大直徑素混凝土樁復(fù)合式地基新近填土處理技術(shù)應(yīng)用

岳仡濤 何躍軍 劉江偉 李鑫 田春

【摘要】天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)場(chǎng)平回填后由于新近填土覆蓋層厚，自穩(wěn)性差。重點(diǎn)論述采用旋挖鉆機(jī)清除新近填土，形成不規(guī)則引孔，在孔內(nèi)填筑黏性土，采用長(zhǎng)螺旋鉆二次鉆進(jìn)成孔，灌注混凝土，與新近填土共同作用形成復(fù)合式地基的方式，從而提高地基承載力，保證工程質(zhì)量，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】引孔;黏性土;二次鉆進(jìn);素混凝土樁;復(fù)合式地基

【中圖分類號(hào)】 TU472【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B

成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)配套市政項(xiàng)目范圍內(nèi)，包括雨水暗渠、下穿隧道、綜合管廊等大型現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，該區(qū)域范圍內(nèi)存在大量前期場(chǎng)平新近填土，填土厚度變化較大，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。由于新近填土經(jīng)水力作用或自重作用，將存在長(zhǎng)期的自然沉降。作為構(gòu)筑物的地基，下沉超過一定量值，將導(dǎo)致構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)該類地基承載力也達(dá)不到要求。由于天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)建設(shè)工期緊迫，無法使該類地基達(dá)到沉降自穩(wěn)的需求，若是將場(chǎng)平新近填土，清除換填，以減小沉降，提高承載力，將導(dǎo)致工程造價(jià)大幅度提高。經(jīng)多方案比較后，最終采用了在場(chǎng)平新近填土，構(gòu)筑物基地采用大直徑素混凝土樁，以提高地基承載力，減小地基沉降。由于場(chǎng)平新近填土的穩(wěn)定性較差，在機(jī)械成孔過程中，易塌孔，樁身出現(xiàn)夾渣等質(zhì)量問題，導(dǎo)致成樁質(zhì)量較差，在該項(xiàng)目大直徑素混凝土樁施工前經(jīng)成樁試驗(yàn)，通過技術(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成"大直徑素混凝土樁復(fù)合式地基新近填土處理技術(shù)"。通過工程項(xiàng)目施工實(shí)踐證明該技術(shù)既保證了質(zhì)量，又產(chǎn)生了良好的效益。

1地基處理簡(jiǎn)述

采用旋挖鉆機(jī)將新近填土清除，當(dāng)遇到砂質(zhì)泥巖時(shí)長(zhǎng)螺旋鉆應(yīng)用受限，仍然采用旋挖鉆機(jī)，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高，形成不規(guī)則引孔。在孔內(nèi)分層填筑黏性土，采用夯錘夯實(shí)，形成穩(wěn)定且適合長(zhǎng)螺旋鉆施工的條件，接著采用長(zhǎng)螺旋鉆二次鉆進(jìn)形成樁孔，灌注混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)要求后，與新近填土共同作用形成復(fù)合式地基，以保證地基承載力，避免不利沉降。

2施工工藝流程及主要技術(shù)要點(diǎn)

施工工藝流程見圖1。

2.1施工準(zhǔn)備

（1）施工前，須先熟悉圖紙，進(jìn)行圖紙會(huì)審，編制施工方案，進(jìn)行技術(shù)交底。復(fù)核施工用導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo)，采用全站儀、GPs 進(jìn)行定位放線。

（2）施工前進(jìn)行場(chǎng)地平整，清除地表種植土、垃圾土等。布置施工臨時(shí)便道，施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置圍擋，布置臨時(shí)施工用水、用電。將原地面用推土機(jī)平整至比樁頂標(biāo)高高60～70cm， 鋪設(shè)鋼板、枕木，形成作業(yè)面，作業(yè)區(qū)設(shè)置排水橫坡，碾壓密實(shí)，開挖排水溝，形成防排水系統(tǒng)。

（3）作業(yè)場(chǎng)地應(yīng)平整密實(shí)。鉆機(jī)就位前，應(yīng)對(duì)新近填土作業(yè)區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，通過該措施減輕干鉆（不采用泥漿護(hù)壁）旋挖引空時(shí)孔內(nèi)塌孔現(xiàn)象。夯實(shí)時(shí)，先采用履帶式挖掘機(jī)利用其挖斗對(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)行初次夯壓，避免碾壓機(jī)械沉陷，再采用振動(dòng)式壓路機(jī)，由慢到快，由輕到重，將作業(yè)區(qū)域碾壓密實(shí)，同時(shí)，采用沖擊夯錘或重型壓路機(jī)，對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)。

