地基處理中的鉆孔柱錘沖擴碎石樁法

申作存

摘要：鉆孔柱錘沖擴法是綜合鉆孔樁和柱錘沖擴法的一種方法，是在施工場地中，先進行鉆孔然后再將碎石填入鉆好的孔中進行夯實成孔的一種方法。一般鉆孔直徑采用300-600mm，深度不大于10米。質量為1-8T的柱狀錘（簡稱柱錘），通過自行起重機或其它設備，將柱錘提升至距離地面一定高度后落下，將填充在孔內的填料分層夯實形成樁體，同時對樁間土進行擠密，形成復合地基，并在樁頂部設置200-300mm厚砂石墊層。

關鍵詞：鉆孔柱錘沖擴法；夯實；復合地基；鉆孔樁；柱錘沖擴法；附加應力；承載力特征值

1 加固機理

鉆孔柱錘沖擴碎石樁法的加固機理為：

①對擴樁填充置換作用。

②對樁間土的擠密作用。

上述作用依不同土類有明顯區別。對地下水位以上的雜填土、素填土、粉土、及軟-可塑的粉質粘土、黃土等都適用，經檢測孔底及樁間土在夯孔后都得到擠密，試驗證明擠土影響范圍為2-3倍樁徑。一般對地下水位以下的飽和土層等鉆孔時塌孔現象嚴重，有時甚至無法完成，經檢測樁間土的擠密效應不明顯，樁身質量也難保證，因此對上述土層應慎用。

2 施工

2.1 成樁工藝

成樁工具主要為長螺旋鉆，適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、雜填土、中等密實以上的砂土，成孔時不會發生塌孔現象，且當周圍環境對噪聲、泥漿污染比較嚴格時。

采用上述成樁工藝施工時除應執行國家現行的有關規定外，尚應符合下列要求：

①長螺旋鉆孔施工至設計深度后，應準確掌握提爸鉆桿時間，一般拔管速度控制在1.2-1.5m/min左右，如遇淤泥或淤泥質土，拔管速度應適當放慢。

②施工樁頂標高宜高出樁頂不少于0.5米。

③褥墊層鋪設宜采用靜力壓實法，當基礎底面下樁間土的含水量較小時，也可采用動力夯實法，夯填度（夯實后的褥墊層厚度與虛鋪厚度的比值）不小于0.9。

2.2 樁身材料

樁身材料可采用級配良好的塊石、碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗顆粒材料，粒徑大于300mm的顆粒含量不大于全重的30%。

2.3 施工順序

①清理場地并平整施工場地，當表土松軟時可鋪設厚度1.0-2.0米的砂石施工墊層。

②標出鉆孔位置，并測量場地高程，一般高出設計標高0.5米左右。

③鉆機就位，進行鉆孔，鉆至設計深度后，拔出成孔。

④樁體施工垂直度偏差不應大于1%，對滿堂紅布樁基礎，樁身偏差不大于0.4倍的樁徑；對條形基礎，樁身偏差不大于0.25倍樁徑，對單排布樁樁位偏差不大于60mm。

⑤鉆機離開，使柱錘施工機具就位，使柱錘對準已鉆好的樁體。

⑥成樁：用標準料斗或運料車將拌合好的填料填入樁孔夯實。錘的重量、錘長、落距、分層填料量、分層夯實厚度、夯擊次數、總填料量等應根據當地經驗確定。每個樁孔應夯填至設計標高以上至少0.5米，其上部樁孔宜用原槽土夯封。

⑦施工機具移位，重復上述步驟進行下一根樁施工。

3 設計與計算

樁的布置

處理范圍大于基底面積，一般在基礎的邊緣外擴2-3排樁，并不小于基底下處理土的厚度的1-2。對存在軟弱土層或有可能存在砂土液化的粉土和細砂層，可適當的加寬。

地基處理的寬度超過基礎邊緣一定范圍，主要作用于增加地基的穩定性，防止基底下被處理的土層在附加應力的作用下產生測向變形，因此，越軟的土層，加寬的范圍應越大。通常按應力擴散角θ=30度來確定加固的范圍，并不少于2-3排。

