旋挖成孔素混凝土樁在地基處理中的應(yīng)用

閉寧桂

（廣西華藍(lán)巖土工程有限公司，廣西 南寧530001）

0 引言

在現(xiàn)代化城市高速發(fā)展中，隨著城市地下用地資源的緊張，高層、超高層建筑日益增多，傳統(tǒng)的天然地基和樁基礎(chǔ)難以滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的要求。《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范（GB/T 50793—2012）》中提到，剛性樁復(fù)合地基技術(shù)作為介于樁基和天然地基之間的一種過渡類型基礎(chǔ)，具有承受不均勻荷載能力強(qiáng)、差異沉降小、施工速度快、經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用到10~30層的高層建筑基礎(chǔ)中。

本文結(jié)合南寧市某工程基坑開挖過程中出現(xiàn)的工程樁斷樁及檢測不合格情況，對預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁在地基補(bǔ)強(qiáng)工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 工程概況

項目地處南寧市快速環(huán)道中心區(qū)，總建筑面積約160萬m2，全力打造一個大型城市綜合體建筑群，一個具備國際化大都市標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)地標(biāo)。其中7#樓為46F超高層，建筑物平面整體形狀呈矩形，基礎(chǔ)形式為筏板，要求處理后的地基承載力特征值不小于830kPa。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，地基基礎(chǔ)使用年限同主體結(jié)構(gòu)使用年限。

場地工程巖土條件：

本場地勘察鉆探深度范圍內(nèi)揭露的上覆土層自上而下依次為：人工填土（Q4ml）及風(fēng)化殘積（Q3el）形成的黏土，下伏基巖為古近系（E）湖相沉積形成的半成巖狀態(tài)的泥巖、砂巖等。詳細(xì)敘述如下：

（1）填土層：褐黃、灰黃、灰褐色等；以黏性土、泥巖碎塊、砂巖碎屑等混雜而成。

（2）黏土層：灰褐色，濕～飽和、軟塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)，主要由有機(jī)質(zhì)黏性土組成，含少許有機(jī)質(zhì)和炭化木，土質(zhì)均勻性差，高壓縮性。

（3）黏土層：灰黃、棕黃、褐紅色等；黏土為主，局部相變?yōu)榉圪|(zhì)黏土；切面光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高。稍濕，可~硬塑狀態(tài)為主。

（4）強(qiáng)風(fēng)化泥巖層：灰黃、灰褐色等，多為黏土質(zhì)泥巖，間夾少量粉砂質(zhì)泥巖，中厚層狀，為強(qiáng)風(fēng)化泥巖上半部分。為古近系半膠結(jié)半成巖的極軟巖，表現(xiàn)為硬塑~堅硬狀黏土，具遇水膨脹，干后易收縮開裂。

（5）強(qiáng)風(fēng)化砂巖：灰黃、灰褐色，以粉~細(xì)砂巖為主，中厚層狀，為強(qiáng)風(fēng)化砂巖上半部分。為古近系半成巖半膠結(jié)的極軟巖，巖體破碎。

（6）中風(fēng)化泥巖：灰、灰蘭色，質(zhì)純，多為黏土質(zhì)泥巖，間夾少量粉砂質(zhì)泥巖，中厚層狀，中風(fēng)化。為古近系半膠結(jié)半成巖的極軟巖，表現(xiàn)為堅硬黏土狀，具遇水膨脹，干后易收縮開裂。

（7）中風(fēng)化砂巖：灰、灰白色，以粉~細(xì)砂巖為主，中厚層狀，中風(fēng)化，為古近系半成巖半膠結(jié)的極軟巖，巖體破碎。

擬建場地鉆孔深度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)二層地下水存在。上層滯水主要賦存于素填土①、黏土②層的孔隙裂隙中，受大氣降水下滲補(bǔ)給，透水性差且不均勻，水量有限，勘察期間測得穩(wěn)定水位在地面下1.0~7.0m以內(nèi)，該層地下水的水位變幅度在1m左右。

孔隙水賦存于強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化砂巖層中，主要在成巖過程中補(bǔ)給，少量由上層滯水越流補(bǔ)給和相鄰場地同一含水層滲透補(bǔ)給，水量有限，勘察期間測得穩(wěn)定水位在地面下10m左右，該層地下水的水位變幅度在2~5m左右。

整個場地各土層均勻性較差，基巖面起伏較大，場地揭露的典型地質(zhì)剖面見圖1。

2 地基處理方案分析與比選

2.1 方案確定

根據(jù)主體設(shè)計單位提供的基礎(chǔ)圖，開挖至底板底標(biāo)高后，地基土主要為可～硬塑黏土及強(qiáng)風(fēng)化泥巖，筏板底的土層極不均勻，承載力及土層的壓縮模量差異較大，擬采用剛性樁地基處理方案，剛性樁材料為素混凝土。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面

2.2 工藝比選

目前應(yīng)用較多的是長螺旋鉆孔壓灌技術(shù)，采用長螺旋鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計標(biāo)高，利用混凝土泵將超流態(tài)細(xì)石混凝土從鉆頭底壓出，邊壓灌混凝土邊提升鉆頭直至成樁。普通長螺旋樁機(jī)可以適用填土層、淤泥土層、沙土層及黏土層，亦適用于有地下水的各類土層情況。但其在碰到塊石、圓礫、軟巖及硬質(zhì)巖時無法鉆進(jìn)，導(dǎo)致其具有一定的局限性。

