鉆孔灌注樁空樁回填措施比選研究

文＿陶世馨（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司，商務(wù)部副主任，工程師）

隨著城市的快速發(fā)展，城市中心區(qū)用地越來(lái)越緊張，地上建筑越蓋越高，地下空間越挖越深，鉆孔灌注樁以其振動(dòng)小、噪聲低、鉆進(jìn)速度快、無(wú)泥漿污染、造價(jià)低、混凝土灌注質(zhì)量較好等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于基坑支護(hù)中。

采用鉆孔灌注樁施工，雖然單個(gè)鉆孔灌注樁引起的周?chē)馏w變形較小，但大型工程多為群樁基礎(chǔ)，由成百上千根鉆孔樁組成，當(dāng)大量空孔同時(shí)存在時(shí)，土體卸荷導(dǎo)致的周?chē)馏w變形就會(huì)較大。隨著時(shí)間的推移，剛開(kāi)挖時(shí)形成的對(duì)維持周?chē)馏w穩(wěn)定起積極作用的負(fù)孔隙水壓力會(huì)逐漸消散，加上土的蠕變特性，空孔縮徑現(xiàn)象進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)周?chē)h(huán)境影響更加明顯。針對(duì)群樁基礎(chǔ)的空孔效應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境的影響，采用空樁回填是目前較為經(jīng)濟(jì)有效的控制措施。同時(shí)，空樁回填還能保證場(chǎng)地平整、密實(shí)，確保施工設(shè)備的正常運(yùn)行。

鉆孔灌注樁空樁回填常見(jiàn)處理措施有回填砂、碎石、水玻璃固化劑，回填水泥土，回填碎石與注漿加固結(jié)合，回填C10混凝土，回填再生混凝土等。本文針對(duì)項(xiàng)目工期緊、場(chǎng)地狹窄、地質(zhì)條件差等特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際對(duì)比鉆孔灌注樁空樁回填的不同處理措施，最終選用C10混凝土回填措施，使這一難題得到解決。

一、工程概況

（一）設(shè)計(jì)概況

工程場(chǎng)地面積11000m2，灌注樁約694根，其中塔樓Φ1200mm工程樁447根，孔深約84m，樁長(zhǎng)56.50m，樁頂空孔段25.90m；裙樓Φ800mm工程樁247根，孔深約58.50m，樁長(zhǎng)35m，樁頂空孔段22.45m。

（二）工程地質(zhì)條件

工程地質(zhì)分區(qū)屬長(zhǎng)江漫灘工程地質(zhì)區(qū)，場(chǎng)區(qū)地表普遍分布人工填土，往下依次為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（混夾粉土、粉砂）、粉質(zhì)黏土（混夾粉土、粉砂）、粉細(xì)砂、含圓礫及含卵礫石礫砂，下伏基巖為白堊系浦口組泥質(zhì)砂巖，巖面起伏不大，埋深在65.20m～68.60m。

1.淺層巖土層特性

（1）1層雜填土：雜色，潮濕，稍密—中密。主要成分為黏性土，混大量碎石、建筑垃圾，粒徑2cm～7cm不等，堆填時(shí)間一般不超過(guò)5年。該層土層頂高程6.70m～7.21m，平均6.93m；揭示厚度0.50m～3.50m，平均2.01m。

（2）2層素填土：灰黃色、灰褐色，潮濕，松散－稍密，局部中密。主要成分為黏性土，局部為路基填土，見(jiàn)貝殼及螺絲碎片，混粉細(xì)砂及少量碎石，堆填時(shí)間一般不超過(guò)5年。普遍分布，均有揭露。該層土層頂埋深0m～2.20m，平均0.14m；層頂高程4.50m～7.18m，平均6.63m；揭示厚度0.60m～4.90m，平均2.41m。

（3）1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，流塑，夾粉砂、粉土薄層，局部呈互層狀，具水平層理，局部以粉砂、粉土為主。均有揭露、普通分布。該層土層頂埋深0.60m～4.90m，平均2.61m；層頂高程2.04m～6.07m，平均4.18m；揭示厚度11.10m～22m，平均15.57m。