樁位布置可采用正方形、矩形三角形布置。常用樁距1-3米，或樁徑的2-3倍，樁徑可采用400-800mm，孔內的填料必須經過檢驗和現場試驗確定。

鉆孔柱錘沖擴法的承載力設計與計算因無現成的公式計算，復合地基承載力應通過現場復合地基載荷試驗確定初步設計可按公式①

fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk進行估算。式中fsk為樁間土的承載力特征值，可取天然地基承載力特征值，β為樁間土承載力折減系數。當樁間土未經修正的承載力特征值大于樁側土承載力特征值的平均值時，可取0.1-0.4，差值大時取低值，當樁側土未經修正的承載力特征值小于或等于樁側的承載力特征值的平均值時，可取0.5-0.9，差值大時取高值；當設置褥墊層時均取高值；Ra為鉆孔柱錘沖擴樁的單樁承載力特征值。

也可按公式②Ra=ηfcuAp進行計算。式中fcu為鉆孔柱錘沖擴樁現場的實際檢測出的承載力，η為樁身折減系數，干法可取0.2-0.3，根據公式①和②進行比較取小值作為此設計的依據。

變形計算。地基處理后的變形驗算可按照《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）鉆孔樁有關規定進行，樁長范圍內復合土層方法和天然地基相同。初步設計時復合土層的壓縮模量可按公式

Esp=【1+m(n-1)】Es并結合柱錘沖擴法進行計算。

Esp為復合地基的壓縮模量，Es為加固后樁間土的壓縮模量，可按當地取值。

4 質量檢驗

4.1 施工過程質量

施工過程中應隨時檢查施工記錄及現場施工情況，并對照預定的施工工藝標準，對每根樁進行質量評定，對樁身質量有懷疑的工程樁，應用重型動力觸探進行自檢。

4.2 柱身及樁間土質量檢驗

在施工結束后7-14天內，可采用重型動力觸探進行樁身及樁間土進行抽樣檢驗，并對處理后的樁身質量及復合地基承載力做出評價。檢驗點數一般為總數的2%。每一單體工程樁身及樁間土總點數不應少于6點。

基槽開挖后，應檢查樁位、樁徑、樁數、樁頂密實度及槽底土情況。如發現漏樁、樁位偏差過大、樁頭及槽底土質松軟等質量問題，應采取被動補救措施。

4.3 竣工驗收及承載力檢驗

應進行單樁復合地基或多樁復合地基載荷試驗，載荷試驗應在成樁14d后進行。檢驗總數為總樁數的0.5%，每一單體工程不應少于3點。

5 工程實例

某市一廠房，單層，無地下室，長200米，寬50米，上部為雜填土，深6-7米，下部為承載力為fak=150Kpa，含水量在23%-27%之間的粉質粘土，因如采用樁基礎，不經濟。故進行地基處理。

因場地主要為雜填土，里面含有大量的建筑垃圾，如采用普通柱錘沖擴法，成孔鉆進難度較大；如采用鉆孔樁，樁長較大，不經濟，所以采用了鉆孔柱錘沖擴碎石樁法進行地基處理。

本工程鉆機采用普通長螺旋鉆機進行鉆孔，樁徑采用直徑600mm，樁距為2.00米，樁長8米，進入下部粉質粘土層。將無錫生產的SH-30鉆機將重1T的夯錘，吊起1米以上進行夯擊，用標準料車填充，每填一車，用夯錘夯擊10次，然后再填，再夯，直至地表。

在處理完整個場地后，在14天后進行樁體和樁間土進行檢測，采用的是重型動力觸探和多樁復合地基載荷試驗。動力觸探進行了103處，多樁復合地基載荷試驗6點。

經檢測，所有處理過的地基全部承載力超過fak=200Kpa，符合對淺基礎設計要求，本工程在地基處理后，采用了淺基礎。本工程從2000年處理后，目前使用良好，節省了工程造價，縮短了施工工期，甲方給予了認可，并對該處理方法給予極高的評價。