三轴水泥土搅拌桩沿基坑外侧设置三排,外侧一排桩长26.5m,内侧两排桩长18.5m(剖面设计详见附表三)。考虑到内、外两侧搅拌桩的不同作用,外侧一排三轴搅拌桩,套打一孔施工,水泥掺量20%,另外掺膨润土10%;内侧二排三轴搅拌桩,搭接250mm施工,水泥掺量15%,另外掺膨润土5%;搅拌桩水泥采用P.O.42.5,水灰比为1.2~1.5。
由于本工程三轴搅拌桩套打灌注桩在苏州地区首次使用,没工程实例可以借鉴,为确保支护桩(混凝土灌注桩)施工时不破坏止深搅桩止水帷幕,经参建各方及专家讨论,认为本区域土层的粉性强、渗透性大,套打部分的搅拌桩和作为隔水的搅拌桩不要搭接。根据上述建议,在原设计方案基础上对搅拌桩的排距进行了调整,即外侧一排止水搅拌桩与内侧两排搅拌桩之间,留置150mm的间隔,调整后方案见图2。
3搅拌桩内套打钻孔灌注桩的成孔试验
为保证施工顺利进行,现场进行了两次三轴搅拌桩内套打钻孔灌注桩的成孔试验。试验方法及技术指标如下:①试验选择在4根三轴水泥土搅拌桩进行,其中2根为一组,桩长18.5m、搭接250mm;②搅拌桩水泥土配制,水泥掺量15%、膨润土掺量5%;③三轴水泥土搅拌桩施工后第7天,进行了第1根钻孔灌注桩成孔,孔径1000mm、孔深20.25m,采用正循环钻进成孔,利用原土孔内自然造浆护壁。
成孔后随即进行首次检测,其后每6小时检测监测一次。具体检测数据见下表,检测结果显示,孔壁稳定性良好。2号试成孔于三轴水泥土搅拌桩完成后第10天完成,方法同上,检测数据见表1和表2。
从两次试成孔的监测上来看,孔壁稳定性、孔底沉余、垂直度都较理想。说明在三轴搅拌桩施工完7~10天,紧跟套打钻孔灌注桩,并采用正循环钻进成孔,原土孔内自然造浆护壁,是完全可行的,孔壁稳定性良好。
4施工方案及施工过程
施工顺序为先进行搅拌桩止水帷幕施工,其后进行内侧搅拌桩施工。即用一台三轴水泥土搅拌桩机(PAS-200VAR)先行施工外侧三轴水泥土搅拌桩(桩长26.5m,套打一圈,水泥掺量20%,另掺10%膨润土),48小时内另一台三轴水泥土搅拌桩机同时施工里侧两排三轴水泥土搅拌桩(桩长17.9/18,5m,搭接250,水泥掺量15%,另掺5%膨润土)。
水泥搅拌桩在下沉和提升过程中注入水泥浆液,同时严格控制下沉和提升速度,外侧三轴水泥土搅拌桩下沉速度应控制在0.5m/min,提升速度应控制在1.0m/min;内侧两排下沉速度为0.5~1.0m/min,提升为1.0~1.5m/min,在粉土、粉砂地层内应控制钻杆提升速度,控制在1.0m/min之内。在成桩过程中应对每拌水泥浆液取样,进行比重检测。
施工中因机械故障和停电及接头原因所造成的冷缝,根据不同情况,轻重环节,及时与设计单位商洽,采取了以下几项措施处理:①幅与幅之间出现的冷缝或缺陷,采取在该处外侧加一幅或数幅进行补强;②用工程地质钻机将冷缝处的边幅原搅拌桩取出,搅拌机套钻施工。
采取下述措施保证桩身强度和均匀性:①确保桩身强度和均匀性严格按照设计要求配制浆液;②土体应充分搅拌,严格控制下沉速度,使原状土充分破碎,以利于同水泥浆均匀拌和;③浆液不能发生离析,为防止灰浆离析,放浆前必须搅拌30秒再倒入存浆桶;④压浆阶段不包括发生断浆现象,输浆管道不能堵塞,全桩须注浆均匀,不得发生夹心层;4)发现管道堵塞,立即停泵处理。待处理完毕后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后方能注浆,等10~20秒恢复向上提升搅拌,以防断桩。
本工程钻孔灌注桩围护桩为直径Φ1000、Φ1100钻孔桩,桩长31.1和34.1m,共计520根,均套打于先前施工的低掺量水泥搅拌桩中。根据前述成孔试验,混凝土灌注桩在两排三轴搅拌桩施工后7天进行套打。采用GPS-10型工程钻机进行工程桩施工,采用泥浆护壁成孔工艺,泥浆采用原土造浆。
