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【摘要】本文介绍成都西面高新西区,犀浦一带的工程地质情况,通过工程实例来介绍深基础施工降水及人工挖孔桩在该类地质条件下的应用。
【关键词】人工挖孔桩 施工 降水 工程地质 质量控制 卵石
【中图分类号】F407.9 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0149-02
1 工程概况
电子科技大学清水河校区主楼位于成都市高新西区。该建筑为教学、科研、行政综合楼。层数5-9层,±0.00=541.05m,设计基础采用人工挖孔灌注桩。设计桩径1000-1100MM,承台顶标高-0.60m,承台高1.0m,以中密卵石为桩基持力层,设计桩长为承台底至进入桩基持力层1.0m,桩身混凝土强度等级为C30,极限端阻力标准值为4200KPa。
2 工程地质条件
本场地内土层主要由第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)和上覆的第四系全新统填土层(Q4ml)组成。地层至上而下分布为杂填土、素填土、粉质粘土、粉土、中砂、卵石层。场地地下水属潜水型,枯水期稳定水位埋深3.60m-5.20m,标高为533.95-536.54m,丰水期稳定水位埋深2.50m-4.05m,标高为535.46-536.74m。场地地基土对混凝土结构无腐蚀性,对混凝土结构中钢筋无腐蚀性。
3 工程特点与难点
(1)该挖孔桩工程桩数较多(共414根),因场地内部分区域地质条件变化不均匀,桩基持力层深度变化较大致使桩身长度不一,施工中需配合勘察、设计、监理、质检等单位共同鉴定,以确保桩端持力层达到设计要求。
(2)场地地下水丰富为确保正常施工需采用降水措施将地下水降至桩端下1.0m。
(3)桩基局部布置较密处需采用隔桩开挖措施。
4 施工过程
4.1 降水施工
根据该工程一桩一孔地质勘察报告确定每桩桩端持力层深度,列表统计桩号计算每桩桩身长度。再根据桩身长度(平均桩长=15m)及场地内卵石层渗透系数(K=25m/d)、含水层厚度(H=20.5m)、地下水降深(S=16.4m)、丰水期稳定水位埋深确定选用管井井点降低地下水位,按无压非完整井井点系统计算确定井点管根数及间距。
该工程分为A、B、C三个区,建筑平面由7个较规则的矩形组合而成,在计算总涌水量时需预先确定引用半径xo
xo=式中A—基坑的平面面积
确定井点系统总涌水量Q
式中抽水影响半径确定井点管根数n
式中单根井点管出水量d—滤管直径(m) l—滤管长度(m) m—井点备用系数,一般取m=1.1
确定井点管间距D
式中L、B—分别为矩形井点的长度和宽度
水位降低数值h校核
式中h—滤管外壁处动水位高度(m)
x1、x2···xn—所核算的滤管外壁至各井点管的水平距离(m)
经验算整个场地沿建筑基坑外边线布置35根井点管,每井深25m,内管径300mm,井点管间距28m,采用鋼筋混凝土管,其中井壁管17.5m,缠丝管7.5m,每井选用流量50m3/h,电机功率3.5-5.5kw离心水泵。
按井位布置测放各井点,钻机就位核对井位,人工开挖0.5m深,埋设护壁管700mm。钻进成孔,钻进过程中采用现场制备泥浆护壁,保持孔内泥浆高度防止塌孔,孔深至设计深度后终孔。用抽筒清洗井内泥浆,立即吊装井管,井管间焊接牢固,安装垂直并投掷滤料,滤料采用Φ5-10mm砾石,填至井口下2.5m改用粘性土。洗井至井水清澈,放入水泵连接排水钢管,修筑好沉砂池后开始降水。
