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桩基础设计,桩基施工 一工程概况 在我国西南地区修建铁路、公路,不可避免地会遇到岩溶地基对于岩溶发育地区的桩基,如何准确确定桩基持力层高程,如何在桩基设计、施工过程中确保桩基工程质量,如何采用安全、经济、合理的桩基设计及溶洞处理方案,是桩基设计人员普遍关注的问题
本文以某穿越岩溶地区的铁路大桥桩基础的设计及施工为例,探讨岩溶地区桥梁桩基础设计及施工的技术措施
该桥桥区地质条件复杂,基岩起伏较大,岩溶极为发育,存在暗河和多层溶洞
根据地质钻孔揭露,桥区上覆地层为第四系冲积层,下伏基岩为石炭系灰岩,地层自上而下可分为:①第四系冲积层,亚粘土、粉细砂、圆砾卵石层交错分布,层厚1.6~10.9m;②强风化页岩,半岩半土破碎块状,层厚3.20~32.2m;③弱风化灰岩,岩芯呈碎块状,裂隙发育,层厚1.10~5.00m;④微风化灰岩,块状构造
节理裂隙发育,溶隙及溶洞极发育
本区溶洞层数最多达11层,一般在7~8层,溶洞最高约10m
全桥30根桩基处于溶洞区,在桩基施工过程中增加了10根溶洞桩基
二溶洞本身存在的问题解决 溶洞问题的存在本身就有三大难点期待解决: 2.1溶洞的孔壁情况以及大小、位置不清等会对冲击钻头运行情况造成隐患,如卡钻、掉钻等; 2.2溶洞的连通情况无法准确了解,这会造成孔内泥浆急剧下沉,钻孔过程中的内外水头失去平衡,有可能造成孔壁坍塌事故的发生; 2.3溶洞的走向不明,加上施工超前钻只能在桩位以外进行地质层的揭示,从某种意义上来说,勘探资料无法提供准确的地质分布状况,正是这种模糊的参考资料,造成施工中极大的盲目性
传统的地质钻探方法在非灰岩地区、岩溶不发育地区,因地质匀质性较好,作为判明地基承载力,地质分层情况的方法是十分有效的、可行的;但是,在岩溶发育地区,该方法却存在一定的局限性,地质钻孔取样所提示的地质条件并不能完全反映桩位处岩溶、裂隙的发育状况
因此,在初勘阶段,地质部门就应采用钻探与物探相结合,物探的优点是效率高、成本低、仪器和工具比较轻便、探测的范围比较广而全
虽然物探较难得出肯定的结论,但通过物探,对整个场地的地质有了较全面的了解,初步探明地质异常区,再与钻探相结合,对指导地质判断,合理布置钻孔、减少钻探工作量等方面能起到良好的作用
由于岩溶发育规律性不强,加上钻探本身也存在较大的局限性,初勘阶段的工作重点应放在探明岩溶发育强度及分布规律上,而不要过多地考虑桥梁桩基的具体位置
建议在岩溶发育地区,应根据桥梁跨径、岩层分布等情况选择合适的物探方法进行补充勘探,以做到经济、合理、安全、可靠地探明桩位处的地质,确保工程安全
桩基施工前,对桩基穿过石灰岩地层的溶洞分布情况,特别是每根桩基深度范围内溶洞分层高程、填充体、暗河水流情况的地质资料勘探清楚,尽可能做到每根桩基1孔或多孔钻探;若对大直径桩岩溶情况难以判断,每桩须钻2个或3个地质孔,探明设计桩位与溶洞的关系,如溶洞分布面积大、层数多竖向溶沟,为减少施工难度和投资,可加大桥梁跨度,减少桩基工程
由该桥的勘探实践证明,由于桩基直径远大于地质勘探孔直径,个别未进行物探,仅按逐桩钻孔勘探桥梁的溶洞桩基,并不能完全揭示岩溶发育与分布规律,对于直径1.5m以上的桩基,必要时可用一桩三孔查明溶洞分布情况,并在桩基孔施工中,基岩面露出后,在其四周布孔,准确查明桩基直径范围内一定深度的岩溶发育情况
三设计体会 3.1针对桩位下较深范围内,有密集型溶洞和完整岩性埋置较深的情况,或者溶洞分布较浅、顶板较薄无法满足嵌岩桩要求时,可考虑采用摩擦桩,并应考虑基础的不均匀沉降
此时,顶面岩溶层与桩之间亦应采取隔离措施,不得考虑桩身与该顶面岩溶层之间的摩阻作用
置于岩溶地区溶槽或溶沟处的桩基础,当桩穿过溶槽、溶沟内的填充土支立于溶槽底面或溶沟底面的岩层上时,不应考虑多层岩溶层对桩侧起摩阻作用,仅将这种摩阻作用视作安全储备
通常不仅不应考虑多层岩溶层对桩侧的摩阻作用,而且在钻孔灌注桩施工过程中应采取措施(例如采用麻布或油毛毡作隔层),将多层岩溶层与桩壁之间分隔开,使基桩承受的轴向荷载全部作用于桩底的坚固岩层上,可按支立于一般岩层上的柱桩分析方法进行桩的内力分析
桩的轴向容许承载力应根据溶槽或溶沟底面岩层的稳定性(包括强度和缝隙等情况)确定