2.2旋挖引孔

2.2.1鉆機(jī)就位

旋挖鉆機(jī)左、右履帶應(yīng)處于同一水平面，作業(yè)平臺(tái)基本水平。旋挖鉆機(jī)在施工中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)孔樁位置就位，動(dòng)力頭方向與履帶平行。鉆機(jī)側(cè)向預(yù)留排渣場(chǎng)地。利用鉆機(jī)雙側(cè)吊錘校正鉆桿垂直度。在樁架上設(shè)置標(biāo)尺，控制鉆進(jìn)深度，施工中及時(shí)觀測(cè)、記錄。

2.2.2護(hù)簡(jiǎn)埋設(shè)

護(hù)筒采用厚度6～10 mm鋼板卷制，護(hù)筒直徑比樁孔徑大150～200 mm，每節(jié)護(hù)筒長(zhǎng)度1.5～3.0 m，護(hù)筒應(yīng)高出原地面，防止雜物、泥水流入孔內(nèi)。護(hù)筒埋設(shè)前，先采用較大直徑的鉆頭鉆至護(hù)筒底標(biāo)高，然后壓入護(hù)筒。護(hù)筒埋設(shè)后在其外側(cè)采用黏土回填并夯實(shí)，使護(hù)筒外側(cè)密封。

2.2.3鉆進(jìn)引孔

（1）旋挖引孔采用鉆頭比樁徑大100 mm擴(kuò)孔鉆進(jìn)。鉆孔前，檢查鉆機(jī)工作性能。調(diào)平旋挖鉆機(jī)，鉆桿保持垂直，對(duì)準(zhǔn)鉆孔開鉆。要求動(dòng)力頭主軸中心同轉(zhuǎn)架上的起吊滑輪中心及孔口中心在同一鉛垂線上，鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁位中心點(diǎn)。

（2）開始旋挖引孔鉆進(jìn)時(shí)，采用低速鉆進(jìn)，主卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩承擔(dān)不低于鉆桿、鉆具重量和的20%，保證孔位不產(chǎn)生偏差。通過鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，裝入桶式鉆斗內(nèi)，利用鉆桿提出鉆斗將渣土卸至孔外，如此反復(fù)不斷取土卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。旋挖鉆進(jìn)過程中，隨時(shí)觀察鉆桿垂直度，通過深度計(jì)數(shù)器控制鉆孔深度。當(dāng)鉆頭達(dá)預(yù)定深度，旋轉(zhuǎn)鉆頭施加壓力，將土擠入鉆斗，儀表顯示鉆斗裝滿后，鉆頭底部關(guān)閉，提出鉆頭地面卸土。

（3）采用低速鉆進(jìn)至護(hù)筒底部，采用高速鉆進(jìn)，在地質(zhì)變化交接處，采用低速，低鉆壓鉆進(jìn)。鉆進(jìn)速度與壓力有關(guān)，采用鉆頭與鉆桿自重摩擦加壓：150 MPa壓力下進(jìn)尺速度為20 cm/min;200 MPa壓力下進(jìn)尺速度為30 cm/min;260 MPa壓力下進(jìn)尺速度為50 cm/min。鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，避免進(jìn)尺過快，鉆斗進(jìn)入孔內(nèi)要?jiǎng)蛩倬徛?，控制鉆斗提升速度，避免斗下產(chǎn)生負(fù)壓，避免發(fā)生質(zhì)量事故。

（4）旋挖鉆至孔底標(biāo)高，保證引孔中心位置偏差小于±50 mm，完成旋挖引孔進(jìn)行孔內(nèi)黏土回填。

2.3孔內(nèi)黏土回填

由于新近填土的穩(wěn)定性較差，密實(shí)度也較低，引孔時(shí)可能發(fā)生塌孔，形成孔徑擴(kuò)大現(xiàn)象，成孔不規(guī)則，成孔質(zhì)量也無法滿足質(zhì)量要求，灌注混凝土?xí)r浪費(fèi)嚴(yán)重，同時(shí)，由于新近填土空隙較多，孔隙率較大，在樁身混凝土灌注時(shí)易漏漿，造成樁身質(zhì)量缺陷。因此，當(dāng)成孔至設(shè)計(jì)要求巖層及深度后，應(yīng)重新回填黏性土，進(jìn)行二次成孔。

