拋填塊石場地中旋挖深孔灌注樁的質(zhì)量缺陷與防治對策探討

孔凡林,羅世輝,李成芳,李昕

（重慶市建筑科學(xué)研究院 重慶 400015）

1 引言

根據(jù)建設(shè)部 《建筑施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理機(jī)構(gòu)設(shè)置及專職安全生產(chǎn)管理人員配備辦法》和《危險性較大工程安全專項(xiàng)施工方案編制及專家論證審查辦法》,為了保證深孔樁開挖的人身安全,在重慶地區(qū)拋填塊石場地內(nèi)超過15m深孔灌注樁不建議采用人工挖孔。取而代之,旋挖鉆進(jìn)工藝成為理想的選擇。隨著旋挖深孔灌注樁在拋填塊石場地的廣泛應(yīng)用,伴隨的質(zhì)量缺陷暴露出來。特別是在新近拋填塊石場內(nèi),由于填土松散、深度大、地下水等因素,成樁過程中產(chǎn)生的塌孔造成樁身縮頸夾泥以及清孔不徹底造成樁底沉渣厚度超標(biāo)等質(zhì)量缺陷嚴(yán)重影響了樁基的正常使用。為了應(yīng)對旋挖深孔灌注樁在拋填塊石場地中應(yīng)用的此類質(zhì)量缺陷,本文從場地前期處理、設(shè)計(jì)施工階段、成樁后期幾個階段進(jìn)行分析討論防治措施。

2 拋填塊石場地特點(diǎn)與旋挖深孔樁的質(zhì)量缺陷

2.1 拋填塊石場地特點(diǎn)

近年來,隨著重慶城市化進(jìn)程的加速,城市用地日趨緊張,開山填谷的場地越來越多,該類場地多為開山放炮形成的塊石填土,夾雜表層粘性土等,巖性為砂巖或頁巖、灰?guī)r等。填筑方式為人工無組織拋填，填料之間的空隙較大,空隙率可達(dá)30%以上,粒徑較大,最大粒徑可達(dá)1～2m。在工程實(shí)踐中,我們接觸到不少拋填塊石場地,典型的工程項(xiàng)目有：由重慶涌鑫地產(chǎn)集團(tuán)開發(fā)的國際家紡城項(xiàng)目,由渝能集團(tuán)開發(fā)的陽光100國際新城2期,由重慶市公租房公司建設(shè)的茶園公租房小區(qū),在悅來開始建設(shè)的國際會展中心工程,重慶市兩江新區(qū)50%以上的園區(qū)面積等。這些拋填塊石場地,普遍具有如下特點(diǎn)：（1）填方埋深大,填土的厚度差異大、不均勻沉降明顯；一般厚度均在20m以上；（2）場地原始地貌多為沖溝,最初作為城市渣場使用,填筑方式均為拋填,且多為一次性填筑數(shù)十米而沒有經(jīng)過分層碾壓等處理措施；（3）結(jié)構(gòu)松散,顆粒分配極不均勻,填料一般為生活垃圾或爆破開山形成的土石方,塊石含量在50～80%,不少塊石粒徑在1m以上；（4）填土的高空隙率、強(qiáng)透水性,低粘結(jié)強(qiáng)度。

2.2 旋挖深孔樁的質(zhì)量缺陷

2.2.1 旋挖成孔工藝

旋挖鉆機(jī)成孔首先是通過鉆桿和底部帶有活門的桶式鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土,并直接將其裝入鉆斗內(nèi),土屑裝滿鉆頭后,再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮鉆桿將鉆斗提出孔外卸土,這樣循環(huán)往復(fù),不斷地取土卸土,直至鉆至設(shè)計(jì)深度,如圖1。

圖1 旋挖鉆進(jìn)

由于鉆進(jìn)速度快,功效高,無泥漿污染,逐步取代人工挖孔。

2.2.2 旋挖深孔樁的質(zhì)量缺陷

旋挖鉆機(jī)及施工工藝在我國北方地區(qū)已經(jīng)得到了普及,對重慶地區(qū)的拋填塊石場地,據(jù)調(diào)查,目前有多個項(xiàng)目正在使用該工藝進(jìn)行施工。根據(jù)我單位在多個項(xiàng)目中對旋挖深孔樁檢測與科研調(diào)查情況,主要的質(zhì)量缺陷如下：（1）由于填土松散,地下水的因素,在鉆進(jìn)過程存在塌孔現(xiàn)象,成樁直徑不能保證。（2）由于鉆進(jìn)后塌孔或者清渣不徹底,造成樁底沉渣過厚。（3）由于地下水或者混凝土澆筑的原因,造成部分混凝土嚴(yán)重離析,主要表現(xiàn)在樁底。

另外,理論研究方面,由于該工藝引入重慶也才幾年,對其受力特性進(jìn)行系統(tǒng)研究方面基本屬于空白領(lǐng)域。事實(shí)上,旋挖深孔樁不僅在工法上與傳統(tǒng)鉆孔樁有差別,在受力特性、地基土承載力發(fā)揮，特別是拋填場地的填土負(fù)摩阻力對樁基承載力以及沉渣和樁底混凝土離析對樁基變形的影響與傳統(tǒng)鉆孔（人工挖孔）樁有一定的差別而需要系統(tǒng)研究。

3 防治措施探討

3.1 鉆進(jìn)成孔塌孔的防治措施——前期場地預(yù)處理

由于新近拋填塊石場地,填土松散,特別是填土的上部欠固結(jié),如在重慶家紡城項(xiàng)目中遇到粘結(jié)強(qiáng)度很低的煤矸石填料層,塌孔非常嚴(yán)重,無法正常施工,甚至出現(xiàn)卡鉆,因此,確保工程質(zhì)量的首要任務(wù)是解決成孔問題。主要采取以下措施來解決這類問題：