3.2岩溶地区的岩石裂隙发育,赋存丰富的裂隙水和岩溶水,桩基施工可能会出现渗水、漏浆,桩底沉淀土难以清除,在设计中应不计桩尖抗力的作用,以策安全
3.3设计时应重视桩基负摩擦力的影响
一般地基土石在扰动之后都会在自重的作用下固结下沉,特别是由于大量开采地下水而导致地基软弱层相对桩基固结下沉,因而产生一个向下的摩擦力,即负摩擦力,从而增加了桩基所承受的轴向荷载,甚至可能导致桩基破坏
因此施工时,考虑在中性点(负摩擦力和正摩擦力分界点)以上用油毛毡或钢套管(管内抹油)作隔离层,消除负摩擦力的影响
克服负摩擦力的方法与解决岩溶层桩基破坏方法相似,但本质不同
3.4对于采用的嵌石桩,无路桥规或铁路桥规,对桩底以下完整基岩的厚度,均未作规定
而采用物探方法仅能探明4~5m深的范围,给岩溶地区桩基的设计带来一定的困难
因此,要结合实际情况,采用适当的桩基形式和计算方法
当桥梁墩台下地基有呈上下成串分布的溶洞时,在充分探明溶洞最下层分布的前提下,宜采用直径≮1.5m的钻孔桩
若上面成串分布的溶洞均较小,且有填充物时,可在钻孔至空洞时,先行压浆加固填充,待其凝固到一定强度后再依次往下钻孔压浆,直至按摩擦桩计算所需的桩长
3.5由于岩溶发育造成的复杂工程地质条件,因此桥梁设计时的有关地基设计参数如何取值一直为设计者所关注
合理的参数值,既可保证桥梁工程的质量,又可降低工程造价
以桩基容许承载力的取值为例
当岩溶层上覆土层较厚,利用上覆土层作桩基持力层时,容许承载力按摩擦桩轴向受压的容许承载力计算方法计算
当桩基支承于厚度不小于6.0m的溶洞顶板上时,容许承载力按柱桩轴向受压的容许承载力计算方法计算,同时注意桩的邻近岩溶情况,分析判断顶板的稳定性
所以为了最大程度保障建筑工程的施工质量,在工程正式施工之前就应对各项建筑材料的应用进行严格的检测,然而在对建筑材料检测的过程中,除了建筑材料本身的优劣会直接影响其检测结果,如果使用的检测设备不符合专业标准,采用的检测方法没有按照规定操作实施以及在具体的材料检测过程中没有对操作的各个阶段严格把关等,这些细节的失误都会对建筑材料最终的检测结果造成重要影响
因此在今后的建筑材料检测过程中,不仅要以优质的建筑材料作为检测对象,更重要的是对建筑材料的整个检测过程进行严格、细致的把关
本文主要研究在建筑材料检测过程中能对材料的检测结果产生影响的主要因素,进而对每个影响检测的因素进行有针对性的分析,并提出相应的解决方案,以便为建筑材料的精确检测提供借鉴和参考
[关键词]建筑材料;材料检测;检测结果;影响因素 [DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.52.189 在建筑工程正式开始进入施工阶段之前,建设单位和施工单位都会对相关的建筑材料进行进货和检测,因为建筑材料的精确检测与评价直接关系着建筑工程的施工质量和使用年限,所以建筑材料的检测是建筑工程施工环节中必不可少的关键环节,而在这一关键环节中最为重要的就是要保证建筑材料检测结果的精确性
建筑材料的检测是由专业的检验室进行,只有具有相关检测经验以及专业检测知识的人员才能对建筑材料进行准确的检测,但是,就目前而言,我国国内有一部分建筑材料的检测并不是由专业的检测室主导进行的,所以检测结果不具有权威性,而且虽然有一大部分的建筑材料检验均由专业检测室进行检测,但是这些检测室面临的一个共同的问题就是相关的检测设备过于陈旧,由于没有及时引进先进的检测仪器进而使得检测的自动化水平相对较低,检测耗费的时间相对较长,同时相关的检测人员素质有待提升以及对设备仪器的掌握熟练度有待加强,此外测试数据记录不仔细、操作不规范等问题也是在建筑材料检测中影响检测结果的关键性因素
因此,由上述可知,目前在检测建筑材料的过程当中对检测结果能产生影响的关键因素主要包括检测方法不正确、检测仪器设备不先进、检测操作不规范以及检测结果记录不准确等几个方面[1]
1建筑材料检测方法不正确 当下建筑材料检测的检测结果之所以受到质疑,一个关键的问题就是选用的检测方法不准确,举例而言,从理论上来说,针对水泥的稠度检测经常采用两种检测方法,一种是标准检测方法,另一种则是代用检测方法,而且国家的相关文件明确规定当采用标准检测和代用检测产生不同的检测结果时,以标准检测的结果为准,但是这样的检测根本难以达到检测目的,检测出来的水泥稠度也难以达到标准,所以针对这种理论与现实脱节的情形,在实践中通常采用代用检测法,并将代用检测的结果作为最终结果
