探讨建筑工程搅拌桩复合地基设计及施工分析论文

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-01-06 09:30 关注：(1)

龚绍兵
摘　要:本文建筑工程论文以某工程为实例，主要阐述了建筑工程基础方案的选择，最后针对建筑工程深层搅拌桩复合地基设计及施工措施进行分析探讨，仅供参考。
关键词:建筑工程，深层搅拌桩;复合地基;地基设计

1建筑工程概况
某工程是一栋八层民用建筑,主体为现浇钢筋混凝土框架结构,建筑总面积约1600m2,建筑红线除一边临近道路外,其余三边与已有建筑物的距离均较小,边柱与已建建筑物外墙距离最近处仅为1.5m。
2工程基础方案选择
考虑到场地上部土层为压缩性高、承载力低的松散软弱土层,且厚度较大,不宜选用天然地基方案。若采用钻孔灌注桩基础,要求桩端入中风化岩层不少于1m,则桩长在45m以上,从施工上来说难以实施且基础成本费用较高;由于场地紧邻原有建筑物,若采用预应力混凝土管桩基础,则不能保证基础施工期间对已有建筑物的影响。综合考虑各方面利弊因素后,决定采用深层搅拌桩复合地基基础。经计算,要求复合地基承载力标准值fk≥200kPa。
3深层搅拌桩复合地基的设计
3.1桩型设计
设计桩径Φ550mm,施工桩长不少于17m,并根据现场土质状况调整;为改善基础底面的受力条件,在深层搅拌桩顶部铺设厚度为30cm的级配砂石垫层；设计桩顶标高-2.00m，高出基底垫层底面标高150mm。
3.2单桩竖向承载力标准值的确定
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-91)公式9.2.2-2及公式9.2.2-3,单桩竖向承载力标准值可按下列二式计算,取其中较小值:
=ηfcu,kAP
=qsUpl+αAPqP(2)
式中: ——单桩竖向承载力标准值；
η——强度折减系数,取η=0.5；
fcu,k——与现场搅拌桩身加固土配比相同的室内立方体加固土试块的无侧限抗压强度平均值,由于本工程复合地基承载力要求达到200kPa以上,故对桩身加固土强度要求较高,结合本工程各方面的实际情况,取fcu,k=2.0MPa；
AP——桩的截面积,本工程采用直径为Φ550mm的桩,AP=0.237m2；
qs——桩周土的平均摩擦力,根据地质资料,取qs=8kPa；
Up——桩身周长,本工程为0.55π=1.727m；
l——桩长,根据场地有关地质资料,取17m;
α——桩端天然地基土的承载力折减系数,取α=0.4；
qP——桩端天然地基土的承载力标准值,根据地质资料,取qP=250kPa。
把以上各已知数代入(1)式,得出
=237Kn；
代入(2)式,得出: =258kN,
据此,取Rkd=210kN。
3.3搅拌桩置换率计算
根据(JGJ79-91)规范中公式9.2.2-1,搅拌桩的承载力按下式计算:
fsp,k=m /AP+β(1-m)fs,k(3)
式中:fsp,k——复合地基承载力标准值,本工程要求fsp,k=200kPa；
m———面积置换率,通过计算得出后进而求出桩的间距；
β———桩间土承载力折减系数,由于本工程表层土为杂填土,而复合地基承载力设计值要求较高,为安全起见,不考虑桩间土的作用,故取β=0；
fs，k———桩间天然地基土承载力标准值。把以上各已知数代入(3)式,得出:
m=fsp,k×AP/ =200×0.237/210=0.227=22.7%。
因此,本工程设计采用矩形布桩形式,桩间距为1.00m×1.00m,m=23.7%,总桩数为256根。
