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準(zhǔn)確的勘察資料是進(jìn)行基礎(chǔ)選型分析的基本資料,可行的施工工藝是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐基礎(chǔ)型式的前提,在基礎(chǔ)選型過(guò)程中,二者需緊密結(jié)合。第一章案例介紹及樁基選型依據(jù)本案例結(jié)合公司某項(xiàng)目單體,為18層住宅樓,原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形式為筏板+鉆孔灌注樁,為減少工期與提高經(jīng)
準(zhǔn)確的勘察資料是進(jìn)行基礎(chǔ)選型分析的基本資料,可行的施工工藝是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐基礎(chǔ)型式的前提,在基礎(chǔ)選型過(guò)程中,二者需緊密結(jié)合。
第一章 案例介紹及樁基選型依據(jù)
本案例結(jié)合公司某項(xiàng)目單體,為18層住宅樓,原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形式為筏板+鉆孔灌注樁,為減少工期與提高經(jīng)濟(jì)效益,通過(guò)對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告與成樁工藝的研討,對(duì)原基礎(chǔ)方案進(jìn)行了優(yōu)化分析。
1、原基礎(chǔ)方案中采用鉆孔灌注樁的原因。
(1)在基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)過(guò)程中,一般優(yōu)先考慮天然地基作為基礎(chǔ)持力層,當(dāng)基底所在土層無(wú)法滿足地基承載力要求時(shí),常采用地基處理或者樁基礎(chǔ)。本工程所在場(chǎng)地地質(zhì)土層情況如下:
①雜填土;②粉質(zhì)黏土;③粉質(zhì)黏土;④粉質(zhì)黏土;
⑤含碎石粉質(zhì)黏土,褐黃色,可塑,局部硬塑,含鐵錳氧化物及其結(jié)核,含10~30%碎石,一般粒徑0.5-3cm,最大粒徑大于10cm,局部呈半膠結(jié)狀,無(wú)搖震反應(yīng),稍有光澤反應(yīng),干強(qiáng)度及韌性中等。該層場(chǎng)區(qū)普遍分布,層底深度8.80~11.80m,層底標(biāo)高16.02~19.02m,層厚0.70~6.10m。
⑥粉質(zhì)黏土,棕黃色,可塑~硬塑,偶見(jiàn)粒徑0.5~1.0cm姜石,無(wú)搖震反應(yīng),稍有光澤反應(yīng),干強(qiáng)度及韌性中等。該層于2#、9#、15#~17#、19#、20#鉆孔底部夾第⑥-1亞層碎石,青灰色,中密~密實(shí),飽和,碎石成分為石灰?guī)r,呈次棱角狀及亞圓狀,一般粒徑0.5~4cm,最大粒徑大于10cm,含量50~70%,硬塑黏性土充填,局部呈鈣質(zhì)膠結(jié)狀,可取出短柱狀巖芯。該層場(chǎng)區(qū)普遍分布,層底深度12.10~17.00m,層底標(biāo)高10.56~15.76m,總層厚1.30~6.60m。第⑥-1亞層厚度0.50~1.10m。于第⑥-1亞層碎石層中做重型圓錐動(dòng)力觸探1孔1次,結(jié)果為反彈。
⑦殘積土,棕黃色~灰綠色,可塑,組織結(jié)構(gòu)全部破壞,母巖成分為閃長(zhǎng)巖,巖芯呈砂土狀,含少量閃長(zhǎng)巖風(fēng)化巖殘核。
⑧全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,灰綠色,密實(shí),結(jié)構(gòu)基本破壞但尚可辨認(rèn),礦物成分大部分蝕變,巖芯呈砂狀,屬極軟巖,巖體極破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。該層層底深度15.20~28.70m,層底標(biāo)高-0.74~12.50m,層厚1.50~14.70m。
⑨強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,灰綠色,粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為長(zhǎng)石和角閃石,結(jié)構(gòu)大部分破壞,礦物成分顯著變化,巖芯呈砂狀及碎塊狀,手掰易碎,局部呈短柱狀,錘擊易碎,巖芯采取率40~60%,RQD=0,屬軟巖,巖體破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。層底深度16.50~36.80m,層底標(biāo)高-9.14~11.13m,層厚0.60~10.40m。
