长螺旋钻孔灌注桩逆作法施工工艺在多砂层高孔隙水压力地区的应用

摘要:长螺旋钻孔灌注桩逆作法系用长螺旋钻机钻孔,至设计深度后灌注混凝土,然后下钢筋笼成柱。文章对某办公大楼施工过程中长螺旋钻孔灌注桩逆作法施工工艺在多砂层高孔隙水压力地区的应用进行了详细的分析。

关键词:长螺旋钻孔;灌注桩逆作法;施工工艺

中图分类号:TU473文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0072-02

长螺旋钻孔灌注桩逆作法系用长螺旋钻机钻孔,至设计深度后灌注混凝土,然后下钢筋笼成柱,一般具有以下特点:成孔不用泥浆或套管护壁,施工噪声小,对环境无泥浆污染;机具设备简单,装卸移动快速,施工准备工作少,成桩时间短,工效高,降低施工成本等。但是由于其施工工艺为先浇混凝土后放钢筋笼,属于逆向施工,成桩质量很大程度上要看钢筋笼下放是否顺利,而钢筋笼的下放顺利与否,又与经历的各地质土层有密切关系。下面就以笔者在苏州经历的一起工程案例来分析有关长螺旋施工中的几个问题。

一、工程概况

工程概况:该工程为一栋办公大楼,主楼地上12层,框剪结构,裙房地上5层,框架结构。地下一层总建筑面积28000m2。

工程地基等级二级、基坑侧壁安全等级三级。自上而下地质土层分别为:①1杂填土、①2素填土、②粘土、③粉质粘土、④1粉砂、④2粉砂夹粉土、④3粉细砂、⑤粉质粘土、⑥粉砂夹粉土、⑦粉质粘土。裙房部位以④3粉细砂为桩基持力层,主楼部位以⑥粉砂夹粉土为持力层,需要穿透④1粉砂、④2粉砂夹粉土、④3粉细砂以中密-密实状为主的砂层。勘探建议采用预应力静压管桩,引孔沉桩。设计采用长螺旋钻孔灌注桩。桩长25m,加上地下室埋深,打桩深度超过31m,而长螺旋钻孔灌注桩机钻孔深度在30m以内,为此,特地将自然地坪面以下3m土层挖除,创造打桩条件。

工程桩基有以下特点:

1.本工程共500多根桩,场地小,而每天要求成桩多,如何对每道工序进行严格把关验收,在管理上需区别其他工程采取相适应的管理模式。

2.工程质量要求,工期紧,工程量大。如何在合同约定的工期内实现质量目标,需参建各方群策群力共同实现。

3.本工程桩位交错且相邻桩距较小,施工前应先做试成孔,判明土层层位荷土层性质,同时安排好钻孔顺序、设置防震沟,测试土体空隙水压力、地面隆起等。

二、施工过程

1.试桩。工程开工后,监理进场发现,业主在交付设计前没有打试桩,因此向业主建议,要求先打试桩,进行桩承载力检测,防止出现工程桩大面积施工后承载力不够的情况。最初的设计中,抗压、抗拔桩钢筋笼长度均为25m,但在实际试桩施工中,钢筋笼根本无法下放到位,这是因为长螺旋灌注桩施工工艺流程决定的。其施工流程为:钻机就位钻孔浇筑混凝土下钢筋笼到位。也就是说,长螺旋灌注桩与一般灌注桩的施工区别在于它是先浇筑混凝土后放钢筋笼,不需要泥浆护壁过程。由于钢筋笼在混凝土浇筑后下放,因此钢筋笼下放难度较大。后来设计变更,将抗压桩的钢筋笼减短为17m,但抗拔桩钢筋笼不能减短,因此抗拔桩改为水钻法灌注桩施工。