4.2 挖孔桩护壁施工
平整场地,依据设计桩位平面布置图放出主轴线及建筑外边线,在其纵向及横向轴线各选两端点设置基准点,根据基准点测放每一桩孔的孔位中心点,复核无误后开始进行挖孔施工。该工程采用现浇钢筋混凝土护壁,混凝土强度C15,内护壁厚度为20mm。
4.2.1 工艺流程
挖第一节桩孔土方—支模、浇注第一节护壁混凝土—在护壁上作桩位十字铁钉—校核桩位轴线—待护壁混凝土达到强度拆模并开挖第二节桩孔土方—校核桩孔垂直度和直径并支模、浇注第二节护壁混凝土—循环作业至设计深度
4.2.2 质量控制
土方由人工从上至下逐层挖掘,孔口搭设提升设备提运土方,每根桩的开挖直径应包括两倍护壁厚度,确保桩体任何一段直径不小于设计桩径。开挖过程中采用分区、间隔开挖,避免相互影响土体滑塌,相邻桩的开挖深度保持不小于3m的高差。
场地内正北面地层不均匀分布有砂层,开挖过程中每天观察记录降水井内动水位高程,检查桩孔内是否有积水,避免因流砂造成塌孔。
护壁施工采用模板拼接组合而成,支模必须成圆形,支模圆心在孔中心,内径与设计桩径相等,第一节井圈顶面高出地面150mm。
护壁混凝土配合比由有资质实验室试配后出具,采用0.5-2.0cm细石拌制。严格控制混凝土骨料中的杂质含量,根据砂、石含水率对配合比进行现场调整,在搅拌机旁挂牌公布。护壁混凝土采用人工插杆震捣,必须保证混凝土的密实度,每节护壁混凝土均应在当日连续施工完成。
4.3 桩基础检测及成孔
当桩孔开挖至设计深度后,由质检员以钎探方式全数进行井下初步检查,并根据设计要求对43个桩点进行动力触探检测,规范规定对不少于总桩数1%且每区不少于3根桩进行深层平板荷载实验。该工程分三个区故取9根桩进行深层平板荷载实验。
4.3.1 动力触探实验
检测采用H—30型动力触探仪,N120超重型动力触探进行检测。N120:锤重120kg,落距100cm,探头直径74mm,锥角60度,探杆直径50-60mm,锤击数为贯入10cm的读数。本工程动力触探检测43个点的桩端土层平均击数N120＞11,应力主要影响范围内的密实度均达到中密～密实。
4.3.2 深层平板荷载实验
实验反力系统采用人工挖孔桩护壁横梁反力装置,实验加载方式采用慢速维持荷载法,按10级加载,5级卸载,最大实验荷载为4252 KPa、4234 KPa。检测采用3200KN千斤顶、0.4级—100MPa、0.4级—60MPa压力表、0—50mm百分表、0.5m2承压板。本工程深层平板荷载实验9个点的静载荷实验P～S曲线均为平缓的光滑曲线,未出现比例界限,根据规范按相对变形值最大实验荷载为人工挖孔桩桩端土极限端阻力。
深层平板荷载实验成果表
论注:实验深度为实验压板相对于挖孔桩孔口的深度
4.3.3 检测结
根据动力触探及深层平板荷载实验结果,该工程人工挖孔桩桩端土极限端阻力标准值不小于4200 KPa,满足设计要求。
4.3.4 成孔
依据自检钎探记录及检测结果,会同参建各方责任主体及建设行政主管部门验槽合格后进行桩底扩大头施工,终孔后清理井底残渣,对桩孔直径、深度、扩底尺寸、桩中心轴线再次全面复核。
4.4 钢筋工程
本工程桩基钢筋笼在孔外绑扎成型后采用轮胎式起重机吊装就位。主筋Φ18采用预热闪光对焊连接,箍筋采用螺旋箍筋φ8@200,加强筋设计采用φ14@2000,因该类型钢筋为非常用钢筋故决定采用Φ14等量代换,钢筋笼保护层厚度50mm。