⑩中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,主要礦物成分為長(zhǎng)石和角閃石,裂隙較發(fā)育,巖芯呈柱狀、長(zhǎng)柱狀,錘擊聲脆,一般節(jié)長(zhǎng)10-25cm,最大節(jié)長(zhǎng)60cm,巖芯采取率80~90%,RQD=70~85,屬較軟巖,巖體較完整,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。該層場(chǎng)區(qū)普遍分布,未揭穿,最大揭露深度45.00m,最低揭露標(biāo)高-17.34m,最大揭露厚度9.20m。
場(chǎng)地地下水位埋深較淺,勘察期間地下水靜止埋深為2m左右,豐水期水位標(biāo)高接近地表。基底絕對(duì)標(biāo)高為18m上下,基礎(chǔ)位于第5層,含碎石粉質(zhì)粘土層,承載力特征值為180Kpa。因主樓樓板采用裝配式疊合樓板,平均板厚130mm,相比正常樓板100mm厚,自重略有增加,加上地下水位埋深較淺,持力層承載力經(jīng)修正后,仍然無(wú)法滿足計(jì)算要求。故需進(jìn)行地基處理或者采用樁基礎(chǔ)。
(2)勘察報(bào)告中對(duì)于場(chǎng)地巖土層的特征描述及分析評(píng)價(jià),是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。根據(jù)擬建建筑物性質(zhì)及場(chǎng)地工程地質(zhì)條件,如進(jìn)行剛性復(fù)合地基處理,即常用的CFG樁,一般采取長(zhǎng)螺旋成孔工藝,因場(chǎng)地內(nèi)普遍分布第5層含碎石粉質(zhì)粘土,該層含10%~30%碎石,局部呈半膠結(jié)狀,施工時(shí)成樁困難,為此,勘察、設(shè)計(jì)單位對(duì)基礎(chǔ)方案的選取建議采用樁基礎(chǔ)。因第5層含碎石粉質(zhì)粘土,且場(chǎng)地局部存在第6-1層中密~密實(shí)狀態(tài)碎石,如采用預(yù)制樁,沉樁均較困難,因此選取采用鉆孔灌注樁。
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2、本場(chǎng)地鉆孔灌注樁的適用性與欠缺性。
(1)本場(chǎng)地鉆孔灌注樁的適用性。鉆孔灌注樁在項(xiàng)目所在地區(qū)有著較廣的應(yīng)用,該樁適合于各種地層,可采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)或旋挖鉆機(jī)成孔,樁徑、樁長(zhǎng)可靈活選擇;以中風(fēng)化巖為樁端持力層,采用嵌巖樁,可取得較大單樁承載力特征值。為此,原設(shè)計(jì)采用600mm樁徑灌注樁,樁長(zhǎng)≥13m,嵌巖深度1.2m,單樁承載力特征值為Ra=2200KN。
(2)本場(chǎng)地鉆孔灌注樁的欠缺性。
(2-1)通過(guò)對(duì)勘察報(bào)告中地質(zhì)剖面分析,可見(jiàn)場(chǎng)地巖石風(fēng)化程度嚴(yán)重不均,樁端持力層第10層中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖巖面起伏較大,以5#樓所在位置8-8~地質(zhì)剖面為例,第10層中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖東西向起伏高差近19.80m,且在第51#孔點(diǎn)位置,殘積土下直接為中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,缺失全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖層,風(fēng)化層明顯缺失,此種現(xiàn)象常為球狀風(fēng)化。較大的巖面起伏加上球狀風(fēng)化,在成樁過(guò)程中,會(huì)很難判斷出樁端巖性。為保證樁端巖性完整及樁端入巖有效深度,勘察、設(shè)計(jì)均提出采用一樁一勘做法,通過(guò)施工勘察查明樁端持力層位置(確定樁長(zhǎng))及樁端以下3倍樁徑且不小于5m范圍內(nèi)巖石風(fēng)化程度,確保單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。
(2-2)因本工程嵌巖樁須以中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖為樁端持力層,以5#樓所在位置8-8~工程地質(zhì)剖面圖為例,49#孔位附近最大樁長(zhǎng)將達(dá)到27m。以4#樓所在位置5-5~工程地質(zhì)剖面圖為例,29孔位附近最大樁長(zhǎng)將達(dá)到18.5m。樁身長(zhǎng)度的增加,將會(huì)給工程成本及工期帶來(lái)相應(yīng)增加。
