不同作業條件下人工挖孔擴底墩基礎的應用

李德江

(秦皇島中兵建設集團股份有限公司，河北秦皇島 066001)

0 引言

人工挖孔擴底墩基礎因其具有充分利用墩端土的端阻力獲得很高單墩承載力、施工速度快、工程造價低等優勢，而得到越來越廣泛的應用，其施工工藝在工程實踐中日臻成熟。文中對人工挖孔擴底墩基礎在比較復雜的水文地質條件下的成功應用做了介紹。

1 人工挖孔擴底墩基礎的特點

人工挖孔擴底墩基礎的功能和樁相似，主要區別在于施工方法不同。同時擴底墩又具有自身的特點:1)單墩承載力高。2)墩基的持力層必須是承載力較高有一定厚度的堅實土層，且在擴底施工時土層具有足夠的穩定性。3)由于單墩承載力高，尤其是一柱一墩基礎，必須嚴格保證擴底墩的施工質量，一旦發生質量問題，達不到設計要求，將引起難以處理的嚴重后果。4)人工挖孔擴底墩的施工方法對工程的成敗起主要作用。

2 工程實例

某鋼鐵公司3號高爐大修工程高爐本體為整體大板基礎，要求地基承載力特征值330 kPa，對差異沉降敏感;高爐出鐵場為框架結構、獨立基礎，要求地基承載力特征值200 kPa，對差異沉降敏感，并要求高爐本體與出鐵場之間變形協調，相互銜接良好;熱風爐為整體大板基礎，要求地基承載力特征值350 kPa，對差異沉降敏感。

3 工程地質條件

擬建場地位于陡河支流一古河道上。該擬建場地巖土層巖性特征及分布、巖土層地基基礎設計技術參數見表1，表2。

4 水文地質條件

擬建場地25 m深度范圍內未見地下潛水及承壓水，但由于廠區室外管溝生產用水的滲漏，導致部分鉆孔存在上層滯水，水位埋深0.7 m～1.6 m，存在于①2層素填土及②層黏土中。

表1 巖土層巖性特征及分布

表2 巖土層地基基礎設計技術參數 kPa

5 地基處理方案的選擇

該工程高爐本體以及出鐵場、熱風爐基礎底面下主要分布①2層素填土、②層黏土、③層粉土、④層粉細砂、④1層中粗砂。其中①2層素填土及②層黏土均為高壓縮性土，承載力特征值fak=100 kPa～120 kPa，③層粉土為中壓縮性土，承載力特征值fak=180 kPa，④層粉細砂、④1層中粗砂為低壓縮性土，承載力特征值fak=300 kPa，力學性質優良，工程性質好。根據上述工程地質條件和擬建建筑物對地基的要求，擬建場地無天然地基持力層，因此，需要根據工程性質選擇合理的地基處理方案，而地基處理方案合理與否對建筑物的穩定性、施工工期、工程造價、施工難易均有很大影響。

混凝土預制樁雖然在理論計算上可以滿足設計要求，但由于④層粉細砂呈密實狀態，將導致在實際施工中混凝土預制樁無法打入④層粉細砂足夠長度，形成短樁而不能滿足設計要求。水下鋼筋混凝土灌注樁單樁承載力高，沉降量小，可以滿足設計要求，但施工周期長，造價昂貴。對于高爐出鐵場，復合地基可以滿足設計要求，但對于高爐本體及熱風爐，復合地基將導致施工造價大幅度提高，同時由于上層滯水的影響及場地條件的限制，大型機械也難以進場作業。綜合技術、經濟、工期全面考慮，復合地基方案不是最佳方案。

通過以上分析可知，在以上地基處理方案中，沒有既經濟合理又技術可行的地基處理方案。我們從人工挖孔擴底墩基礎方案可知，只要將擴底墩基礎置于堅實土層上，就能獲得很高的單墩承載力。根據本工程的工程地質條件分析，④層粉細砂呈密實狀態，力學性質優良，工程性質好，屬巨厚土層，其頂面埋深位于設計基礎底面以下5 m～6 m，只要將擴底墩置于④層粉細砂上并進入1 m，就能獲得很高的單墩承載力，滿足設計要求，而且墩基礎埋置深度淺，易于施工，造價相對低廉。

