淺談鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用

張世年

蘭州鐵路局建設(shè)管理處，甘肅蘭州 730000

在西北濕陷性黃土地區(qū)，因黃土遇水沉陷而導(dǎo)致各類建筑物的沉陷事故多有發(fā)生。現(xiàn)就鉆孔灌注樁技術(shù)在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用實踐和鉆孔灌注樁的技術(shù)特點以及有關(guān)技術(shù)問題談一些粗淺的看法，使這一技術(shù)在具體運用中進一步完善，以期在實踐中發(fā)揮更大的作用。

1 鉆孔灌注樁技術(shù)特點

鉆孔灌注樁做為深基礎(chǔ)的主要形式之一，近年來在國內(nèi)外被廣泛地應(yīng)用于房屋建筑、橋梁等基礎(chǔ)工程之中。這一技術(shù)首先應(yīng)用于地下水位高、土層錯綜復(fù)雜的美國匹茲堡地區(qū)。目前我國大部分地區(qū)特別是沿海地區(qū)相繼使用。近年來，我們在住宅樓工程中大膽引進，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

鉆孔灌注樁技術(shù)是采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進設(shè)備，利用轉(zhuǎn)盤式鉆機，提放大直徑鉆具，配備各種反循環(huán)泵組及其相應(yīng)的動力設(shè)備和附屬設(shè)備；與反循環(huán)鉆進使用較短鉆具、給進行程小的情況相適應(yīng)。其成樁過程是采用反循環(huán)沖洗鉆孔方式的一種回轉(zhuǎn)鉆進方法，使用清水做沖洗液，鉆進中形成泥漿護壁，利用水柱壓力保持孔壁穩(wěn)定達到設(shè)計深度后提鉆，換漿清孔，經(jīng)擴底后下管、灌注混凝土、下鋼筋籠、插筋后形成樁體。該技術(shù)具有以下特點：

1）可以采用較大的樁徑，目前國內(nèi)外已達到3m以上，還可以采用底部擴大的樁徑；

2）樁的長度靈活，因而可以適應(yīng)于樁端持力層標(biāo)高起伏變化復(fù)雜的地區(qū)；

3）適應(yīng)性廣。包括基巖、卵石在內(nèi)的各種土層、巖層和各種形式的基礎(chǔ)工程都可以采用。不受地下水位高低的限制和影響，不用大開挖，不用放坡，對相鄰筑物沒有影響。既可在室外施工，也可在室內(nèi)施工。既可在山區(qū)、丘陵地區(qū)采用，也可在沿海軟土地區(qū)和西北黃土地區(qū)應(yīng)用；

4）可減少土方工程量，減輕工人勞動強度，提高施工機械化水平和勞動生產(chǎn)率，縮短基礎(chǔ)工程施工工期；

5）節(jié)省鋼材和木材，因此成本較低；

6）施工所用設(shè)備比較簡單，制做容易。所需大型設(shè)備較少，施工技術(shù)不十分復(fù)雜；

7）施工工序簡單。鉆孔灌注樁不需要預(yù)制，成樁后亦不用截樁；

8、施工靈活方便，無噪音、無公害。打預(yù)制樁由于受打樁設(shè)備限制，在建筑物附近或廠房內(nèi)不能施工;打樁產(chǎn)生噪音對附近居民也有一定影響；

9）杭震性能好。一些震災(zāi)調(diào)查資料表明，凡是采取鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的建筑物，其上部結(jié)構(gòu)震害都很輕且變形也小。目前大部分地區(qū)從事建筑時都要考慮抗震設(shè)防，而鉆孔灌注樁則是抗震性能最好的一種基礎(chǔ)形式；

10）單樁承載力高。根據(jù)樁徑和長度的不同，單樁承載力可由幾十噸到幾百噸乃至上千噸。因此，它既可作為低層建筑的基礎(chǔ)，又可作為高層建筑和重型構(gòu)筑物的基礎(chǔ)；

11）在鉆孔過程中能夠進一步核查地質(zhì)情況，可根據(jù)地層構(gòu)造選定適當(dāng)?shù)臉堕L和樁徑，樁可長可短，可粗可細，應(yīng)用上比較靈活，不受運輸和起重條件的限制。

由于鉆孔灌注樁技術(shù)具有上述特點，當(dāng)前，全國大部分地區(qū)均已采用了這一施工技術(shù)。鐵路、公路部門已廣泛采用了鉆孔灌注樁。航務(wù)、水利、工業(yè)和民用建筑等工程部門也已大量采用，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。實踐證明，鉆孔灌注樁是一種切實可行的基礎(chǔ)形式，展現(xiàn)了良好的使用前景。

