大直徑素混凝土樁復合式地基新近填土處理技術應用

岳仡濤 何躍軍 劉江偉 李鑫 田春

【摘要】天府國際機場場平回填后由于新近填土覆蓋層厚，自穩性差。重點論述采用旋挖鉆機清除新近填土，形成不規則引孔，在孔內填筑黏性土，采用長螺旋鉆二次鉆進成孔，灌注混凝土，與新近填土共同作用形成復合式地基的方式，從而提高地基承載力，保證工程質量，獲得了良好的經濟效益。

【關鍵詞】引孔;黏性土;二次鉆進;素混凝土樁;復合式地基

【中圖分類號】 TU472【文獻標志碼】 B

成都天府國際機場配套市政項目范圍內，包括雨水暗渠、下穿隧道、綜合管廊等大型現澆鋼筋混凝土結構構筑物，該區域范圍內存在大量前期場平新近填土，填土厚度變化較大，地質條件較為復雜。由于新近填土經水力作用或自重作用，將存在長期的自然沉降。作為構筑物的地基，下沉超過一定量值，將導致構筑物結構破壞，同時該類地基承載力也達不到要求。由于天府國際機場建設工期緊迫，無法使該類地基達到沉降自穩的需求，若是將場平新近填土，清除換填，以減小沉降，提高承載力，將導致工程造價大幅度提高。經多方案比較后，最終采用了在場平新近填土，構筑物基地采用大直徑素混凝土樁，以提高地基承載力，減小地基沉降。由于場平新近填土的穩定性較差，在機械成孔過程中，易塌孔，樁身出現夾渣等質量問題，導致成樁質量較差，在該項目大直徑素混凝土樁施工前經成樁試驗，通過技術經驗總結，形成"大直徑素混凝土樁復合式地基新近填土處理技術"。通過工程項目施工實踐證明該技術既保證了質量，又產生了良好的效益。

1地基處理簡述

采用旋挖鉆機將新近填土清除，當遇到砂質泥巖時長螺旋鉆應用受限，仍然采用旋挖鉆機，鉆進至設計孔底標高，形成不規則引孔。在孔內分層填筑黏性土，采用夯錘夯實，形成穩定且適合長螺旋鉆施工的條件，接著采用長螺旋鉆二次鉆進形成樁孔，灌注混凝土，待混凝土強度達要求后，與新近填土共同作用形成復合式地基，以保證地基承載力，避免不利沉降。

2施工工藝流程及主要技術要點

施工工藝流程見圖1。

2.1施工準備

（1）施工前，須先熟悉圖紙，進行圖紙會審，編制施工方案，進行技術交底。復核施工用導線點、水準點，根據設計樁位坐標，采用全站儀、GPs 進行定位放線。

（2）施工前進行場地平整，清除地表種植土、垃圾土等。布置施工臨時便道，施工現場設置圍擋，布置臨時施工用水、用電。將原地面用推土機平整至比樁頂標高高60～70cm， 鋪設鋼板、枕木，形成作業面，作業區設置排水橫坡，碾壓密實，開挖排水溝，形成防排水系統。

（3）作業場地應平整密實。鉆機就位前，應對新近填土作業區域進行強力夯實，通過該措施減輕干鉆（不采用泥漿護壁）旋挖引空時孔內塌孔現象。夯實時，先采用履帶式挖掘機利用其挖斗對作業區進行初次夯壓，避免碾壓機械沉陷，再采用振動式壓路機，由慢到快，由輕到重，將作業區域碾壓密實，同時，采用沖擊夯錘或重型壓路機，對作業區域進行強力夯實。

2.2旋挖引孔

2.2.1鉆機就位

旋挖鉆機左、右履帶應處于同一水平面，作業平臺基本水平。旋挖鉆機在施工中不發生傾斜、移動，對準孔樁位置就位，動力頭方向與履帶平行。鉆機側向預留排渣場地。利用鉆機雙側吊錘校正鉆桿垂直度。在樁架上設置標尺，控制鉆進深度，施工中及時觀測、記錄。

2.2.2護簡埋設

護筒采用厚度6～10 mm鋼板卷制，護筒直徑比樁孔徑大150～200 mm，每節護筒長度1.5～3.0 m，護筒應高出原地面，防止雜物、泥水流入孔內。護筒埋設前，先采用較大直徑的鉆頭鉆至護筒底標高，然后壓入護筒。護筒埋設后在其外側采用黏土回填并夯實，使護筒外側密封。

2.2.3鉆進引孔

（1）旋挖引孔采用鉆頭比樁徑大100 mm擴孔鉆進。鉆孔前，檢查鉆機工作性能。調平旋挖鉆機，鉆桿保持垂直，對準鉆孔開鉆。要求動力頭主軸中心同轉架上的起吊滑輪中心及孔口中心在同一鉛垂線上，鉆頭中心對準樁位中心點。

（2）開始旋挖引孔鉆進時，采用低速鉆進，主卷揚機鋼絲繩承擔不低于鉆桿、鉆具重量和的20%，保證孔位不產生偏差。通過鉆頭回轉破碎巖土，裝入桶式鉆斗內，利用鉆桿提出鉆斗將渣土卸至孔外，如此反復不斷取土卸土，直至鉆至設計深度。旋挖鉆進過程中，隨時觀察鉆桿垂直度，通過深度計數器控制鉆孔深度。當鉆頭達預定深度，旋轉鉆頭施加壓力，將土擠入鉆斗，儀表顯示鉆斗裝滿后，鉆頭底部關閉，提出鉆頭地面卸土。

