隨著27年的改革開放,給深圳這座年輕的城市注入了活力、生機。深圳地區高層建筑如雨后春筍般拔地而起,市政道路、地鐵正緊鑼密鼓地施工和準備著。在基礎施工中,因受相鄰建筑物如公路、各種地下管線等市政設施的影響,以及受地質條件制約,為減少機械施工噪音的影響,對如何采取工藝簡單且技術安全可靠、經濟合理的施工手段,是當今投資方和施工單位所必須考慮的問題之一。人工挖孔灌注樁是近十年來開發出的一種行之有效的施工方法,尤其在廣東、深圳、上海、北京地區已經得到了大力的推廣和應用。
1 基本原理及適用范圍
人工挖孔(或擴孔)灌注樁是指在樁位采用人工挖掘方法成孔,然后安放鋼筋籠,灌注混凝土而成。
灌注樁按其受力條件主要分為兩大類:擋土樁和工程承載樁。人工挖(擴)孔樁宜在地下水位以上施工,適用于人工填土層、粘土層、粉土層、砂卵石層和風化巖層。而在地下水滲水量大且難以排水的地層以及松砂層、淤泥土層中,不宜進行人工成孔,尤其不宜在有毒氣的地層中進行人工成孔。人工挖(擴)孔樁的樁身直徑一般為800mm~2000mm,最大直徑可達3500mm。樁端采取擴底和不擴底兩種方式,一般擋土樁采取不擴底方式,而工程承載樁則采取擴底方式。同時,設計人員視樁端土質條件,擴底直徑一般為樁身直徑的1.3倍~2.5倍,最大擴底直徑可達4500mm。擴底變徑尺寸一般按(D-d)/2∶h=1∶4的要求進行控制,其中,D和d分別為擴底直徑和樁身直徑;h為擴底變徑高度,擴底部分可分為平底和孤底兩種,后者的矢高h1>(D-d)/4。
為便于施工,挖孔樁孔深不宜超過30m。當樁長L≤8m時,樁身直徑(不含護壁厚度,下同)不宜小于0.8m;當8m<L≤15m時,樁身直徑不宜小于1.0m;當15m<L≤20m時,樁身直徑不宜小于1.2m;當樁長L>20m時,樁身直徑應適當加大。
2 施工工藝
2.1 施工程序
挖孔灌注樁施工程序為:場地平整→放線、定樁位→挖第一節樁孔土方→支模澆灌第一節混凝土護壁→在護壁上二次測標高及做好軸線標志→安裝垂直運輸架、起重卷揚機、孔底吊土桶、通風、照明設施等→第二節樁身挖土→護壁→重復第二節挖土、支模、澆灌混凝土護壁工序,循環作業直至設計深度→檢查持力層后進行擴底(僅限于工程承載樁)→清理虛土、排除積水、檢查尺寸和持力層→吊放鋼筋籠→灌注樁芯混凝土。
2.2 護壁厚度設計
大直徑人工挖孔樁以及在土質條件較差地區,大都采取分段挖土、分段護壁的方法施工,以保證操作安全。對于深度小于6.0m,且土質條件較好、不擴頭的樁(Φ1000mm以內)可采取不護壁挖掘。
混凝土護壁厚度t可按下式計算:
t≥KN/fc或t≥KPD/2fc。
其中,N為作用在混凝土護壁截面上的壓力,N/m2,N=P×D/2;K為安全系數,一般取1.65;fc為混凝土軸心抗壓強度,N/mm2;P為土和地下水對護壁的最大側壓力,N/mm2;D為樁孔直徑,m。
1)對無粘性土,當無地下水時:
P=γHtg2(45°-Φ/2);
當有地下水時:
P=γHtg2(45°-Φ/2)+(γ-γw)(H-h)tg2(45°-Φ/2)+(H-h)γw。
2)對粘性土,當無地下水時:
P=γHtg2(45°-Φ/2)+2ctg(45°-Φ/2);
當有地下水時:
P=γHtg2(45°-Φ/2)-4ctg(45°-Φ/2)+(γ-γw)(H-h)tg(45°-Φ/2)+(H-h)γw。
其中,γ為土的容重,kN/m3;γw為水的容重,kN/m3;H為挖孔樁護壁深度,m;h為地面至地下水位深度,m;D為挖孔樁外直徑,m。
通常護壁厚度取10cm~20cm。 2.3 護壁成孔
