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    准确的勘察资料是进行基础选型分析的基本资料,可行的施工工艺是现场实践基础型式的前提,在基础选型过程中,二者需紧密结合。

    一、 案例介绍及桩基选型依据
    本案例结合公司某项目单体,为18层住宅楼,原设计基础形式为筏板+钻孔灌注桩,为减少工期与提高经济效益,通过对地质勘察报告与成桩工艺的研讨,对原基础方案进行了优化分析。
    1、原基础方案中采用钻孔灌注桩的原因
    (1)在基础选型设计过程中,一般优先考虑天然地基作为基础持力层,当基底所在土层无法满足地基承载力要求时,常采用地基处理或者桩基础。本工程所在场地地质土层情况如下:
    ①杂填土;②粉质黏土;③粉质黏土;④粉质黏土;
    ⑤含碎石粉质黏土,褐黄色,可塑,局部硬塑,含铁锰氧化物及其结核,含10~30%碎石,一般粒径0.5-3cm,最大粒径大于10cm,局部呈半胶结状,无摇震反应,稍有光泽反应,干强度及韧性中等。该层场区普遍分布,层底深度8.80~11.80m,层底标高16.02~19.02m,层厚0.70~6.10m。
    ⑥粉质黏土,棕黄色,可塑~硬塑,偶见粒径0.5~1.0cm姜石,无摇震反应,稍有光泽反应,干强度及韧性中等。该层于2#、9#、15#~17#、19#、20#钻孔底部夹第⑥-1亚层碎石,青灰色,中密~密实,饱和,碎石成分为石灰岩,呈次棱角状及亚圆状,一般粒径0.5~4cm,最大粒径大于10cm,含量50~70%,硬塑黏性土充填,局部呈钙质胶结状,可取出短柱状岩芯。该层场区普遍分布,层底深度12.10~17.00m,层底标高10.56~15.76m,总层厚1.30~6.60m。第⑥-1亚层厚度0.50~1.10m。于第⑥-1亚层碎石层中做重型圆锥动力触探1孔1次,结果为反弹。
    ⑦残积土,棕黄色~灰绿色,可塑,组织结构全部破坏,母岩成分为闪长岩,岩芯呈砂土状,含少量闪长岩风化岩残核。
    ⑧全风化闪长岩,灰绿色,密实,结构基本破坏但尚可辨认,矿物成分大部分蚀变,岩芯呈砂状,属极软岩,岩体极破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层层底深度15.20~28.70m,层底标高-0.74~12.50m,层厚1.50~14.70m。
    ⑨强风化闪长岩,灰绿色,粒状结构,块状构造,主要矿物成分为长石和角闪石,结构大部分破坏,矿物成分显著变化,岩芯呈砂状及碎块状,手掰易碎,局部呈短柱状,锤击易碎,岩芯采取率40~60%,RQD=0,属软岩,岩体破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。层底深度16.50~36.80m,层底标高-9.14~11.13m,层厚0.60~10.40m。
    ⑩中风化闪长岩,主要矿物成分为长石和角闪石,裂隙较发育,岩芯呈柱状、长柱状,锤击声脆,一般节长10-25cm,最大节长60cm,岩芯采取率80~90%,RQD=70~85,属较软岩,岩体较完整,岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层场区普遍分布,未揭穿,最大揭露深度45.00m,最低揭露标高-17.34m,最大揭露厚度9.20m。
    场地地下水位埋深较浅,勘察期间地下水静止埋深为2m左右,丰水期水位标高接近地表。基底绝对标高为18m上下,基础位于第5层,含碎石粉质粘土层,承载力特征值为180Kpa。因主楼楼板采用装配式叠合楼板,平均板厚130mm,相比正常楼板100mm厚,自重略有增加,加上地下水位埋深较浅,持力层承载力经修正后,仍然无法满足计算要求。故需进行地基处理或者采用桩基础。
    (2)勘察报告中对于场地岩土层的特征描述及分析评价,是基础设计的基本依据。根据拟建建筑物性质及场地工程地质条件,如进行刚性复合地基处理,即常用的CFG桩,一般采取长螺旋成孔工艺,因场地内普遍分布第5层含碎石粉质粘土,该层含10%~30%碎石,局部呈半胶结状,施工时成桩困难,为此,勘察、设计单位对基础方案的选取建议采用桩基础。因第5层含碎石粉质粘土,且场地局部存在第6-1层中密~密实状态碎石,如采用预制桩,沉桩均较困难,因此选取采用钻孔灌注桩。
    2、本场地钻孔灌注桩的适用性与欠缺性
    (1)本场地钻孔灌注桩的适用性
    钻孔灌注桩在项目所在地区有着较广的应用,该桩适合于各种地层,可采用回转钻机或旋挖钻机成孔,桩径、桩长可灵活选择;以中风化岩为桩端持力层,采用嵌岩桩,可取得较大单桩承载力特征值。为此,原设计采用600mm桩径灌注桩,桩长≥13m,嵌岩深度1.2m,单桩承载力特征值为Ra=2200KN。
    (2)本场地钻孔灌注桩的欠缺性
    ① 通过对勘察报告中地质剖面分析,可见场地岩石风化程度严重不均,桩端持力层第10层中风化闪长岩岩面起伏较大,以5#楼所在位置8-8~地质剖面为例,第10层中风化闪长岩东西向起伏高差近19.80m,且在第51#孔点位置,残积土下直接为中风化闪长岩,缺失全风化及强风化岩层,风化层明显缺失,此种现象常为球状风化。较大的岩面起伏加上球状风化,在成桩过程中,会很难判断出桩端岩性。为保证桩端岩性完整及桩端入岩有效深度,勘察、设计均提出采用一桩一勘做法,通过施工勘察查明桩端持力层位置(确定桩长)及桩端以下3倍桩径且不小于5m范围内岩石风化程度,确保单桩承载力满足设计要求。