3、水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基處理(簡(jiǎn)稱CFG)的難點(diǎn)。
(1)CFG適用于處理黏性土、粉土、砂土和自重固結(jié)已完成的素填土地基,處理后地基承載力與土層側(cè)阻及土層厚度有很大關(guān)系,本工程51#孔位處,中風(fēng)化巖層較高,土層厚度較小,有限的土層處理深度能否滿足承載力設(shè)計(jì)要求是采用CFG的基本條件。
(2)局部較厚的第5層含碎石粉質(zhì)粘土是采用CFG的最大難點(diǎn),CFG成孔工藝主要為長(zhǎng)螺旋鉆孔,常用長(zhǎng)螺旋鉆孔在碎石土層、硬夾層、礫石夾層中均不宜采用。
(3)預(yù)估處理深度范圍內(nèi),需對(duì)全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖進(jìn)行處理,場(chǎng)地存在球狀風(fēng)化現(xiàn)象,在成孔過(guò)程中是否會(huì)遇到球狀發(fā)育導(dǎo)致成孔困難也會(huì)給工程帶來(lái)不利影響。
(4)種種不利情況,要求從設(shè)計(jì)方案選擇開(kāi)始就必須考慮施工過(guò)程中有可能遇到的問(wèn)題并加以規(guī)避。
4、通過(guò)設(shè)計(jì)分析,確定有限深度土層處理后是否滿足設(shè)計(jì)要求。
(1)經(jīng)設(shè)計(jì)單位復(fù)核計(jì)算后,5#樓最小處理深度需要9.5米,4#樓最小處理深度需要8.5米,樁端以第8層全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖及第9層強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖為持力層。
(2)因4#樓處理深度范圍內(nèi),較大部分為全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,5#樓51號(hào)孔位處,樁端需部分入中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖。相對(duì)于常規(guī)CFG的適用土層有較大差異,經(jīng)與設(shè)計(jì)單位及施工圖審查單位研討,確定此地基處理方案在設(shè)計(jì)上是可行的,但同時(shí)也指出需要考慮成樁工藝的困難性。
5、通過(guò)成孔工藝分析、調(diào)整,保證長(zhǎng)螺旋在含碎石粉質(zhì)粘土中的成孔有效性。
(1)由地質(zhì)剖面圖可判斷,長(zhǎng)螺旋成孔問(wèn)題主要為樁頂所在的第5層含碎石粉質(zhì)粘土層,該層含10%~30%碎石,局部呈半膠結(jié)狀,主要處理深度范圍內(nèi)大部分為全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,加大了成孔過(guò)程中遇見(jiàn)球狀巖石發(fā)育的可能性,對(duì)成孔造成較大影響。
(2)結(jié)合預(yù)知問(wèn)題,提前就施工難度與施工單位探討解決辦法。
(2-1)對(duì)于場(chǎng)地半膠結(jié)狀粘土碎石層,要求鉆機(jī)動(dòng)力裝置馬力足,備用1~2個(gè)鉆頭以替換成孔過(guò)程中的鉆頭損耗。
(2-2)為方便長(zhǎng)螺旋在碎石層鉆進(jìn),可考慮加大樁徑,采用500mm或600mm樁徑,同時(shí)加大樁間距,本場(chǎng)地含碎石粉質(zhì)黏土層,與完全的碎石層有區(qū)別,且膠結(jié)狀為局部,為此保持了原400mm樁徑。
(2-3)取不同工況點(diǎn)進(jìn)行試鉆,依據(jù)試鉆情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù),對(duì)于較厚半膠結(jié)碎石層,經(jīng)多方咨詢,可采用“引孔”,即當(dāng)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中較長(zhǎng)時(shí)間不能鉆透時(shí),采用潛孔鉆機(jī)對(duì)未完成樁位進(jìn)行引孔,預(yù)成直徑200mm小孔,然后潛孔鉆機(jī)撤出,長(zhǎng)螺旋繼續(xù)鉆進(jìn)。
(2-4)考慮成孔鉆進(jìn)時(shí)間有可能過(guò)長(zhǎng),準(zhǔn)備采用打灌分離工序。
(3)CFG現(xiàn)場(chǎng)試成孔及施工期間工序調(diào)整。