若采用較為先進(jìn)的長螺旋潛孔錘技術(shù)，雖可有效解決樁身入中風(fēng)化巖問題，但氣動潛孔錘沖擊力強(qiáng)，孔側(cè)壁及孔底均為強(qiáng)膨脹性土，受擾動大，易產(chǎn)生應(yīng)力釋放及膨脹開裂，影響樁身承載力。

旋挖鉆機(jī)是一種用于建筑基礎(chǔ)工程成孔作業(yè)的樁工機(jī)械，具有施工速度快、成孔質(zhì)量好、環(huán)境污染小、操作靈活方便、安全性能高及適用性強(qiáng)等優(yōu)勢，已成為鉆孔灌注樁施工的主要成孔設(shè)備。旋挖鉆機(jī)具有大扭矩動力頭和自動內(nèi)鎖式伸縮鉆桿，可適應(yīng)我國大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件，包括淤泥層、粘性土、泥土、粉質(zhì)土、（泥）砂層、卵礫石、卵（漂）石層、強(qiáng)風(fēng)化巖層、永久凍土、風(fēng)化基巖等地層，適用性廣。

基于以上難點(diǎn)以及為了推動素混凝土樁在膨脹土地區(qū)、高層及超高層建筑中的應(yīng)用，本項目采用旋挖鉆機(jī)成孔，后灌混凝土技術(shù)，能高效率的解決樁身入巖問題。另一方面，采用旋挖成孔，單樁承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的長螺旋鉆孔內(nèi)灌樁，大大減少工程量。

3 地基處理實(shí)施

根據(jù)巖土工程詳細(xì)勘察報告以及以往工程經(jīng)驗(yàn)，剛性樁樁直徑800mm，混凝土強(qiáng)度等級為C25，樁端以中風(fēng)化巖層為持力層，褥墊層厚400mm。依據(jù)規(guī)范單樁承載力特征值按式（1）計算：

考慮施工中各種不利因素的影響，單樁承載力特征值取2500kN，以樁端全斷面進(jìn)入中風(fēng)化巖層一定深度作為終孔條件。樁間土發(fā)揮系數(shù)取0.9，單樁承載力發(fā)揮系數(shù)取0.9。依據(jù)規(guī)范計算各區(qū)域置換率：

根據(jù)筏板基礎(chǔ)區(qū)域不同承載力要求，計算出置換率為7.32%~11.03%。

根據(jù)地基土質(zhì)情況，采用旋挖鉆機(jī)干作業(yè)成孔，側(cè)壁及樁端土受擾動小，暴露時間短，不受水浸泡，側(cè)阻力及端阻力不折減。鉆至設(shè)計深度后清孔停止鉆進(jìn)，通過回轉(zhuǎn)，孔內(nèi)土壤將隨鉆機(jī)鉆頭切如斗內(nèi)提升鉆桿清至孔外，并進(jìn)行二次清孔。之后安置混凝土導(dǎo)管，混凝土導(dǎo)向管插至孔底上20cm處，另一端接在混凝土料斗，混凝土開盤前料斗封閉，料斗裝滿混凝土后，料斗口開啟，混凝土連續(xù)不間斷輸送，直至混凝土澆筑至樁頂標(biāo)高+1.0m；澆筑混凝土中不斷提動導(dǎo)管振搗混凝土，導(dǎo)管在混凝土中保持4～6m的埋深。

旋挖成孔剛性樁技術(shù)施工工期為30d，比樁基礎(chǔ)+施工勘察方案節(jié)省工期約60d，節(jié)約造價約200萬元；比長螺旋潛孔錘方案節(jié)省工期約5d，節(jié)約造價60多萬元。

4 施工質(zhì)量檢測與沉降觀測

建設(shè)單位委托了具有相應(yīng)資質(zhì)的第三方檢測單位，分別對其進(jìn)行了單樁完整性試驗(yàn)、單樁承載力試驗(yàn)及復(fù)合地基承載力試驗(yàn)。

4.1 單樁完整性及承載力試驗(yàn)

其中對40根素混凝土樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測，39根判定為Ⅰ類樁，1根判定為Ⅱ類樁；對3根素混凝土樁（12#、68#、110#）進(jìn)行了單樁承載力試驗(yàn)，設(shè)計單樁承載力均為2500kN。壓至單樁承載力設(shè)計值2倍即5000kN時，最大樁頂沉降分別為10.68mm、17.39mm、14.25mm，Q-s曲線均未出現(xiàn)沉降曲線陡變或樁身破壞情況。卸載時，回彈曲線平穩(wěn)光滑，最大殘余變形6.15mm，最小殘余變形2.68mm。綜上，所檢測的3根素混凝土單樁完整性及承載力均滿足設(shè)計要求。

4.2 復(fù)合地基承載力試驗(yàn)

隨機(jī)選取3個點(diǎn)位（52#、61#、150#）進(jìn)行了復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，設(shè)計復(fù)合地基承載力特征值為830kPa，試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，最大加載量為設(shè)計特征值的2倍。隨機(jī)選取的3個點(diǎn)位在試驗(yàn)荷載下，承壓板最大沉降分別為20.68mm、15.86mm、10.68mm，荷載-沉降曲線均屬于緩變性曲線。卸載時，回彈曲線平穩(wěn)光滑，最大殘余變形9.11mm，最小殘余變形3.58mm。綜上，所檢測的3個點(diǎn)位復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計要求。

根據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ 106）》及第三方檢測報告，該復(fù)合地基施工質(zhì)量良好，各項技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計要求。

5 結(jié)語

項目實(shí)踐證明：采用旋挖成孔灌素混凝土技術(shù)，對類似場地能較好的控制工期，節(jié)約成本，工期短、無泥漿污染、技術(shù)可行，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。