為防止塌孔和保證操作安全,挖孔樁多設現澆混凝土支護,每節高1m~1.1m,或加配適量Φ6.5mm~Φ8mm光面鋼筋@200mm×200mm,護壁混凝土強度標號一般與樁芯一致(C20或C30),挖孔時應預留出護壁厚度,以保證設計的樁芯柱體尺寸。
護壁施工采取拼裝而成的木模支護,拆上節支下節,循環周轉使用。對成樁直徑不小于1.5m的樁進行支模時,為防止模板跑位變形,需設內支撐。混凝土用吊桶運輸,人工澆筑,上部留100mm高作澆灌口,并用手提插入式振動器振搗,待混凝土強度達1MPa即可拆摸。當使用大廠水泥時可在8h~12h后拆模(一般視當地氣溫而定)。
2.4 鋼筋籠制安
通常有樁內綁扎和井口吊裝兩種方式。樁內綁扎通常用于擋土樁,而工程樁則采用井口吊裝方式。對直徑和長度大的鋼筋籠在地面制造時,一般在主筋內側每隔2m~2.5m加設一道與主筋直徑一致的加強箍,并在每箍內設一“Δ”型加強支撐,同時將主箍焊接牢固組成骨架。為便于吊運,一般應分節制作。鋼筋籠的主筋為通長鋼筋,其接頭通常采用對焊或雙面焊,主筋與箍筋間隔點焊固定。控制保護層為不小于50mm,鋼筋籠外形尺寸偏差為±10mm。
鋼筋籠就位采用起重機進行吊裝,上下節主筋采用幫條雙面焊接,整體鋼筋籠用鋼管懸掛在井壁上,借其自重保持垂直。
2.5 灌注樁身混凝土
在灌注混凝土前,應先放置鋼筋籠,并再次清除孔內虛土。混凝土坍落度控制為18cm~22cm。
混凝土灌注可采取現場拌制或商品混凝土泵送形式。混凝土下料采用溜槽和串筒,要垂直灌入樁孔內,避免混凝土斜向沖擊孔壁,造成塌孔和混凝土離析現象。
混凝土應連續分層灌注,每層灌注高度一般不超過1.5m,對擴大頭段采取一次性灌注振搗。對于直徑較大的挖孔樁分層搗實時,應隨時振搗密實,直至樁頂。當混凝土灌注量大時,可用混凝土泵車送料。在混凝土初凝前抹壓平整,以避免出現塑性收縮裂縫或環向干縮裂縫。表面浮漿層應鑿除,使之與上部承臺或底板連接良好。
2.6 混凝土養護
當樁頂標高比自然場地標高低時,在混凝土澆筑12h后進行灑水養護;當樁頂標高比場地標高高時,在混凝土澆筑12h后應覆蓋草袋,并灑水養護,且養護時間不少于7d。
3 工程實例
深圳地鐵2號線土建工程2201標世界之窗站與地鐵1號線十字換乘,位于1號線之下,1號線車站已經處于運營階段。其中換乘節點48.6m位于深南大道下方范圍已建成,待建車站南、北基坑分別長58.75m,43.15m,基坑深約21m,采用人工挖孔咬合樁+鋼支撐支護體系,南北基坑各分兩期施工。南基坑近鄰景區世界之窗,北基坑近鄰在建益田假日廣場建筑群。本標段車站站南接48.25m暗挖區間,車站站北接區間折返線。
北基坑采用Φ1400@1350人工挖孔咬合樁;南基坑采用Φ1400@1350人工挖孔咬合樁(地鐵物業部分),一期、二期基坑分界處圍護樁采用Φ1400@2000(車站主體范圍)和Φ1200@2000(地鐵物業范圍),南基坑地鐵物業范圍和北基坑風道范圍采用Φ1200@1150人工挖孔咬合樁,挖孔樁護壁厚均為150mm。
4 結語
1)人工挖孔樁機具設備簡單,作業時無振動、噪聲小,更適用于在狹窄施工場地內對鄰近建筑物基礎的保護;
2)人工挖孔樁和外側旋噴樁相結合止水效果良好,能保證基坑順利施作。四周開挖后的平整度及外觀質量,能確保設計施工要求;
3)當孔深較大時或地下水較為豐富的地區,須保證孔內通風及照明,護壁混凝土強度最好與樁芯一致,拆模時間應視當地氣溫條件而定;
4)樁內空間狹小,勞動條件差,稍一疏忽,容易發生人身傷亡事故,應引起高度重視;
5)國內因勞動力便宜,工程造價低,可按施工進度要求分組同時作業;
6)人工挖孔樁受天氣、氣溫影響較大;
7)如因受相鄰建筑物、公路、各種地下管線等市政設施的影響,以及受地質條件制約,為減少機械施工噪音的影響,人工挖孔樁在深圳具有廣闊的市場前景。 |