2 在黃土地基中鉆孔灌注樁的應(yīng)用

黃土濕陷是一個極為復(fù)雜的現(xiàn)象，過去由于對黃土的濕陷性認識不足，對基礎(chǔ)的處理不夠慎重，加之采取的處理措施不力，對于水的管理失控，致使不少建筑物基礎(chǔ)在浸水后出現(xiàn)下沉、開裂等情況。有的建筑物地基雖經(jīng)多次處理仍未徹底解決問題，造成停工停產(chǎn)，影響了運輸生產(chǎn)，甚至給人們生命財產(chǎn)帶來極大危害。

目前還沒有一種假說能夠比較確切而滿意地闡明黃土的濕陷機理。黃土的濕陷性質(zhì)和物理、力學(xué)性質(zhì)雖然互有關(guān)聯(lián)，然而它們之間很難找到定量的關(guān)系。既然黃土的濕陷機理如此復(fù)雜，處理對策如此困難，就必須從地基處理技術(shù)上尋找出路。為此，鉆孔灌注樁這一施工工藝就被廣泛應(yīng)用于濕陷性黃土地基當(dāng)中。

鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基實際應(yīng)用當(dāng)中，可以對混凝土配方和施工工藝不斷的進行摸索、改進。比如，當(dāng)樁孔凈間距過小時應(yīng)采用間隔跳躍施工順序，防止孔內(nèi)串穿，也有利于成樁后的平行灌注作業(yè)；通過垂直靜載和水平靜載試樁，對樁體不同深度、不同部位取出的試塊做不同齡期的抗壓抗折強度和彈性模量試驗，為改進混凝土配方積累試驗數(shù)據(jù)和資料。大量工程實例證明，鉆孔灌注樁無論是施工工藝還是樁徑、樁體的長期強度等技術(shù)指標(biāo)，在濕陷性黃土地基中做為樁基而被廣泛應(yīng)用是有優(yōu)勢的。

3 工程實例

在當(dāng)前人工工資日益增加的情況下，鉆孔灌注樁技術(shù)應(yīng)用于濕陷性黃土地基中基礎(chǔ)工程中，具有較好的技術(shù)、經(jīng)濟效果。

某高層住宅樓地處二級濕陷性黃土場地上，黃土層厚14m～15m，地下水埋深為12m左右。根據(jù)土工試驗資料，地下8.5m土層仍存在濕陷性。當(dāng)時吸取了其他工程基礎(chǔ)浸水后出現(xiàn)下沉、裂縫的教訓(xùn)，對鉆孔灌注樁與鋼筋混凝土打入樁、挖孔樁、機械成孔振動樁等方案進行了技術(shù)經(jīng)濟比較，最后決定采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

表1

該住宅樓系鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。地層自上而下為：填土、黃土狀輕亞粘土、卵石。地基土天然地基承載力為：黃土狀輕亞粘土0.16MP，卵石0.45MP。鉆孔灌注樁按每個框架柱下一根樁設(shè)計，樁長15m～16m，樁尖進卵石層0.3m，施工使用QZ-200型鉆機。施工后采用“動測法”對樁基做了承載力試驗。通過計算機對實測結(jié)果分析，得出各樁的垂直極限承載力（Pu）值（見表1）。

我們以F-17樁為例計算其單樁垂直容許承載力(Pa)值如下：

Pa=1/1.5-(2970-20×10×0.9л)-10×10×9.1л=1320(kN)（參考當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)資料：樁周正摩擦力平均值取20kN/m2，樁周負摩擦力平均值取10kN/m2），因此，從實測資料分析，并根據(jù)現(xiàn)有場地及施工條件，單樁垂直容許承載力可取用1 320kN，測試樁符合設(shè)計要求。

隨后又對該住宅樓樁基樁身混凝土質(zhì)量進行了無損動測，通過研究彈性波在樁身混凝土中的傳播特征，檢測其縱波速度（Vp），評定樁身質(zhì)量，依據(jù)國內(nèi)外采用的混凝土質(zhì)量與縱波速度（Vp）分類標(biāo)準來評價（見表2）。

表2

依此標(biāo)準對所測12根樁進行質(zhì)量評價（見表3）

表3

由上表看出，C4和B23為優(yōu)質(zhì)樁，其余各樁均為良好樁。結(jié)論為：通過對C4等12個樁無損動測檢測結(jié)果，認為樁基混凝土灌注質(zhì)量良好，樁身完整，結(jié)構(gòu)密實、無損害缺陷。

鉆孔灌注樁的具體應(yīng)用將該住宅樓原設(shè)計的樁基數(shù)量大大減少，節(jié)約了基礎(chǔ)費用投資，工期也加快了許多。在其他基礎(chǔ)工程的應(yīng)用中也取得了滿意的技術(shù)經(jīng)濟效果。

4 有待進一步分析和探討的問題

通過實踐，鉆孔灌注樁技術(shù)用于建筑物基礎(chǔ)，尤其用于深層黃土地區(qū)的建筑物基礎(chǔ)有著明顯的優(yōu)勢。大量的工程實例和試驗數(shù)據(jù)表明這一技術(shù)已趨成熟，但也還存在一些問題需要進一步分析和探討。