（4）2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰色，流塑，夾粉砂薄層，呈互層狀，具水平層理，局部以粉砂、粉土為主，均有揭露、普通分布。該層土層頂埋深15.10m～24m，平均18.18m；層頂高程-17.29m～-8.40m，平均-11.39m；揭示厚度4.60m～14.90m，平均10.01m。

（5）3層粉砂：灰色，飽和，中密，局部密實(shí)，夾粉質(zhì)黏土薄層，含云母碎屑，分選性較好，級(jí)配差，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石等。均有揭露，普遍分布。該層土層頂埋深24.60m～34.50m，平均28.18m；層頂高程-27.46m～-17.99m，平均-21.40m；揭示厚度1.90m～13.40m，平均6.63m。

2.水文條件

（1）地表水。工程周邊較大的地表水體為長(zhǎng)江，最近距離約800m；中心河呈東西走向，距工程場(chǎng)區(qū)約700m。

地表水體與地下水的水力聯(lián)系及對(duì)基坑開(kāi)挖的影響評(píng)價(jià)如下：長(zhǎng)江與潛水及承壓水的水力聯(lián)系較密切，通過(guò)含水層補(bǔ)給地下水，對(duì)基坑開(kāi)挖影響較大；中心河與潛水的水力聯(lián)系較密切、與承壓水的水力聯(lián)系較微弱，對(duì)基坑開(kāi)挖影響一般。

（2）地下水。根據(jù)地下水貯存條件，場(chǎng)區(qū)地下水類(lèi)型主要為松散巖類(lèi)孔隙水及基巖裂隙水。松散巖類(lèi)孔隙水根據(jù)其埋藏條件和水力性質(zhì)，分為孔隙潛水、承壓水。

孔隙潛水近地表分布，主要賦存于淺部1層雜填土人工填土中。由于1層雜填土成分復(fù)雜，極不均勻，其透水性較好、賦水性較差，該含水層水位埋深主要受大氣降水控制。

承壓水主要賦存于埋深15m～48m的粉細(xì)砂、含圓礫及含卵石礫砂層中。透水性、賦水性均較好，隔水層為微透水—弱透水的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（夾粉砂）及粉質(zhì)黏土夾粉砂層，含水層底板為下伏基巖。

基巖裂隙水為碎屑巖類(lèi)裂隙水，埋深為58m～70m。該層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖淺部巖芯較破碎，巖體透水性和賦水性較差，水量較貧乏。

含水層之間的水力聯(lián)系：覆蓋層中潛水與承壓水之間水力聯(lián)系微弱，承壓水與下伏基巖裂隙水水力聯(lián)系較為密切。

（三）空樁回填段概況

工程樁頂空孔段22.45m，空樁段范圍地層主要為雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，呈流塑—軟塑狀態(tài)，地質(zhì)條件極差，孔壁長(zhǎng)時(shí)間暴露極易坍塌。空孔回填不密實(shí)、不牢固，極易造成空孔槽壁坍塌、地面沉陷，影響相鄰灌注樁施工，給灌注樁施工留下安全隱患。

二、工程特點(diǎn)及存在的問(wèn)題

工程特點(diǎn)如下：第一，工程樁樁位密度大、樁間距小、空孔深度大，易出現(xiàn)垮孔、竄孔現(xiàn)象。裙樓設(shè)計(jì)樁基頂標(biāo)高距地面孔口高度約23m，留空段較長(zhǎng)，同時(shí)樁基凈間距最小僅為1.60m（2D）；塔樓設(shè)計(jì)樁基頂標(biāo)高距地面孔口高度約26m，留空段較長(zhǎng)，同時(shí)樁基凈間距最小僅為2.40m（2D）；留空段若不采取有效措施回填，極易發(fā)生竄孔，影響樁基成孔。若一處出現(xiàn)垮孔、竄孔現(xiàn)象，將會(huì)給周?chē)鷰?lái)連鎖反應(yīng)，存在質(zhì)量和安全隱患。第二，工期僅為6個(gè)月，工期緊且任務(wù)重。項(xiàng)目地連墻約4萬(wàn)m3，塔樓工程樁447根，工期僅為6個(gè)月，平均每天施工塔樓工程樁2.50根。為滿(mǎn)足工期要求，在（70×72）m2場(chǎng)地內(nèi)，施工高峰期需要配備4臺(tái)旋挖鉆機(jī)。第三，施工場(chǎng)地原始地形為池塘，雖然施工準(zhǔn)備期已對(duì)軟弱地基進(jìn)行土壤固化劑換填處理，但由于換填深度有限，處理后的場(chǎng)地承載力僅能滿(mǎn)足小型設(shè)備荷載要求。不良地基對(duì)設(shè)備合理調(diào)配造成巨大障礙，設(shè)備和人員將會(huì)出現(xiàn)不同程度停工。施工平面布置示意如圖1所示。