(3-1)試成孔選擇最不利工況位置,發(fā)現(xiàn)當(dāng)成孔至膠結(jié)碎石層時(shí),因提前采用大馬力裝置,長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)速度有所下降,但完全可以鉆進(jìn)穿透碎石層,當(dāng)鉆進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí),鉆進(jìn)速度明顯下降。但均未出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法鉆進(jìn)情況,總體成孔時(shí)間加長(zhǎng),強(qiáng)風(fēng)化巖較厚位置,成孔時(shí)間近1小時(shí)/顆,風(fēng)化巖層較少位置,成孔時(shí)間10~20分鐘/顆。
(3-2)考慮成孔時(shí)間與常規(guī)情況相比偏長(zhǎng),且現(xiàn)場(chǎng)砼供應(yīng)因外界原因不及時(shí),決定采用打灌分離工序,即第一次成孔后對(duì)空孔進(jìn)行回填,完成第一遍成孔、回填后,再進(jìn)行第二次成孔、砼壓灌。此工序避免了成孔期間混凝土長(zhǎng)時(shí)間等待灌注問(wèn)題,也避免了成孔后如長(zhǎng)時(shí)間不灌注砼出現(xiàn)塌孔的現(xiàn)象。
(4)施工完成養(yǎng)護(hù)期滿后,根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求對(duì)所施工的CFG樁進(jìn)行了各項(xiàng)檢測(cè)試驗(yàn),復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求,復(fù)合地基增強(qiáng)體單樁承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。
第二章 成本及工期對(duì)比
2.1 、灌注樁方案與CFG地基處理方案成本分析
(1)原鉆孔灌注樁成本分析(以5#樓為例),5#樓采用灌注樁,需以中風(fēng)化閃長(zhǎng)巖為持力層,樁徑600mm,樁數(shù)128棵,入巖深度需≥1.2m,且樁長(zhǎng)需≥13m,依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告中地質(zhì)剖面圖判斷,部分樁長(zhǎng)將達(dá)20m~30m,灌注樁布置見(jiàn)圖2-1.2。
(2)CFG地基處理成本分析(以5#樓為例)5#樓采用CFG地基處理設(shè)計(jì),樁徑400mm,樁數(shù)341棵,有效樁長(zhǎng)9.5m,樁端持力層為全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,局部為強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖,CFG樁布置見(jiàn)圖2-1.3。
(3)成本對(duì)比,以5#樓為例。
經(jīng)測(cè)算,4#5#樓采用CFG地基處理后相比采用鉆孔灌注樁可節(jié)省成本76.5萬(wàn)元。如考慮本場(chǎng)地采用灌注樁宜進(jìn)行樁基勘察情況,4#5#樓采用CFG地基處理相比采用灌注樁亦可節(jié)省樁基勘察費(fèi)用30萬(wàn)元(樁基勘察成本按70元/m計(jì))。
2.2、灌注樁方案與CFG地基處理方案工期分析
(1)、結(jié)合公司其他項(xiàng)目,如混凝土供應(yīng)及時(shí),CFG平均成樁40顆/天,鉆孔灌注樁平均成樁4顆/天,以5#樓為例CFG共341顆樁,鉆孔灌注樁共128顆樁,理論上CFG相比灌注樁節(jié)省工期128/4-341/40=23.5天。
(2)、因交通限行、環(huán)保治理及商混限產(chǎn)等原因加上場(chǎng)地地質(zhì)情況對(duì)成樁工藝的影響,此項(xiàng)目樁基工程整體施工工期偏長(zhǎng),CFG平均成樁11顆/天,鉆孔灌注樁平均成樁3顆/天,5#樓CFG共341顆樁,鉆孔灌注樁共128顆樁,實(shí)際上CFG相比灌注樁節(jié)省工期128/3-341/11=11.6天。
第三章 總結(jié)
(1)在基礎(chǔ)選型中,應(yīng)先對(duì)勘察資料進(jìn)行仔細(xì)分析,再對(duì)相關(guān)施工工藝進(jìn)行多方研討,形成多設(shè)計(jì)方案后進(jìn)行對(duì)比,研究、分析不同方案所遇問(wèn)題,根據(jù)具體情況改進(jìn)方案。
(2)在采用非常規(guī)施工工藝前,前置施工中有可能遇見(jiàn)的問(wèn)題,提前準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)預(yù)案。
(3)通過(guò)此項(xiàng)目CFG地基處理代替鉆孔灌注樁,可知長(zhǎng)螺旋成樁工藝在半膠結(jié)含碎石粉質(zhì)粘土層中是可行的,在強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖中成孔較慢,但相比鉆孔灌注樁,在成本和工期上均有較大節(jié)省。
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