试桩经过3天时间施工完成,为慎重起见,在30天养护时间过后进行了静载检测,满足设计要求,随后开始了大面积施工。

2.工程桩施工、检测和异常处理。在施工过程中,虽然先后仍旧出现了钢筋笼下放困难的情况,但在紧张施工两个月后,桩基工程完成。工程桩施工完成后,针对施工过程中出现的异常情况,监理在桩养护期到后,有针对性的选择了相对薄弱的几根桩进行了工程桩抽样静载检测。结果却大大出人意料,检测的4根桩之中,2根合格,2根不合格,后来又扩大检测范围,增加2根均不合格。监理当即将此事认定为一起质量事故,向业主通报,并要求勘探、设计到场一起分析原因。由于第1根桩静载就达不到要求,监理在选定后续桩测试有了针对性考虑。因为在施工中出现过钢筋笼下放困难的情况,开始监理认为可能选的桩过于薄弱,施工中出现过缩径影响了承载力,后来增加了2根施工相当正常的桩,结果仍然不合格。后来监理又考虑是否充盈系数影响了桩的承载力,又选定了两根充盈系数接近均在1.4左右的桩,结果1根合格,1根不合格。最薄弱的1根桩承载力甚至只达到了设计的60%。在向质监站报告此事后,在质监站主持下,业主特从外地请专家现场调查这一情况。

经过一番调查计算,结论如下:(1)按照设计的700桩径,25m的桩长,充盈系数在达到1.6的情况下,理论计算才能满足4000kN的承载要求,而设计只要求充盈系数达到1.1以上,监理根据实际情况要求最好达到1.3以上,但常规是不可能要求1.6的。因此设计上首先存在计算错误。(2)施工前的试桩之所以都满足设计要求,是由于在施工开始阶段,施工单位为使钢筋笼顺利下放,人为增加了充盈系数。同时监理认为由于砂层影响,部分桩的混凝土甚至达到了临桩位置,极有可能造成了类似于多枝盘的桩体,接近了上述理论计算值。(3)工程桩检测中,不合格的桩首先理论上就无法达到,而个别合格的桩,则是因为充盈系数接近理论计算合格数值,加上其他土层因素,可以说是意外合格。(4)最薄弱的1根桩之所以检测结果很低,经小应变检测,桩身已不完整,可能缩径严重。

三、总结

后来通过修改设计,将承台桩基改为桩筏整板基础,使得后续工程得以顺利进行,工程主体竣工后通过沉降监测也很正常。但通过这一事件,认真反思这一过程,觉得有几点经验可以总结大家一起参考:

1.长螺旋灌注桩是一种新工艺,其施工优点也明显可

见,比如无需泥浆护壁,减少污染,成孔质量好。相对传统水钻施工工艺,施工速度快。水钻法一天只能成桩3根左右,而长螺旋一天可成桩7～9根。正常情况下,每根桩成孔、灌混凝土只需45分钟左右,钢筋笼下放顺利的话前后总计成桩1根不会超过1个半小时,但下放不畅的话可能要2小时以上,甚至导致废桩。

2.长螺旋灌注桩施工在我国北方地区比较普遍,优势明显,因为北方地区土质情况较好,地下水位较低,长螺旋施工中受地下水位影响不大。而在南方地区由于砂层地质较多,地下水位较高,长螺旋施工受砂层孔隙水压力影响较大,容易产生缩径,造成钢筋笼下放困难,我个人认为在南方地区并不是很适合。

3.长螺旋灌注桩在苏州地区也有使用,但基本上成功的多用于基坑围护桩施工,相对而言,围护桩桩身不需要太长,一般在20m以内,而且因为桩顶多在地表附近,其桩底深度也不会太深,满足支护要求即可。而工程桩则承载力较大,桩身基本都在25m以上,且一般工程都有地下室,桩底标高较深,势必要穿过多个砂层,由于砂层的孔隙水压力大,从而造成钢筋笼下放困难,导致成桩质量问题。笔者认为长螺旋在多砂层孔隙水压力较大地区不宜作工程桩工艺使用。

4.长螺旋施工中,主要是钢筋笼下放问题,钢筋笼在混凝土中沉放,就要求混凝土塌落度要大,基本上要在20以上。

5.长螺旋施工中必须要有效控制充盈系数。由于长螺旋施工是边提钻,边灌混凝土,因此混凝土是有压力的,这是因为确保孔径的需要。要控制好充盈系数,就必须很好地掌握混凝土泵送灌注压力。

6.由于每个地质土层的水压渗透系数及土的粘结力不同,经过每个不同的土层时,压力要有所区别,如在砂层中,孔隙水压力较大,就必须有足够的混凝土压力防止缩径,因而会造成充盈系数过大。如果在粘土层中就好得多,这也是北方地区使用比南方地区多的一个因素。

作者简介:陈潇 (1972-),男,湖北人,江苏建科建设监理有限公司工程师,研究方向:建筑工程