3.4沉降量估算
由于桩端持力层为残积成因硬塑状粘土层,承载力较高,其下卧层为石炭系石灰岩,无软弱夹层,工程桩进入持力层达1m以上,桩型为支承摩擦桩,此种情况下复合地基沉降量甚微,并可分为加固区的沉降量和桩端下卧层的沉降量两大部份。经计算,复合地基加固区的沉降量(主要是桩端进入下卧层的沉降量)S1=53.4mm,桩端下卧层的沉降量S2=2.8mm。实际上,复合地基加固区的沉降量在短时间内可以结束,产生工后沉降值较小,故复合地基的工后总沉降量估计可以控制在20mm以内。
4深层搅拌桩的施工措施
4.1施工技术
4.1.1现场准备
在深层搅拌桩施工前,必须清除施工现场地面、地下一切障碍物,调试、检查桩机运转及输浆管封闭、畅通情况。在施工场地平整时,低洼处应回填素粘性土,禁止回填杂填土；同时,必须清除地面上大于(或长于)10cm的石块、树根、生活垃圾等影响施工质量的一切障碍。
4.1.2工艺试桩
由于搅拌桩桩体强度和质量与多种因素有关,因此施工前,首先要在室内标准条件下制备水泥土试件,进行不同龄期强度试验,以验证设计参数,如达不到设计要求应调整水泥剂量,满足实际工程需要。其次,在场地内选择地质情况有代表性的两点,施工两根搅拌桩进行成桩工艺性试验,以掌握所在地段的成桩经验及各种技术参数。
4.1.3固化剂及配比的确定
由于复合地基承载力设计要求较高,根据现场岩土层地质情况及试桩情况,决定采用425#普通硅酸盐水泥为固化剂,水泥掺入比为18%(相当于水泥掺入量约70kg/m),水灰比为0.45～0.50,外掺剂选用三乙醇胺(含量为水泥用量的0.5%)、NaCl(含量为水泥用量的1%)和优质膨润土(含量为水泥用量的3%)。
4.1.4施工机械的选择
在施工机械的选型方面,考虑到许多类型的搅拌桩机钻进能力较弱,而场地上部存在较多的建筑垃圾,局部含有许多石块、砼块,理应选用钻进力较大的机型。而限于施工场地较小,机械、材料运转困难,故此施工机械选择了GSJ-30型深层搅拌机。
4.1.5选定施工工艺流程
在复杂地下土质状况中,原则上按二喷四搅的方法成桩,但喷浆头很容易被堵塞,故此采用三喷四搅的工艺,即“钻进、搅拌”→“喷浆、提升、搅拌”→“喷浆、钻进、搅拌”→“喷浆、提升、搅拌”的成桩工艺进行,以提高工效。
4.2技术管理措施
4.2.1技术交底
对施工班组作好技术交底,进一步熟悉有关图纸资料；组织学习《建筑地基处理技术规范》；编写深层搅拌桩质量控制要点和深层搅拌桩检查记录,施工班组人手一册。并且要求用书面形式报业主(或监理)审查,并请其对基础施工提出具体要求。
4.2.2定桩位
开工前施测出桩位点后,须经甲方或监理工程师复核无误,用方木作好标记。钻机定位时,左右移动桩机,将钻头尖端准确对准桩位木方,并从两个互为90°的方向检查垂直对准为止,对中偏差≤50mm,并尽量做到钻头中心、桩位、钻杆一条线,且保证钻机水平、稳固后方可开钻,施工中应注意起吊设备的平整度和导向架的垂直度,用线锤进行垂直度检查,若发现钻机倾斜应立即予以矫正。
就位后,桩机必须保持平稳,搅拌杆必须保持垂直。为使钻塔导向垂直地面,司钻工用两枚长水准管放在钻机底架上,调整互为垂直,启动四脚油缸上下运动,致使两个水准管水泡居中,方视桩机达到桩身垂直的目的,其垂直度偏差<1.5%。
4.2.3预搅下沉
待搅拌机的冷却水循环正常后,启动搅拌电机,放松钢丝绳,使搅拌机沿导向杆搅拌切土下沉。由于对桩身水泥土强度要求较高,为保证桩身质量,在预搅下沉过程中,不宜采用加水预沉工艺,下沉速度≤1m/min。如遇到硬土层,切土下沉速度太慢时,方可从输浆系统补给适量清水以利钻进。