（1）采取全套管旋挖鉆進(jìn)法,塌孔問題得到解決。該措施的主要缺陷在于套管拔出時較為困難,施工成本相對較高。

（2）局部開挖再碾壓回填。將粘結(jié)性較差的（如煤矸石、板巖）填料采用良好的填土（頁巖夾粘土）換填分層碾壓,基本解決了成孔塌孔的現(xiàn)象。比如在涌鑫地產(chǎn)開發(fā)的家紡城項(xiàng)目旋挖樁工程中取得良好的效果。

（3）強(qiáng)夯預(yù)固結(jié)處理,采用2000～4000kN·m的夯擊能進(jìn)行強(qiáng)夯處理,增加填土密實(shí)程度,提高其抗剪強(qiáng)度。比如在茶園公租房旋挖樁工程中取得良好的效果。

（4）對于拋填塊石填土中,局部夾有淤泥層,可采用灌漿法固結(jié),或者采用澆筑混凝土、添加碎塊石料擠土等方法進(jìn)行預(yù)處理。對于灌漿工藝、灌漿材料需要根據(jù)場地特點(diǎn)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)與試驗(yàn),才能取得較好的效果。

3.2 沉渣過厚的防治措施——設(shè)計(jì)施工階段

由于沉渣過厚造成樁基變形超出規(guī)范的允許值,就會引起基礎(chǔ)梁或上部結(jié)構(gòu)開裂。對于此類問題,并根據(jù)重慶地區(qū)樁基的特點(diǎn),建議將旋挖深孔樁設(shè)計(jì)為不少于3倍嵌巖深度,并與施工探孔相結(jié)合,做到逐孔驗(yàn)樁,確保嵌巖深度。其理論依據(jù)主要如下：

假設(shè)某樁基直徑為1000mm,單軸抗壓強(qiáng)度為14.3MPa,按照端承受力考慮。經(jīng)檢測沉渣厚度h=500mm,假定沉渣的壓縮模量Es=100MPa,樁基不均勻沉降按照0.2%控制,上部柱間距按照6m考慮,不均勻沉降差應(yīng)小于等于12mm。

樁基的沉降計(jì)算簡化如下：按照端承受力考慮,沉渣層受力等同于樁端承載力特征值P0=14.3/3=4.78MPa,沉渣層的壓縮變形S=P0×h/Es=4.78×0.5/100=24mm；依據(jù)《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ94-94）,3倍嵌巖深度時樁端承載力極限值為0.2×14.3=2.86MPa,特征值為P0=2.86/2=1.43 MPa,沉渣層的壓縮變形S=P0×h/Es=1.43×0.5/100=7mm；后者變形滿足設(shè)計(jì)要求,而不考慮嵌巖的樁基沉降變形超出規(guī)范要求?？梢?增加旋挖深孔樁的嵌巖深度有利于控制樁基沉降變形。

另外,嚴(yán)格控制清孔工藝,做到及時清渣、及時下鋼筋籠、及時進(jìn)行混凝土澆筑。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時,應(yīng)采用清孔鉆頭進(jìn)行清孔,孔底沉渣厚度控制指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)定。當(dāng)?shù)叵滤^豐富,應(yīng)采取措施（可采用水下澆筑工藝）防治澆筑的混凝土嚴(yán)重離析。

3.3 沉渣過厚的防治措施——成樁后期階段

依據(jù)《建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范》,灌注樁后注漿工法可用于各類鉆、挖、沖孔灌注樁及地下連續(xù)墻的沉渣（虛土）、泥皮和樁底、樁側(cè)一定范圍土體的加固。由于沉渣的強(qiáng)度較低,壓縮模量較小,為了改善沉渣的力學(xué)性質(zhì),可以采用灌注樁后注漿工藝。應(yīng)根據(jù)旋挖深孔樁的沉渣情況,進(jìn)行專門設(shè)計(jì)后注漿工藝。

4 結(jié)語

可以講,旋挖成孔工藝代替繁雜的人工開挖方式成為必然。2011年6月28日,重慶建筑業(yè)協(xié)會基礎(chǔ)分會的成立,是重慶地區(qū)旋挖成孔工藝發(fā)展的重要里程碑。為了更好的促進(jìn)旋挖樁的應(yīng)用,區(qū)別于傳統(tǒng)工藝樁,應(yīng)該關(guān)注旋挖樁存在的質(zhì)量問題,并予以解決。歸納起來主要采取如下措施:

（1）視拋填塊石的密實(shí)程度情況,對拋填塊石場地采取強(qiáng)夯法等預(yù)固結(jié)處理。

（2）采用清孔鉆頭進(jìn)行清渣工藝,并及時下鋼筋籠和澆筑混凝土；混凝土澆筑前,確?？椎壮猎穸瓤刂浦笜?biāo)滿足規(guī)范要求。

（3）做到逐孔驗(yàn)樁,確保嵌巖深度,樁基的設(shè)計(jì)嵌巖深度一般不宜小于3倍樁徑。

（4）視沉渣情況,采用灌注樁后注漿工藝,改善樁底沉渣性狀。

[1]JGJ94-2008,建筑樁基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]何世祥.旋挖鉆機(jī)在廣東地區(qū)的使用體會及管理研究[J].工程機(jī)械,2009,40(1).

[3]李成芳,等.旋挖成孔灌注樁在松散高填方地基中的應(yīng)用[J].地下空間,2010,(6).

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