成孔期间做好钻进压力及转速控制,开孔时应遵循小水量、轻压力、慢转速,以防扩径过大;护筒脚附近要慢速钻进,使护筒脚有一定的粘泥皮;在钻进过程中,最大钻进速度不大于1m/min;在钻进淤泥质粘土层时,要适当控制压力(粘土5~25kpa,砂土5~15kpa)和转速(粘土为40~70r/min,砂土为40r/min,最小泵量为50m3/h),以防扩径过大,且要少提动钻具,换钻杆时应轻提,以防抽坍钻孔,一般开孔及钻进淤泥层时宜开一挡。
相邻桩距小于4d时,钻孔必须跳打,以免串浆和连孔,或混凝土灌注后相隔36h以上方能在相邻孔位施工。钻进过程中应切实计算好钻杆和钻具长度,钻孔深度不得小于设计孔深,超深不得大于300mm。成孔垂直度偏差按不超过1%控制。
合理地配置泥浆,是成孔成败的关键,在施工过程中,应严格按照土层条件的不同选用不同性能的泥浆护壁。在粘土层中成孔时,出口泥浆的比重控制在1.2~1.25;在砂土层、淤泥质及易坍孔土层中成孔时,排渣泥浆比重控制在1.2~1.3,并应选择含砂量较小的泥浆;泥浆的粘度控制在18~22″;遇有流砂及易坍孔缩径土层,加大泥浆比重,控制钻速;在成孔过程中,排出的泥浆应先进入泥浆沉淀池,降低泥浆的含砂量及比重,然后再进入循环池利用;经常对沉淀池、循环池进行清理,清除沉砂、积淤,对不符合要求的泥浆应及时排放到废浆池外运,确保泥浆质量。
5施工过程的技术措施和质量控制
本工程围护止水帷幕施工质量,是本工程基坑施工的特点、难点与重点,直接决定基坑的成败。止水帷幕施工进行至西北侧转角时,由于土质较硬(标准贯入度达到40击),使得三轴搅拌机故障频发(钻头掉落、钢丝绳断裂、钻头磨损极其严重等);搅拌桩旁有高压电缆井,工法机无法正常施工;红线内有煤气管道,针对这些情况,在北侧外排三轴深搅桩施工发生钻杆断裂并埋入桩体未能拔出的地方,于此部位采用12根800mm高压旋喷桩进行止水加固,达到了设计预期止水效果。
在北侧三轴深搅桩施工发现有电缆井正好坐落于三轴深搅桩位置上,造成此部位三轴深搅桩无法施工的,经过研究,将该区域三轴深搅桩改为2排并内移20cm(施工参数与外排相同),支护桩内移30cm。并在该处外排增打Φ800@550高压旋喷桩(水泥掺量550kg/m),以此保证施工进度及设计的止水效果。
内排搅拌桩施工时,先施工的一排加固搅拌桩未完全硬化,就进行平行的另一加固搅拌桩的施工(且要搭接),使得后续施工的桩往前排桩侵入,导致在加固体中施工的围护桩参差不齐。基坑开挖后,发现个别灌注桩侵入结构底板,经设计验算同意后予以了凿除处理。
钻孔灌注桩质量控制措施包括以下几点:①为防止钻孔倾斜,首先钻机在轨上移行就位后,调整钻机转盘的水平,保持钻塔天车转盘中心、桩孔中心在同一铅垂线上。由于本工程钻孔深度较深,桩径较小,开孔时大钩要求吊紧,保持泥浆泵量、轻压慢转,钻头在吊紧状态下钻进。②防止坍孔应合理安排施工顺序,做到跳孔施工,防止相邻孔施工过程中的泥浆串孔,相邻桩施工须距4倍桩径以上或间隔36h以上。在不同的地层采用合理的转速和转压,减少由此对孔壁稳定性产生的影响。为防止水头压力不足而导致孔壁失稳坍塌,施工过程中应注意确保护筒内水头不低于地表。③在钻进时易发生缩径、糊钻现象,采取调整刀具的角度、高度,提高钻头的切削能力和排渣能力,从而提高钻进效率。在保证孔壁稳定的前提下,在易糊钻的地层钻进时,调整泥浆性能、钻进参数等措施以减少糊钻,改进钻进操作方法,采取每钻完一根钻杆,上下串拉和重新扫孔防止。在易缩径的地层中钻进时,适当抬高水头高度以及增大泥浆的粘度和比重的方法来增加泥浆对孔壁的压力,减少缩径。
6结 语
目前圆融星座工程地下室底板正在施工中,根据基坑观测资料,各项指标皆满足要求。与上海地区砂性土不同,苏州地区地表土一般为粘性土,施工过程中,出现了诸如斜孔的问题,但技术人员的努力下得到了圆满解决,总体来说是苏州地区成功的实例,为在苏州地区推广深层搅拌桩套打混凝土灌注桩,提供参考和借鉴。