所以在建筑材料检测的整个过程中,检测方法的选择至关重要,因为不同型号的建筑材料具有不同的检测方法,所以在检测过程中一定要根据建筑材料的具体型号选择具有针对性的检测方法,而且对于检测方法的选择不仅要有针对性,而且还要符合实践中相关的检测标准和要求[2]
2建筑材料检测仪器不先进 当下由于检测仪器过于陈旧,所以检测的时间较长且检测结果缺乏精确性,同时由于在设备操作的过程中并没有严格的遵守操作规范也是造成检测结果不准确的重要影响因素之一,为了改变这一现状可以从下述几个方面进行尝试:(1)检测室应该根据检测规范以及检测标准的要求及时引进先进的检测设备和仪器,而且不同的检测仪器要齐全,以便对不同型号的建筑材料都能进行准确检测
(2)利用检测仪器进行材料检测时,一定要遵照相关的操作手册进行操作,例如在材料检测之前要将检测仪器进行校准测试,如果出现错误要及时对仪器进行重新设定和检修,只有这样才能进一步保证检测结果的准确性
(3)由于不同的材料具有不同的检测设备要求,所以在对材料进行检测的时候要先对检测仪器进行正确选择,然后再根据材料的检测项目对检测设备的调试进行确认
例如实际检测的时候,拉力机的准确度要优于一级或者等于一级,绝对不能小于一级,否则就会对检测结果造成影响,甚至会产生截然相反的检测结果
(4)检测仪器选择正确且已经经过调试之后,难道就可以保证检测结果的准确性吗?答案当然是否定的,检测人员的操作水平以及对检测仪器掌握的熟练程度也会直接影响检测结果,因此检测的工作人员必须要在日常的工作中熟练掌握各种设备的操作流程,在对操作仪器进行数据调整的时候也要耐心和细致,只有这样才能全面的保证检测结果的准确性
3建筑材料检测人员素质不高 由于检测人员的专业素质不高,所以有一部分检测人员在建筑材料的检测过程中就不会对检测结果给予过度的关注,其主要以完成检测任务为目的,这就为检测结果的误差产生埋下了隐患,例如检测人员对于检测规范的掌握并不熟悉,所以在操作过程中经常会偏离检测说明的要求,而且在最终检测结果的记录中,也会由于检测人员责任心不强而造成检测结果记录失误的情况
因此在今后的检测中,相关检测人员一定要经过专业的培训和监督,提升检测人员的责任意识,这样才能使其在检测过程中严守规范,精确记录
4其他影响建筑材料检测结果准确性的因素 首先,由于同一材料取样的部位不同,那么也会对建筑材料的检测结果造成一定影响,例如钢材的检测必须要截取规定的检测部位,这样的检测结果才具有准确性,然而在实践中由于检测人员责任意识淡薄或者检测人员违规操作进而造成检测结果偏差的情形屡见不鲜,所以为了尽量保证检测结果的准确性,对于材料的取样部位一定要严格把握
其次,检测环境也会对检测结果造成影响,例如检测环境温度变化剧烈的检测结果相较于检测环境温度稳定的检测结果而言更加容易出现偏差,所以对于建筑材料的检测一定要保持环境的稳定,其中既包括环境温度的稳定,同时也包括环境湿度的稳定,这样才能使检测结果免受温度以及湿度变化的影响,进而保证检测结果的准确性
最后,对于检测结果的处理也会对检测结果的准确性造成影响,例如在对一建筑材料进行检测之后,其中如果包含的检测结果偏离标准范围过大或者过小,那么这部分检测数据应该剔除,然后再将剩余的检测数值进行平均计算,所以针对那些明显失真的检测数据应当剔除,否则就会影响检测结果的准确性
5结论 综上所述,在对建筑材料进行检测的过程中,能够影响检测结果的因素多种多样,针对不同的影响因素要选取不同的解决方案予以解决,其中最重要的就是重视对检测人员的培训,因为人的主观能动性是不可忽视的,无论何种解决方案的实施都需要人的协助
参考文献: [1]王明芳.建筑材料检测中影响检测结果的关键因素研究[J].实验技术与管理,2013,30(6):31-33. [2]沈振岳,脱红勇,罗星.监理工程师控制建筑工程材料质量的方法和手段[J].建筑技术,2011,42(9):827-829.
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