長螺旋壓灌樁結合后注漿工藝在卵石地層中的應用

劉向陽

（萬達酒店設計研究院有限公司，北京 100000）

1 工程概況

1.1 項目概況

蘭州萬達城酒店項目場地位于蘭州市七里河區崔家大灘東側，地處黃河南岸，場地北側有南濱河路與黃河相隔，距黃河主干流約200m。

項目占地面積約3.75 萬m2，建筑面積約9.00萬m2，包括四星酒店、六星酒店、會議中心，地上分別為12、8、2 層，建筑高度分別為50m、40m、13m，地下均為1 層，基坑開挖深度約7.0m，如圖1、2 所示。

圖1 項目效果圖

圖2 項目效果圖

1.2 地質條件

地處黃河蘭州段狹長河谷盆地的西端，地貌單元屬黃河南岸河漫灘，由黃河沖積形成，場地開闊、平坦，局部有拆遷時留下1.0～2.5m 高的建筑垃圾，勘探點孔口高程為1528.64～1531.38m，勘探揭露地層如圖3、4 所示。

①雜填土：雜色，松散～稍密，稍濕，成分以粉土、卵石、建筑垃圾、煤灰為主，土質不均勻，分布于整個場地。

②粉土：黃褐色、褐灰色，濕～很濕，稍密，土質不均勻，手捏有砂感，易搓條，隨深度增加，含砂量逐漸增大，干強度高，韌性好，具有中等搖振反應，該層分布較廣。

③粉砂：灰黃色，松散～稍密，顆粒主要礦物成分以石英、長石、云母為主，顆粒呈不規則狀，級配較差，砂質不純，僅ZK10 鉆孔中揭露。

④卵石：青灰色，密實，顆粒磨圓度好，呈次圓狀～渾圓狀。分選性好，級配良好。顆粒成分為砂巖、花崗巖及變質巖為主。粒徑200～20mm 的含量約占總質量的60%，粒徑20～2mm 的含量約占總質量的15%，粒徑2～0.075mm 的含量約占總質量的25%，粒徑一般以20～60mm 的為主，粒間以細砂、粉土充填，局部夾有薄層砂、礫透鏡體。磨圓度好，一般呈圓狀～次圓狀。該層未揭穿(根據區域資料該層厚度達上百米)。

含水層為①雜填土、②粉土、④層卵石。主要接受大氣降水、地表水入滲和側向地下徑流補給，透水性較好，富水性較強。地下水位埋深6.50～9.70m（由于場地地形起伏，造成水位差略大），對應的水位標高1521.63～1522.01m。本地區卵石層滲透系數為30～40m/d。

圖3 典型工程地質剖面

圖4 長螺旋鉆機在卵石層鉆進

建設場地原有2 處采砂坑和隨機分布的小砂坑，采砂坑最深約25m，后對原有的2 處采砂坑進行了回填平整，回填主要成分為建筑垃圾、粉煤灰、生活垃圾和卵石等。本項目建筑基礎選用樁基。

2 樁基施工工藝比選

設計試樁一組三根，樁直徑800mm，樁長13m，樁端進入卵石層5m，卵石層以上無效樁長段不考慮土層的側阻力（采用雙套筒隔離），采用樁端后注漿工藝。試樁先后進行三種成樁工藝：

2.1 泥漿護壁旋挖工藝

采用此工藝施工時，存在以下問題：

（1）地面至基底之間多是后回填的雜填土與較大粒徑的卵石，孔隙率大、密實度低。

（2）旋挖鉆鉆進至持力層(卵石層) 時與地下水位之間仍存在一定距離，泥漿流失嚴重。

綜上，采用泥漿護壁施工時，塌孔現象極其嚴重，無法成孔。

2.2 全護筒跟進旋挖工藝

采用此工藝施工時，有以下問題：

（1）全護筒跟進旋挖雖能有效的避免塌孔現象，但灌注混凝土后拔護筒困難，且拔護筒過程中鋼筋籠易上浮，對混凝土和易性及鋼筋籠尺寸制作精度要求較高，成樁風險大。

（2）全護筒跟進旋挖工藝繁瑣，施工工效低。根據實際施工情況，一根樁從成孔到灌注完成，最快需要5h，每天最多完成3 根樁。若后期工程樁采用此工藝進行施工，需配備機械（套筒）數量多，成本投入較大，且工期難以保證。

總結上述兩種施工經驗，決定采用長螺旋鉆孔壓灌樁（后插鋼筋籠）工藝。

2.3 長螺旋壓灌工藝

針對卵石層的地質特點，采用大功率鉆機（180KW），當鉆機鉆進到卵石層時，機身出現明顯抖動，電流安培值忽然增大，表明已鉆到卵石層。在卵石層中鉆進平穩，卵石排出順暢（如圖4 所示），成一根樁時間約2h。