圖1 施工平面布置示意圖

同時(shí)，地質(zhì)條件差，場(chǎng)地狹窄。在塔樓工程樁施工時(shí)，需確保三軸、地連墻、雙高壓旋噴工法（RJP）、高壓旋噴樁、圍護(hù)樁等多項(xiàng)工序能夠同時(shí)開(kāi)展。工程施工存在的主要問(wèn)題為需在滿(mǎn)足工期和場(chǎng)地條件下，選用有效的空孔回填措施，保證工程質(zhì)量。

三、處理措施

鉆孔灌注樁空樁回填常見(jiàn)處理措施有回填碎石與注漿加固相結(jié)合、回填C10混凝土、回填再生混凝土，具體措施如下。

（一）回填碎石與注漿加固相結(jié)合

空樁回填碎石，護(hù)筒拔出后對(duì)碎石進(jìn)行注漿加固，確保地基承載力。采用樁端注漿，塔樓下設(shè)1根注漿管距孔口25m位置，注漿管底部采用花管，每根塔樓工程樁注入水泥5t。裙樓下設(shè)1根注漿管距孔口22m位置，注漿管底部采用花管，每根塔樓工程樁注入水泥3t。壓漿水泥采用P42.5MPa普通硅酸鹽水泥，水泥漿配置：水灰比W/C=0.5～0.6，漿液初凝時(shí)間＞2h。注漿完成后，采用水灰比為0.7的濃漿封口。注漿管采用內(nèi)徑為43mm，壁厚為2.50mm的鋼管，塔樓碎石注漿管長(zhǎng)度為25.60m，裙樓碎石注漿管長(zhǎng)度為22.20m。

（二）回填C10混凝土

灌注樁施工過(guò)程中，空樁回填C10混凝土對(duì)防止塌孔、串孔效果很好。根據(jù)地勘報(bào)告，地面以下6m為黏土夾粉砂層，透氣、透水。采用反循環(huán)及旋挖鉆機(jī)工藝成孔形成真空負(fù)壓區(qū)，引起相鄰孔位水、空氣進(jìn)入負(fù)壓區(qū)內(nèi)，極易形成串孔，進(jìn)而引起塌孔。采用C10混凝土回填超過(guò)粉砂層，形成隔氣、隔水狀態(tài)，可以防止串孔、塌孔。

采用泥漿下直導(dǎo)管法澆筑，導(dǎo)管直徑為Φ250mm，埋深不得小于2m，不宜超過(guò)6m。導(dǎo)管開(kāi)澆順序?yàn)榈吞幹粮咛?，待工程樁C50（水下）、C30（水上）混凝土澆筑至設(shè)計(jì)樁頂超澆高度，上提導(dǎo)管至工程樁樁身混凝土頂部30cm處，開(kāi)始澆筑C10混凝土?；炷翝仓凑账禄炷翝仓筮M(jìn)行。

（三）回填再生混凝土

灌注樁施工過(guò)程中，空樁回填選用再生混凝土，對(duì)防止塌孔、串孔有一定的效果。工程回填量較大，選用性能合格的再生料，為節(jié)約成本選擇運(yùn)輸距離較近的廠家。工程使用時(shí)需經(jīng)過(guò)初試驗(yàn)，確定合理的配合比，以滿(mǎn)足流動(dòng)性、粘聚性和保水性的性能要求?？諛痘靥钤偕炷列柽M(jìn)行專(zhuān)業(yè)的性能測(cè)試，滿(mǎn)足抗壓性、耐久性、抗?jié)B性、抗凍性的要求。