    ② 因本工程嵌岩桩须以中风化闪长岩为桩端持力层,以5#楼所在位置8-8~工程地质剖面图为例,49#孔位附近最大桩长将达到27m。以4#楼所在位置5-5~工程地质剖面图为例,29孔位附近最大桩长将达到18.5m。桩身长度的增加,将会给工程成本及工期带来相应增加。

    3、水泥粉煤灰碎石桩复合地基处理(简称CFG)的难点
    (1)CFG适用于处理黏性土、粉土、砂土和自重固结已完成的素填土地基,处理后地基承载力与土层侧阻及土层厚度有很大关系,本工程51#孔位处,中风化岩层较高,土层厚度较小,有限的土层处理深度能否满足承载力设计要求是采用CFG的基本条件。
    (2)局部较厚的第5层含碎石粉质粘土是采用CFG的最大难点,CFG成孔工艺主要为长螺旋钻孔,常用长螺旋钻孔在碎石土层、硬夹层、砾石夹层中均不宜采用。
    (3)预估处理深度范围内,需对全风化闪长岩进行处理,场地存在球状风化现象,在成孔过程中是否会遇到球状发育导致成孔困难也会给工程带来不利影响。
    (4)种种不利情况,要求从设计方案选择开始就必须考虑施工过程中有可能遇到的问题并加以规避。
    4、通过设计分析,确定有限深度土层处理后是否满足设计要求
    (1)经设计单位复核计算后,5#楼最小处理深度需要9.5米,4#楼最小处理深度需要8.5米,桩端以第8层全风化闪长岩及第9层强风化闪长岩为持力层。
    (2)因4#楼处理深度范围内,较大部分为全风化闪长岩,5#楼51号孔位处,桩端需部分入中风化闪长岩。相对于常规CFG的适用土层有较大差异,经与设计单位及施工图审查单位研讨,确定此地基处理方案在设计上是可行的,但同时也指出需要考虑成桩工艺的困难性。