4.4.1 质量控制
钢筋进场后分类堆码,挂牌使用。钢筋笼直径、主筋规格、数量、位置及螺旋箍筋严格按照设计结构施工图放样、绑扎。螺旋箍筋、加强筋弯曲后的形状正确,平面上无翘起,弯曲处无裂痕。加强筋与主筋,钢筋笼成型后在下孔安置前必须把附着的泥沙、铁锈清除干净,放入孔内的钢筋笼分上下两点定位,下端用十字型钢筋固定于孔壁上,避免钢筋笼保护层厚度超出允许偏差,上部在护壁顶采用十字型钢筋支撑,保证钢筋笼位置正确按设计要求距孔底40mm。
4.5 混凝土工程
本工程桩芯混凝土设计标号为C30,采用商品混凝土浇注。
4.5.1 质量控制
浇注前再次清底并排干孔中积水。本工程混凝土采用泵车通过输送管送至孔口,再由串筒送至孔内浇注位置,串筒末端至混凝土浇注面不大于1.5m。混凝土分层连续浇注、分层振动,每层浇注高度不超过1.0m,该层振动密实后再浇注上一层,直至桩顶标高以上20,单根桩在混凝土初凝前完成浇注,待浇注后10小时采用草垫对混凝土表面加以覆盖并洒水养护。本工程由于桩数较多,浇注持续时间较长,在施工过程中在商品混凝土站设置人员随时处理可能发生的问题,保证混凝土供应及时。对到场混凝土检查塌落度和稠度,发现离析或分层应进行二次搅拌。混凝土试块制作由专人负责,在浇注地点随机取样,每根桩不少于一组试件,编号后与桩芯混凝土进行同条件养护。
5 桩基检测及验收
桩芯混凝土达到设计强度后,本工程对桩身进行全数低应变检测,推定桩身完整性、缺陷类型、程度及位置。经检测414根人工挖孔桩中404根桩身完整,10根有轻微裂缝,但不影响桩身结构承载力的正常发挥。
对桩基础施工过程中的各项检测、实验记录资料汇总后送交设计检查,经与设计共同现场验收、签署同意后,允许进行后阶段基础工程的施工。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
【关键词】人工挖孔桩 施工 降水 工程地质 质量控制 卵石
【中图分类号】F407.9 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08(b)-0149-02
1 工程概况
电子科技大学清水河校区主楼位于成都市高新西区。该建筑为教学、科研、行政综合楼。层数5-9层,±0.00=541.05m,设计基础采用人工挖孔灌注桩。设计桩径1000-1100MM,承台顶标高-0.60m,承台高1.0m,以中密卵石为桩基持力层,设计桩长为承台底至进入桩基持力层1.0m,桩身混凝土强度等级为C30,极限端阻力标准值为4200KPa。
2 工程地质条件
本场地内土层主要由第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)和上覆的第四系全新统填土层(Q4ml)组成。地层至上而下分布为杂填土、素填土、粉质粘土、粉土、中砂、卵石层。场地地下水属潜水型,枯水期稳定水位埋深3.60m-5.20m,标高为533.95-536.54m,丰水期稳定水位埋深2.50m-4.05m,标高为535.46-536.74m。场地地基土对混凝土结构无腐蚀性,对混凝土结构中钢筋无腐蚀性。
3 工程特点与难点
(1)该挖孔桩工程桩数较多(共414根),因场地内部分区域地质条件变化不均匀,桩基持力层深度变化较大致使桩身长度不一,施工中需配合勘察、设计、监理、质检等单位共同鉴定,以确保桩端持力层达到设计要求。
(2)场地地下水丰富为确保正常施工需采用降水措施将地下水降至桩端下1.0m。