6 人工挖孔擴底墩基礎設計

本工程地基處理的主要目的是提高地基土承載力，并保證鄰近建筑物及設備變形一致。根據工程地質條件及水文地質條件，并結合工期緊迫沒有試樁時間的現實，綜合考慮各種因素:高爐出鐵場按一柱一墩設計，高爐本體及熱風爐按群樁設計，由于擴底墩埋置深度小于10 m，因此均不考慮側壁摩阻力和群樁效應。根據其他類似工程施工經驗，為加快施工進度，縮短施工周期，節約投資，挖孔時素填土段設置C15混凝土護壁，擴底墩處局部設置鐵護壁，其他各處均不設置護壁。由于①2層素填土主要由粉細砂組成，透水性好，因此①2層素填土中的上層滯水，挖孔前通過明排疏干處理。

6.1 高爐本體擴底墩

樁徑900 mm，擴底墩直徑2 000 mm，樁長6.5 m，墩底進入④層粉細砂1.0 m，主筋配置Ⅱ級鋼筋18φ18，樁頂2 m范圍內配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@100，以下配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@200，混凝土強度等級C20，單墩豎向極限承載力標準值Ruk=4 628 kN，共41根擴底墩。

6.2 高爐出鐵場擴底墩

樁徑900 mm，擴底墩直徑1 800 mm，樁長7.0 m，墩底進入④層粉細砂1.0 m，主筋配置Ⅱ級鋼筋17φ18，樁頂2 m范圍內配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@100，以下配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@200，混凝土強度等級C20，單墩豎向極限承載力標準值Ruk=3833 kN，共25根擴底墩。

6.3 高爐風口平臺擴底墩

樁徑900 mm，擴底墩直徑1 800 mm，樁長7.0 m，墩底進入④層粉細砂6.5 m，主筋配置Ⅱ級鋼筋17φ18，樁頂2 m范圍內配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@100，以下配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@200，混凝土強度等級C20，單墩豎向極限承載力標準值Ruk=3833 kN，共11根擴底墩。

6.4 熱風爐擴底墩

樁徑900 mm，擴底墩直徑1 800 mm，樁長6.0 m，墩底進入④層粉細砂1.0 m，主筋配置Ⅱ級鋼筋18φ18，樁頂2 m范圍內配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@100，以下配置Ⅰ級螺旋箍筋φ8@200，混凝土強度等級C20，單墩豎向極限承載力標準值Ruk=3833 kN，共44根擴底墩。

7 人工挖孔擴底墩基礎施工

整個工程的挖孔作業，均采用間隔跳挖的方式，兩側擴底墩混凝土澆筑完畢后再挖中間擴底墩的擴大端，防止孔底擴大端由于混凝土的側向擠壓而坍塌。1)無地下水條件。根據有關規范、規程及施工組織設計的要求，按照施工工藝流程，施工進展迅速。2)少量滲水條件。在高爐出鐵場西部，有3根擴底墩挖孔時出現少量滲水，采用同時吊運土、水的施工方法，施工進展順利。3)滲水量較大條件。在熱風爐北部，由于局部地段②層黏土腐殖質含量高，形成了漏水通道，導致挖孔時滲水量較大，無法帶水進行挖孔作業，在此情況下及時采用潛水泵排水，待水排干后繼續進行成孔作業。4)有補給水源滲水量特別大條件。在熱風爐西部，鄰近沖渣水池的8根擴底墩，由于沖渣水池的大量漏水，導致無法人工挖孔，經有關人員研究后及時修改施工方案，采用半沉井法施工。即采用管徑1 200 mm預制鋼筋混凝土管，在②層黏土處進行沉井施工，利用預制鋼筋混凝土管封堵②層黏土中的漏水。實踐證明，施工方法正確，投資增加較少，效果良好。

8 質量檢驗

為檢驗人工挖孔擴底墩的樁體質量，隨機抽取12根樁進行小應變動檢測樁體的密實度、完整性。結果表明，墩體主反射波形態清晰，反映墩身整體連續性好，無斷樁、縮徑等質量缺陷。

由于本工程施工工期緊迫，且類似場地的類似工程已有成功實踐，因此未做載荷試驗檢驗單墩承載力標準值。

9 綜合效果

本工程采用人工挖孔擴底墩基礎方案，施工造價50萬元，僅為預計投資的56%，節約資金約40萬元。

本工程人工挖孔擴底墩基礎施工周期為2002年10月28日～11月18日，2003年5月1日投產運營，投產至今，運營良好。

10 結語

人工挖孔擴底墩基礎在比較復雜的水文地質條件下的成功運用，拓寬了人工挖孔擴底墩基礎的應用范圍，說明該項技術是一項簡便、無污染、造價低、施工速度快、效果明顯的地基處理方法。

作為一種地基處理方法，還需要根據不同的工程地質條件和水文地質條件及工程要求不斷提高，并作進一步總結和完善。