    5、通过成孔工艺分析、调整,保证长螺旋在含碎石粉质粘土中的成孔有效性
    (1)由地质剖面图可判断,长螺旋成孔问题主要为桩顶所在的第5层含碎石粉质粘土层,该层含10%~30%碎石,局部呈半胶结状,主要处理深度范围内大部分为全风化闪长岩,加大了成孔过程中遇见球状岩石发育的可能性,对成孔造成较大影响。
    (2)结合预知问题,提前就施工难度与施工单位探讨解决办法
    ① 对于场地半胶结状粘土碎石层,要求钻机动力装置马力足,备用1~2个钻头以替换成孔过程中的钻头损耗。
    ② 为方便长螺旋在碎石层钻进,可考虑加大桩径,采用500mm或600mm桩径,同时加大桩间距,本场地含碎石粉质黏土层,与完全的碎石层有区别,且胶结状为局部,为此保持了原400mm桩径。
    ③ 取不同工况点进行试钻,依据试钻情况及时调整施工参数,对于较厚半胶结碎石层,经多方咨询,可采用“引孔”,即当长螺旋钻机在钻进过程中较长时间不能钻透时,采用潜孔钻机对未完成桩位进行引孔,预成直径200mm小孔,然后潜孔钻机撤出,长螺旋继续钻进。
    ④ 考虑成孔钻进时间有可能过长,准备采用打灌分离工序。
    (3)CFG现场试成孔及施工期间工序调整
    ① 试成孔选择最不利工况位置,发现当成孔至胶结碎石层时,因提前采用大马力装置,长螺旋钻进速度有所下降,但完全可以钻进穿透碎石层,当钻进至强风化岩层时,钻进速度明显下降。但均未出现较长时间无法钻进情况,总体成孔时间加长,强风化岩较厚位置,成孔时间近1小时/颗,风化岩层较少位置,成孔时间10~20分钟/颗。
    ② 考虑成孔时间与常规情况相比偏长,且现场砼供应因外界原因不及时,决定采用打灌分离工序,即第一次成孔后对空孔进行回填,完成第一遍成孔、回填后,再进行第二次成孔、砼压灌。此工序避免了成孔期间混凝土长时间等待灌注问题,也避免了成孔后如长时间不灌注砼出现塌孔的现象。
    (4)施工完成养护期满后,根据规范及设计图纸要求对所施工的CFG桩进行了各项检测试验,复合地基承载力均满足设计要求,复合地基增强体单桩承载力均满足设计要求。
    二、 成本及工期对比
    1 、灌注桩方案与CFG地基处理方案成本分析
    (1)原钻孔灌注桩成本分析(以5#楼为例),5#楼采用灌注桩,需以中风化闪长岩为持力层,桩径600mm,桩数128棵,入岩深度需≥1.2m,且桩长需≥13m,依据岩土工程勘察报告中地质剖面图判断,部分桩长将达20m~30m,灌注桩布置见图2-1.2。

    (2)CFG地基处理成本分析(以5#楼为例)5#楼采用CFG地基处理设计,桩径400mm,桩数341棵,有效桩长9.5m,桩端持力层为全风化闪长岩,局部为强风化闪长岩,CFG桩布置见图2-1.3。

    (3)成本对比,以5#楼为例

    经测算,4#5#楼采用CFG地基处理后相比采用钻孔灌注桩可节省成本76.5万元。如考虑本场地采用灌注桩宜进行桩基勘察情况,4#5#楼采用CFG地基处理相比采用灌注桩亦可节省桩基勘察费用30万元(桩基勘察成本按70元/m计)。
    2、灌注桩方案与CFG地基处理方案工期分析
    (1)结合公司其他项目,如混凝土供应及时,CFG平均成桩40颗/天,钻孔灌注桩平均成桩4颗/天,以5#楼为例CFG共341颗桩,钻孔灌注桩共128颗桩,理论上CFG相比灌注桩节省工期128/4-341/40=23.5天。
    (2)因交通限行、环保治理及商混限产等原因加上场地地质情况对成桩工艺的影响,此项目桩基工程整体施工工期偏长,CFG平均成桩11颗/天,钻孔灌注桩平均成桩3颗/天,5#楼CFG共341颗桩,钻孔灌注桩共128颗桩,实际上CFG相比灌注桩节省工期128/3-341/11=11.6天。
    三、 总结
    1、在基础选型中,应先对勘察资料进行仔细分析,再对相关施工工艺进行多方研讨,形成多设计方案后进行对比,研究、分析不同方案所遇问题,根据具体情况改进方案。
    2、在采用非常规施工工艺前,前置施工中有可能遇见的问题,提前准备应对预案。
    3、通过此项目CFG地基处理代替钻孔灌注桩,可知长螺旋成桩工艺在半胶结含碎石粉质粘土层中是可行的,在强风化闪长岩中成孔较慢,但相比钻孔灌注桩,在成本和工期上均有较大节省。

     

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