(3)桩基局部布置较密处需采用隔桩开挖措施。
4 施工过程
4.1 降水施工
根据该工程一桩一孔地质勘察报告确定每桩桩端持力层深度,列表统计桩号计算每桩桩身长度。再根据桩身长度(平均桩长=15m)及场地内卵石层渗透系数(K=25m/d)、含水层厚度(H=20.5m)、地下水降深(S=16.4m)、丰水期稳定水位埋深确定选用管井井点降低地下水位,按无压非完整井井点系统计算确定井点管根数及间距。
该工程分为A、B、C三个区,建筑平面由7个较规则的矩形组合而成,在计算总涌水量时需预先确定引用半径xo
xo=式中A—基坑的平面面积
确定井点系统总涌水量Q
式中抽水影响半径确定井点管根数n
式中单根井点管出水量d—滤管直径(m) l—滤管长度(m) m—井点备用系数,一般取m=1.1
确定井点管间距D
式中L、B—分别为矩形井点的长度和宽度
水位降低数值h校核
式中h—滤管外壁处动水位高度(m)
x1、x2···xn—所核算的滤管外壁至各井点管的水平距离(m)
经验算整个场地沿建筑基坑外边线布置35根井点管,每井深25m,内管径300mm,井点管间距28m,采用鋼筋混凝土管,其中井壁管17.5m,缠丝管7.5m,每井选用流量50m3/h,电机功率3.5-5.5kw离心水泵。
按井位布置测放各井点,钻机就位核对井位,人工开挖0.5m深,埋设护壁管700mm。钻进成孔,钻进过程中采用现场制备泥浆护壁,保持孔内泥浆高度防止塌孔,孔深至设计深度后终孔。用抽筒清洗井内泥浆,立即吊装井管,井管间焊接牢固,安装垂直并投掷滤料,滤料采用Φ5-10mm砾石,填至井口下2.5m改用粘性土。洗井至井水清澈,放入水泵连接排水钢管,修筑好沉砂池后开始降水。
4.2 挖孔桩护壁施工
平整场地,依据设计桩位平面布置图放出主轴线及建筑外边线,在其纵向及横向轴线各选两端点设置基准点,根据基准点测放每一桩孔的孔位中心点,复核无误后开始进行挖孔施工。该工程采用现浇钢筋混凝土护壁,混凝土强度C15,内护壁厚度为20mm。
4.2.1 工艺流程
挖第一节桩孔土方—支模、浇注第一节护壁混凝土—在护壁上作桩位十字铁钉—校核桩位轴线—待护壁混凝土达到强度拆模并开挖第二节桩孔土方—校核桩孔垂直度和直径并支模、浇注第二节护壁混凝土—循环作业至设计深度
4.2.2 质量控制
土方由人工从上至下逐层挖掘,孔口搭设提升设备提运土方,每根桩的开挖直径应包括两倍护壁厚度,确保桩体任何一段直径不小于设计桩径。开挖过程中采用分区、间隔开挖,避免相互影响土体滑塌,相邻桩的开挖深度保持不小于3m的高差。
场地内正北面地层不均匀分布有砂层,开挖过程中每天观察记录降水井内动水位高程,检查桩孔内是否有积水,避免因流砂造成塌孔。
护壁施工采用模板拼接组合而成,支模必须成圆形,支模圆心在孔中心,内径与设计桩径相等,第一节井圈顶面高出地面150mm。
护壁混凝土配合比由有资质实验室试配后出具,采用0.5-2.0cm细石拌制。严格控制混凝土骨料中的杂质含量,根据砂、石含水率对配合比进行现场调整,在搅拌机旁挂牌公布。护壁混凝土采用人工插杆震捣,必须保证混凝土的密实度,每节护壁混凝土均应在当日连续施工完成。
4.3 桩基础检测及成孔
当桩孔开挖至设计深度后,由质检员以钎探方式全数进行井下初步检查,并根据设计要求对43个桩点进行动力触探检测,规范规定对不少于总桩数1%且每区不少于3根桩进行深层平板荷载实验。该工程分三个区故取9根桩进行深层平板荷载实验。
4.3.1 动力触探实验