2.3.1回填黏土質(zhì)量要求

回填黏土是二次成孔與樁身質(zhì)量保證的一項(xiàng)重要措施，既能保證成樁時(shí)樁孔質(zhì)量，并可作為二次成孔的護(hù)壁，同時(shí)還能避免混凝土澆筑時(shí)漏漿現(xiàn)象發(fā)生。對(duì)孔內(nèi)回填黏土要求：

（1）黏土填料內(nèi)不得含有碎石等雜質(zhì)，具有一定的硬塑性，必要時(shí)黏土應(yīng)過篩。

（2）試驗(yàn)求得黏土最佳含水量，回填時(shí)應(yīng)在其最佳含水量±2%。

（3）可在黏土內(nèi)摻加膨潤(rùn)土或竣甲基纖維素，以提高其二次鉆進(jìn)時(shí)的護(hù)壁性能。

2.3.2黏土回填施工要求

回填黏土?xí)r，采用分層回填，由于操作空間限制，同時(shí)避免夯實(shí)沖擊對(duì)周圍的振動(dòng)，易造成塌孔，采用小型挖掘機(jī)將黏性土倒入孔內(nèi)，每層30～50 cm采用夯錘夯實(shí)，夯錘高度距填筑面小于100 cm，當(dāng)夯錘夯實(shí)夯擊面無較大凹坑即完成一層夯實(shí)，考慮黏土回填用途，對(duì)回填壓實(shí)度不作要求，夯實(shí)過程中應(yīng)將護(hù)筒提至夯擊面以上。如此循環(huán)填筑至孔頂。

2.4長(zhǎng)臂螺旋鉆二次成孔

2.4.1密閉性試驗(yàn)

長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)首次鉆孔時(shí)，需泵送水和 M10水泥砂漿，進(jìn)行密閉性試驗(yàn)。首先，將鉆桿移至不影響鉆孔區(qū)域，用高壓輸送泵泵壓水1～2 m3，再泵壓水泥砂漿1～2 m3，直至鉆尖出料口出砂漿，檢查泵壓管的密閉性，另外還能在泵壓之前潤(rùn)滑管道。

2.4.2二次鉆進(jìn)成孔

（1）長(zhǎng)螺旋鉆鉆孔開始時(shí)，關(guān)閉鉆頭閥門，移動(dòng)鉆桿直至鉆頭觸及地面時(shí)，啟動(dòng)馬達(dá)開始鉆進(jìn)（圖2）。

（2）鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)先慢后快，這樣既能減少鉆桿晃動(dòng)，又可以檢查鉆孔的偏差，以便及時(shí)進(jìn)行糾正。

（3）考慮到長(zhǎng)螺旋鉆的工作性能，該方法在旋挖引孔時(shí)已鉆進(jìn)至風(fēng)化巖層，回填黏性土。如遇特殊情況方可采用長(zhǎng)螺旋鉆鉆進(jìn)強(qiáng)風(fēng)化巖層。在長(zhǎng)螺旋鉆鉆進(jìn)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)鉆桿晃動(dòng)或鉆進(jìn)困難時(shí)，則表明已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層，應(yīng)放慢進(jìn)尺，否則易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。繼續(xù)鉆進(jìn)50 cm，則為設(shè)計(jì)要求進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化持力層位置。動(dòng)力頭晃動(dòng)和電流值可作為施工時(shí)控制進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層的依據(jù)。

（4）鉆機(jī)塔身上的進(jìn)尺進(jìn)行標(biāo)記，為測(cè)量孔深的依據(jù)。施工時(shí)，根據(jù)地面標(biāo)高與孔底標(biāo)高計(jì)算孔深。鉆進(jìn)成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止鉆進(jìn)。

（5）鉆進(jìn)過程中將注漿軟管擺放圓順，避免軟管自由下落出現(xiàn)折角造成堵爆管事故。在鉆進(jìn)時(shí)，注意電流突變位置的電流值，作為復(fù)核地質(zhì)情況的參考。長(zhǎng)螺旋鉆的成孔速度主要取決于輸土是否通暢。成孔過程中，鉆進(jìn)速度應(yīng)控制在0.5～2.7 m/min，鉆機(jī)電流值控制在60～160 A，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)電流值略大于160 A。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制鉆進(jìn)壓力和給進(jìn)量，以少進(jìn)刀為宜。