由于场地顶部建筑垃圾较多,注意开始钻进时适当调慢搅拌轴转速,以免叶片折断。当很难钻进时,可重复“提升、钻进”数次,直至顺利下沉；当无法钻进时,可与设计、监理方协调,根据基础桩的布置状况,进行开挖处理或适当移位。
4.2.4制备水泥浆
按设计要求配合比,并通过成桩实验调整配比:采用普通硅酸盐425#水泥,水灰比0.45～0.5（外加适量外掺剂)。在预搅下沉到设计深度前,制备好水泥浆。需用量按桩长≥72kg/m准备。制浆时投料的顺序是先将计算好的水量放入搅拌桶内,并用钢尺检查水的深度正确无误后,再开动搅拌机,边搅动边投入外掺剂与水泥,一条桩的水泥用量一次性逐步投入完,不停地充分搅拌均匀；所有使用的水泥浆液都应过筛,制备好的浆液不得离析,保证泵送过程连贯,从输浆管到喷浆口的时间不得大于60s,为保证每米水泥用量和控制水灰比,制浆过程均采用比重计测定其比重,浆液比重控制在1.6～1.7左右。
4.2.5喷浆搅拌
待搅拌机钻头下沉到设计深度后,由司泵工操作电磁调整器,使送浆泵的电机转速达到300r/min,工作压力达到1.0～1.5MPa后方可启动灰浆泵,喷浆量应控制在20～30L/min,桩底端喷浆必须保证在30s以上的时间,使浆液完全到达桩端,方可提升喷浆搅拌,禁止在尚未喷浆的情况下进行钻机提升作业。之后边喷浆、边搅拌、边提升,注意提升速度应≤0.5m/min,使水泥浆与土体充分搅和；直至地面(设计停浆面要求高出基础底面标高500mm,在开挖基坑时,再将上部质量较差的桩段用人工挖去),停止提升,搅拌数秒。待观察到钻头浆孔喷出的浆液正常稳定后,再次将搅拌机边旋转边沉入土中,至设计加固深度后再将搅拌机搅拌提升出地面,完成三搅三喷成桩。考虑到桩顶与基础底面接触,受力较大,在相对较软的地段可以在桩顶1.0～1.5m范围内再增加一次喷浆,以提高复合地基的强度。
搅拌成桩时,电流控制在60A以内,保证搅拌时间,增加拌和次数,提高搅拌转数,降低钻进速度。为了防止搅拌头叶片被堵住,在搅拌成桩时必须保持喷浆,这样才能有效保护喷头,同时提高工效、保证质量。在搅拌成桩过程中,因钻头喷浆孔堵塞不出浆或其它缘故停浆时,司钻迅速调至二档或三档把钻头提出地面,进行清除冲洗,并记录好停喷的时间和深度,清理好后立即复钻,边钻边喷浆至停喷深度以下1m处,以保证不断桩,并做好复喷的时间记录;为了防止灰浆堵塞导管,若停机>2h,宜拆洗输浆管为妥。每根桩成桩结束后应进行喷浆量检查,如水泥用量<70kg/m,则应立即复搅补喷。
4.2.6 结束工作时的注意事项
完成每一支搅拌桩后,应立即清洗钻具及泵具,并把搅拌桶内的余浆一律清除干净,不能留在桶内等待施工下一根桩时与新的浆体一起搅拌混合使用。
5　论文结论
该建筑工程实例通过优化设计,排除了不可行的各种基础方案,采用了深层搅拌桩复合地基方案,避免了采取复杂的施工方法,也排除了施工中大量的不安全因素。同时针对场地特征,采取了较科学的施工工艺和控制措施,保证了施工质量和施工工期,在技术和经济上均取得了良好的效果。

参考文献

(1) 周 国均等,深层搅拌法,《地基处理手册》中国建筑工业出版社
(2) 韦伯军,浅议水泥土深层搅拌桩复合地基,《工程设计与研究 》95.1期
(3）叶观宝， 叶书麟水泥土搅拌桩加固软土的试验研究.上海:同济大学学报， （1998.8）
(4) 叶观宝编著.地基加固新技术 机械工业出版社，
(5) BG 50007-2002 建筑地基处理技术规范