检测采用H—30型动力触探仪,N120超重型动力触探进行检测。N120:锤重120kg,落距100cm,探头直径74mm,锥角60度,探杆直径50-60mm,锤击数为贯入10cm的读数。本工程动力触探检测43个点的桩端土层平均击数N120＞11,应力主要影响范围内的密实度均达到中密～密实。
4.3.2 深层平板荷载实验
实验反力系统采用人工挖孔桩护壁横梁反力装置,实验加载方式采用慢速维持荷载法,按10级加载,5级卸载,最大实验荷载为4252 KPa、4234 KPa。检测采用3200KN千斤顶、0.4级—100MPa、0.4级—60MPa压力表、0—50mm百分表、0.5m2承压板。本工程深层平板荷载实验9个点的静载荷实验P～S曲线均为平缓的光滑曲线,未出现比例界限,根据规范按相对变形值最大实验荷载为人工挖孔桩桩端土极限端阻力。
深层平板荷载实验成果表
论注:实验深度为实验压板相对于挖孔桩孔口的深度
4.3.3 检测结
根据动力触探及深层平板荷载实验结果,该工程人工挖孔桩桩端土极限端阻力标准值不小于4200 KPa,满足设计要求。
4.3.4 成孔
依据自检钎探记录及检测结果,会同参建各方责任主体及建设行政主管部门验槽合格后进行桩底扩大头施工,终孔后清理井底残渣,对桩孔直径、深度、扩底尺寸、桩中心轴线再次全面复核。
4.4 钢筋工程
本工程桩基钢筋笼在孔外绑扎成型后采用轮胎式起重机吊装就位。主筋Φ18采用预热闪光对焊连接,箍筋采用螺旋箍筋φ8@200,加强筋设计采用φ14@2000,因该类型钢筋为非常用钢筋故决定采用Φ14等量代换,钢筋笼保护层厚度50mm。
4.4.1 质量控制
钢筋进场后分类堆码,挂牌使用。钢筋笼直径、主筋规格、数量、位置及螺旋箍筋严格按照设计结构施工图放样、绑扎。螺旋箍筋、加强筋弯曲后的形状正确,平面上无翘起,弯曲处无裂痕。加强筋与主筋,钢筋笼成型后在下孔安置前必须把附着的泥沙、铁锈清除干净,放入孔内的钢筋笼分上下两点定位,下端用十字型钢筋固定于孔壁上,避免钢筋笼保护层厚度超出允许偏差,上部在护壁顶采用十字型钢筋支撑,保证钢筋笼位置正确按设计要求距孔底40mm。
4.5 混凝土工程
本工程桩芯混凝土设计标号为C30,采用商品混凝土浇注。
4.5.1 质量控制
浇注前再次清底并排干孔中积水。本工程混凝土采用泵车通过输送管送至孔口,再由串筒送至孔内浇注位置,串筒末端至混凝土浇注面不大于1.5m。混凝土分层连续浇注、分层振动,每层浇注高度不超过1.0m,该层振动密实后再浇注上一层,直至桩顶标高以上20,单根桩在混凝土初凝前完成浇注,待浇注后10小时采用草垫对混凝土表面加以覆盖并洒水养护。本工程由于桩数较多,浇注持续时间较长,在施工过程中在商品混凝土站设置人员随时处理可能发生的问题,保证混凝土供应及时。对到场混凝土检查塌落度和稠度,发现离析或分层应进行二次搅拌。混凝土试块制作由专人负责,在浇注地点随机取样,每根桩不少于一组试件,编号后与桩芯混凝土进行同条件养护。
5 桩基检测及验收
桩芯混凝土达到设计强度后,本工程对桩身进行全数低应变检测,推定桩身完整性、缺陷类型、程度及位置。经检测414根人工挖孔桩中404根桩身完整,10根有轻微裂缝,但不影响桩身结构承载力的正常发挥。
对桩基础施工过程中的各项检测、实验记录资料汇总后送交设计检查,经与设计共同现场验收、签署同意后,允许进行后阶段基础工程的施工。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”