4.1 關(guān)于設(shè)計、施工的一些問題

地下建筑、重型建筑以及承載力大的深基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)顯然比其它方法更經(jīng)濟便利。無論從理論上還是實際經(jīng)濟、技術(shù)效果上來看，在濕陷性黃土地基中采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計是適合的，也是安全的。在近期一些工程中，由于不受工期的制約，一些施工單位不愿意在施工機械方面加大投入，擅自改變施工工藝，將設(shè)計的鉆孔樁改為人工挖孔樁，使樁基質(zhì)量得不到有效保證。樁基的變更，必須結(jié)合實際地質(zhì)條件，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，認真履行設(shè)計變更程序，堅持“先批準、后變更、先變更、后施工”的原則。為此，施工單位要加強現(xiàn)場管理，做好技術(shù)交底，嚴格按照設(shè)計施工；監(jiān)理單位要加大現(xiàn)場監(jiān)管力度，嚴把質(zhì)量控制關(guān)；建設(shè)單位要加強現(xiàn)場監(jiān)管，規(guī)范建設(shè)管理，確保樁基質(zhì)量。

4.2 在黃土地基中鉆孔灌注樁作為樁基的問題

通過對黃土地基中鉆孔灌注樁作為樁基進行配方和現(xiàn)場工藝試驗，以及對樁進行垂直和水平靜載試驗，鉆孔灌注樁在黃土中用于樁基的基本要求比其他基礎(chǔ)是有優(yōu)勢的。例如對于高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓按抗震設(shè)防烈度8度考慮，每個開間布置6個樁計算，單樁的垂直容許承載力無論考慮水平力作用與否，條件都是很滿足的，顯然鉆孔灌注樁用于濕陷性黃土地基中樁基是有優(yōu)勢的。

4.3 關(guān)于樁底沉渣及質(zhì)量問題

樁底沉渣是影響樁基承載力的重要因素，終孔時應(yīng)有效測定沉渣厚度，灌注混凝土以前必須復(fù)測并不得超規(guī)定。盡管這樣，與預(yù)制樁相比，無論是大直徑或是小直徑的灌注樁都更容易出現(xiàn)質(zhì)量事故。用大直徑樁時，要求每根樁的承載力很大，常常是一個基礎(chǔ)只有一個單樁構(gòu)成，因此，對施工管理絕不能馬虎大意。雖然實測資料表明鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基中的可靠性，卻也證明了鉆孔灌注樁在施工中由于管理不善可能產(chǎn)生的一些共有的缺陷，主要是：1）樁底處以及樁身周圍地基土的松軟；2）孔壁的崩塌；3）樁體因混凝土質(zhì)量不佳造成離析、斷層、縮頸；4）樁孔底部鉆渣的沉淀。在具體施工中常常發(fā)現(xiàn)混凝土灌注量不足或超灌的情況，都屬不正常。前者有可能造成縮頸，后者說明坍塌或遇流砂。因此在實際施工中實際灌入的混凝土量不得少于設(shè)計樁身的理論體積。為確保鉆孔灌注樁的可靠性，除對施工管理重要性要有足夠的認識外，必須嚴格控制樁底沉渣，才能保證樁基承載力。必要時對樁身質(zhì)量（結(jié)構(gòu)完整性）和單樁承載能力進行檢測。

4.4 關(guān)于降低鉆孔灌注樁造價的問題

降低鉆孔灌注樁的造價是完全可以實現(xiàn)的，在混凝土中摻人一定比例的粉煤灰，造價即可降低。據(jù)室內(nèi)試驗的結(jié)果，水泥漿中摻入一定比例的粉煤灰，固結(jié)體的早期強度有所降低。但后期強度（3個月后）可以達到甚至超過純水泥漿的固結(jié)體強度。粉煤灰的摻量可以用到25%～50%。粉煤灰的價格僅為水泥的1/5左右。若按25%摻量計算，鉆孔灌注樁的綜合單價可以降低5﹪左右。而粉煤灰是工業(yè)廢料，利用粉煤灰不僅可以降低鉆孔灌注樁的造價，而且也能減少環(huán)境污染，一舉兩得。

5 結(jié)論

鉆孔灌注樁技術(shù)經(jīng)過多年的試驗應(yīng)用，在施工設(shè)備、施工工藝和技術(shù)參數(shù)以及設(shè)計原則等方面都日臻完善和成熟，尤其是在深層濕陷性黃土中的應(yīng)用前景十分廣闊。在當(dāng)前大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，繼續(xù)對這一技術(shù)在濕陷性黃土地基中的應(yīng)用從設(shè)計、施工方面加以研究，將這一技術(shù)更加系統(tǒng)化、規(guī)范化、標(biāo)準化，在今后的工程建設(shè)中發(fā)揮更大的作用，保證大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)又好又快發(fā)展。