（6）鉆孔結(jié)束后必須清除孔底虛土。干作業(yè)成孔時(shí)可在孔底標(biāo)高處空鉆清孔，直至虛土被清除為止。

2.5灌注混凝土成樁

（1）嚴(yán)格計(jì)算灌注量和提拔高度。二次鉆進(jìn)成孔符合要求后，開始泵送水下混凝土（自密實(shí)混凝土）灌注。灌注時(shí)，當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土?xí)r，設(shè)置在鉆桿頂部直徑為25 mm的冒漿口開始冒漿，此時(shí)泵機(jī)停泵，再提拔鉆桿2 m左右混凝土自落成樁，然后再泵機(jī)開泵如此循環(huán)直至成樁（圖3）。

（2）在灌注混凝土?xí)r，對(duì)于混凝土的控制采用記錄泵壓次數(shù)的方法，對(duì)于同一種型號(hào)的輸送泵通過試驗(yàn)確定泵壓次數(shù)為1 m/4次。泵壓為6～8 MPa，拔管速度應(yīng)控制在2～3 m/min之間，泵壓控制在6～8 MPa，充盈系數(shù)控制在1.15～1.16。當(dāng)鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管，采用停鉆提拔鉆桿。為確保樁身質(zhì)量，灌注混凝土?xí)r超灌50 cm，灌注完成后，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（3）成樁后強(qiáng)度達(dá)到要求，及時(shí)清運(yùn)樁間土并進(jìn)行截樁。

2.6樁基檢測(cè)

大直徑素混凝土樁施工完成后，應(yīng)進(jìn)行承載力和樁身完整性的檢測(cè)與評(píng)價(jià)。承載力采用靜載試驗(yàn)，檢測(cè)不少于樁總數(shù)量的1%，且不少于3根;樁身完整性全部檢測(cè)。

大直徑素混凝土樁樁群經(jīng)檢測(cè)評(píng)價(jià)合格后，對(duì)其樁間土進(jìn)行再次夯實(shí)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)物墊層施工，形成復(fù)合式地基。

3主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）在覆蓋較厚的新近填土內(nèi)采用大直徑素混凝土樁進(jìn)行地基加固，避免大量換填加固，節(jié)約了工程造價(jià)，使地基承載力符合要求，避免了過大沉降對(duì)構(gòu)筑物造成的破壞。

（2）采用該技術(shù)，避免了場(chǎng)平新近填土的穩(wěn)定性較差，在機(jī)械成孔過程中，易塌孔，樁身出現(xiàn)夾渣等質(zhì)量問題，保證了大直徑素混凝土樁的成樁質(zhì)量。

4適用范圍

該技術(shù)適用于各類素混凝土樁的施工。不宜采用換填法施工，大面積新近填土且覆蓋層較厚時(shí)，由于覆蓋層自穩(wěn)定性不強(qiáng)，無法采用普通成孔方法時(shí)，特別是新近填土厚度在2～6 m厚時(shí)，卵、漂石含量少，地下水位低，樁徑小于800 mm，采用該技術(shù)進(jìn)行素混凝土樁施工，在保證成樁質(zhì)量的前提下，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果最佳。

5結(jié)論

（1）該技術(shù)與在新近填土覆蓋層厚度較大時(shí)采用換填加固相比較，減少了大開挖，減少了大量土石方作業(yè)，節(jié)約直接工程費(fèi)、工程措施費(fèi)和管理費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（2）該技術(shù)減少了大量土石方工程量，減小了換填，避免了大量土石方借用、棄置、轉(zhuǎn)運(yùn)等所需新增用地量，節(jié)約土地。由于，新近填土沉降周期較長(zhǎng)，過大沉降將導(dǎo)致構(gòu)筑物破壞，承載力也達(dá)不到要求。而采用開挖換填進(jìn)行地基處理往往工期較長(zhǎng)，應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行地基處理，節(jié)約施工工期，為天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)早日通航，提前實(shí)現(xiàn)效益，創(chuàng)造了條件。

（3）該技術(shù)減少了土石方作業(yè)，對(duì)原有自然地貌的破壞，保護(hù)了自然環(huán)境;避免了土石方施工中，投入大量機(jī)械、車輛，減少了機(jī)械噪聲和廢氣的排放，避免了土方運(yùn)輸產(chǎn)生揚(yáng)塵，減少了灑水作業(yè)，節(jié)約了用水，環(huán)保效益顯著。

通過工程實(shí)踐證明，該技術(shù)是一種先進(jìn)、適用、技術(shù)可靠、綠色、環(huán)保的施工技術(shù)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益顯著。