再生混凝土拌合物澆筑傾落高度較大時(shí)，應(yīng)加串筒、斜槽或溜管等輔助工具。振搗采用機(jī)械振搗成型，振搗時(shí)間宜按拌合物和易性和振搗部位等不同情況，控制在10s～30s內(nèi)。用插入式振搗棒振搗時(shí)，插入間距不應(yīng)大于振搗棒振搗作用半徑的一倍。連續(xù)多層澆筑時(shí)，振搗棒插入下層拌合物的深度約50mm。其他步驟和要求，應(yīng)嚴(yán)格按照工程所在地區(qū)的《再生骨料混凝土應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

四、措施比選分析

空樁回填措施由于回填材料的不同，施工方法、工序、工期、經(jīng)濟(jì)成本都有差異，下面分別進(jìn)行分析比較。

（一）主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3種空樁回填措施的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 空樁回填措施優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

（二）工期對(duì)比分析

空樁回填措施工期對(duì)比分析見(jiàn)表2。

表2 空樁回填措施工期對(duì)比

（三）經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

研究區(qū)段塔樓Φ1200mm工程樁447根（內(nèi)含39根試錨樁），樁頂空孔段25.90m；裙樓Φ800mm工程樁247根，樁頂空孔段22.45m，空樁回填經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析見(jiàn)表3。

表3 空樁回填經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析表

根據(jù)上述對(duì)比，再生混凝土性能不穩(wěn)定，工程樁基空樁回填再生混凝土用量大，在周邊市場(chǎng)不易購(gòu)買(mǎi)，為了保證工程質(zhì)量，不宜選用再生混凝土回填措施?；靥钏槭c注漿結(jié)合的措施經(jīng)濟(jì)性較好，但施工工序多、時(shí)間長(zhǎng)。回填C10混凝土的措施施工工期短、質(zhì)量高，但經(jīng)濟(jì)成本略高。

五、措施工程效果

為選取更適合的回填措施，工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)回填試驗(yàn)，選用回填碎石與注漿結(jié)合、回填C10混凝土進(jìn)行效果對(duì)比。試驗(yàn)樁回填碎石與注漿加固相結(jié)合措施，原計(jì)劃塔樓空孔回填碎石部分采用5t水泥進(jìn)行注漿，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿過(guò)程中，注入水泥用量遠(yuǎn)大于5t水泥，當(dāng)注入水泥達(dá)到8t時(shí)才有泛漿現(xiàn)象。同時(shí)，水泥漿在碎石中形成數(shù)條通道，水泥漿隨著通道往孔口泛漿，未出現(xiàn)整個(gè)孔口泛漿現(xiàn)象，整個(gè)空孔段碎石沒(méi)有很好地被水泥漿充實(shí)。碎石中注漿并不能很快起到加固地基的作用，在注漿完成后36h，旋挖鉆機(jī)施工相鄰孔位出現(xiàn)地面塌陷和串孔情況。施工現(xiàn)場(chǎng)圖詳見(jiàn)圖2。

圖2 回填碎石與注漿結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圖

而空樁回填采用C10混凝土回填后，在施工、質(zhì)量安全、工效和工期上取得較好效果。施工現(xiàn)場(chǎng)圖詳見(jiàn)圖3，空樁回填C10混凝土工程效果見(jiàn)表4。

表4 空樁回填C10混凝土工程效果

圖3 回填C10混凝土現(xiàn)場(chǎng)圖

根據(jù)試驗(yàn)樁回填效果，空樁段優(yōu)先采用回填C10混凝土措施，能滿(mǎn)足工程質(zhì)量和工期目標(biāo)。

六、結(jié)語(yǔ)

工程支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁，空孔回填不密實(shí)，易引發(fā)坍孔，由此導(dǎo)致地表沉陷，影響大型旋挖鉆機(jī)施工及行走安全，處理措施要具備可行性、適用性、經(jīng)濟(jì)性。本文介紹鉆孔灌注樁空樁段回填相關(guān)處理措施，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)回填試驗(yàn)，結(jié)合回填碎石與注漿加固相結(jié)合、回填C10混凝土和回填再生混凝土3種方法，經(jīng)研究分析和經(jīng)濟(jì)對(duì)比，優(yōu)先采用回填C10混凝土措施，該措施能保證工程安全穩(wěn)定，完全滿(mǎn)足工序和工期要求，成本略高。因此，工程選用回填C10混凝土措施，施工取得良好的固化效果，為同類(lèi)工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。