成孔經確認滿足要求后，即進行混凝土泵送，控制要點：

（1）混凝土到場后必須進行塌落度實驗測試，測試結果均在195～210 之間，滿足工藝要求。

（2）控制鉆桿提升速度和混凝土泵送速度相一致，鉆桿提升速度控制在2.5m/min 以內。

下鋼筋籠過程中先使用振動錘和鋼筋籠的自重壓入，壓至無法壓入時再啟動振動錘，防止由于振動錘振動導致鋼筋籠、注漿管、聲測管偏移。

3 后注漿施工

注漿作業在成樁3d 以后開始，進行樁端注漿，分兩次注漿，第一次注漿量為0.8t，第二次注漿量為0.7t，間歇時間約為1.5～2h 以上，終止注漿條件：

（1）注漿總量達到設計要求（1.5t 水泥用量）。

（2）注漿總量已達到設計值的80%，且注漿壓力超過8.0MPa。

現場的施工記錄見表1：

表1 后注漿作業施工記錄

4 試樁的隔離

本次設計試樁在原場地地表進行，按設計要求靜載試驗需隔離基礎底板以上土體的側阻力。

因長螺旋鉆孔灌注樁施工工藝的制約，成孔過程中無法同時進行隔離套筒安放。為此，樁端注漿施工完成后，進行樁周土體開挖，挖至設計標高后，放置直徑為1050mm 的鋼護筒（如圖5 所示），鋼護筒內壁距樁表面留有3～7cm 的空腔，從而有效隔離了樁身與基礎底板以上范圍內的土體。隔離套筒安放后，周圍土體回填壓實。

圖5 開挖后置土層隔離護筒工藝

5 試樁預估單樁豎向極限承載力

本項目地勘報告依據 《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008)，給出了樁基設計參數，見表2。

表2 鉆（沖）孔灌注樁極限端阻力標準值及極限側阻力標準值

依據(JGJ94-2008)表5.3.10，卵石層中后注漿端阻力增強系數βp=3.2～4.0，試樁計算中取3.2，計算得到預估單樁豎向極限承載力標準值為：Quk=7766KN。

6 試樁的檢測

6.1 樁身完整性檢測

根據聲波透射檢測及低應變檢測結果分析，樁身完整性無明顯差異，試驗樁樁身完整，均判定為Ⅰ類樁。

圖6 三根試驗樁的Q-s 曲線與s-lgt 曲線

6.2 單樁豎向抗壓靜載荷試驗

如圖6 所示，本次所檢測的3 根試樁，當加載至荷載13000kN 時，最大沉降量均在8～9mm，Q-s 曲線呈緩變型，未出現明顯陡降段，s-lgt 曲線未出現明顯向下彎曲現象。由于試驗加載已達到預估單樁豎向極限承載力標準值的1.7 倍，沒有繼續加載。

7 分析與結論

7.1 長螺旋成孔工藝在較大直徑卵石層中可行

長螺旋壓灌樁適用于粘性土、粉土、砂土地層，對于卵石層，尤其是直徑較大的卵石層缺少經驗。對于蘭州地區廣泛分布的卵石層，當地普遍采用旋挖成樁工藝，施工中成孔困難，樁基質量難以保證。

本項目證明在卵石最大直徑200mm 以內時，長螺旋在卵石層中鉆進順利，成樁快，樁身質量可靠，是可行的成樁工藝，應推廣并替代當地常用的旋挖成樁工藝。根據對現場施工過程的分析：對于最大直徑大于200mm、小于400mm（長螺旋鉆機的螺距為400mm）的卵石，也可以成樁，但成樁速度會慢。對于最大直徑大于400mm 的卵石或建筑垃圾，如鉆機在慢進、旋轉過程中能將石塊慢慢擠開也可成孔，但有失敗的風險，同時鉆頭容易損壞更換。

7.2 卵石層中采用后注漿的工藝能夠大幅提高單樁承載力

試樁證明后注漿的工藝適用于卵石層，注漿量能夠得到保證。漿液充填進入卵石間的空隙，凝固后將卵石膠結在一起，事實上對樁基形成了擴底的效果，從而大幅提高了樁基承載力。

由于當地缺少卵石層中采用后注漿提高樁基承載力的經驗和數據，此次試樁加載有限，樁未破壞。建議以后的工程應在此次經驗的基礎上，進一步提高單樁承載力。

7.3 解決了長螺旋成樁中設置土體隔離筒問題

本項目首創的開挖后置護筒工藝成功的解決了長螺旋成孔中設置雙套筒隔離無效樁長段土體的問題，為長螺旋成孔工藝的推廣奠定了基礎。

綜上，對于卵石地層，長螺旋壓灌樁結合后注漿工藝能保證成樁質量，具有很高的工期和成本效益，值得大力推廣。