（3）采用低速鉆進至護筒底部，采用高速鉆進，在地質變化交接處，采用低速，低鉆壓鉆進。鉆進速度與壓力有關，采用鉆頭與鉆桿自重摩擦加壓：150 MPa壓力下進尺速度為20 cm/min;200 MPa壓力下進尺速度為30 cm/min;260 MPa壓力下進尺速度為50 cm/min。鉆進過程中嚴格控制鉆進速度，避免進尺過快，鉆斗進入孔內要勻速緩慢，控制鉆斗提升速度，避免斗下產生負壓，避免發生質量事故。

（4）旋挖鉆至孔底標高，保證引孔中心位置偏差小于±50 mm，完成旋挖引孔進行孔內黏土回填。

2.3孔內黏土回填

由于新近填土的穩定性較差，密實度也較低，引孔時可能發生塌孔，形成孔徑擴大現象，成孔不規則，成孔質量也無法滿足質量要求，灌注混凝土時浪費嚴重，同時，由于新近填土空隙較多，孔隙率較大，在樁身混凝土灌注時易漏漿，造成樁身質量缺陷。因此，當成孔至設計要求巖層及深度后，應重新回填黏性土，進行二次成孔。

2.3.1回填黏土質量要求

回填黏土是二次成孔與樁身質量保證的一項重要措施，既能保證成樁時樁孔質量，并可作為二次成孔的護壁，同時還能避免混凝土澆筑時漏漿現象發生。對孔內回填黏土要求：

（1）黏土填料內不得含有碎石等雜質，具有一定的硬塑性，必要時黏土應過篩。

（2）試驗求得黏土最佳含水量，回填時應在其最佳含水量±2%。

（3）可在黏土內摻加膨潤土或竣甲基纖維素，以提高其二次鉆進時的護壁性能。

2.3.2黏土回填施工要求

回填黏土時，采用分層回填，由于操作空間限制，同時避免夯實沖擊對周圍的振動，易造成塌孔，采用小型挖掘機將黏性土倒入孔內，每層30～50 cm采用夯錘夯實，夯錘高度距填筑面小于100 cm，當夯錘夯實夯擊面無較大凹坑即完成一層夯實，考慮黏土回填用途，對回填壓實度不作要求，夯實過程中應將護筒提至夯擊面以上。如此循環填筑至孔頂。

2.4長臂螺旋鉆二次成孔

2.4.1密閉性試驗

長螺旋鉆機首次鉆孔時，需泵送水和 M10水泥砂漿，進行密閉性試驗。首先，將鉆桿移至不影響鉆孔區域，用高壓輸送泵泵壓水1～2 m3，再泵壓水泥砂漿1～2 m3，直至鉆尖出料口出砂漿，檢查泵壓管的密閉性，另外還能在泵壓之前潤滑管道。

2.4.2二次鉆進成孔

（1）長螺旋鉆鉆孔開始時，關閉鉆頭閥門，移動鉆桿直至鉆頭觸及地面時，啟動馬達開始鉆進（圖2）。

（2）鉆進時，應先慢后快，這樣既能減少鉆桿晃動，又可以檢查鉆孔的偏差，以便及時進行糾正。

（3）考慮到長螺旋鉆的工作性能，該方法在旋挖引孔時已鉆進至風化巖層，回填黏性土。如遇特殊情況方可采用長螺旋鉆鉆進強風化巖層。在長螺旋鉆鉆進時，如發現鉆桿晃動或鉆進困難時，則表明已進入強風化巖層，應放慢進尺，否則易導致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。繼續鉆進50 cm，則為設計要求進入強風化持力層位置。動力頭晃動和電流值可作為施工時控制進入強風化巖層的依據。

（4）鉆機塔身上的進尺進行標記，為測量孔深的依據。施工時，根據地面標高與孔底標高計算孔深。鉆進成孔至設計標高后，停止鉆進。

（5）鉆進過程中將注漿軟管擺放圓順，避免軟管自由下落出現折角造成堵爆管事故。在鉆進時，注意電流突變位置的電流值，作為復核地質情況的參考。長螺旋鉆的成孔速度主要取決于輸土是否通暢。成孔過程中，鉆進速度應控制在0.5～2.7 m/min，鉆機電流值控制在60～160 A，進入強風化巖層時電流值略大于160 A。鉆進時應適當控制鉆進壓力和給進量，以少進刀為宜。

（6）鉆孔結束后必須清除孔底虛土。干作業成孔時可在孔底標高處空鉆清孔，直至虛土被清除為止。

2.5灌注混凝土成樁

（1）嚴格計算灌注量和提拔高度。二次鉆進成孔符合要求后，開始泵送水下混凝土（自密實混凝土）灌注。灌注時，當鉆桿芯管充滿混凝土時，設置在鉆桿頂部直徑為25 mm的冒漿口開始冒漿，此時泵機停泵，再提拔鉆桿2 m左右混凝土自落成樁，然后再泵機開泵如此循環直至成樁（圖3）。

（2）在灌注混凝土時，對于混凝土的控制采用記錄泵壓次數的方法，對于同一種型號的輸送泵通過試驗確定泵壓次數為1 m/4次。泵壓為6～8 MPa，拔管速度應控制在2～3 m/min之間，泵壓控制在6～8 MPa，充盈系數控制在1.15～1.16。當鉆桿芯管充滿混凝土后開始拔管，采用停鉆提拔鉆桿。為確保樁身質量，灌注混凝土時超灌50 cm，灌注完成后，進行養護。

（3）成樁后強度達到要求，及時清運樁間土并進行截樁。

2.6樁基檢測

大直徑素混凝土樁施工完成后，應進行承載力和樁身完整性的檢測與評價。承載力采用靜載試驗，檢測不少于樁總數量的1%，且不少于3根;樁身完整性全部檢測。

大直徑素混凝土樁樁群經檢測評價合格后，對其樁間土進行再次夯實，進行結構物墊層施工，形成復合式地基。

3主要技術特點

（1）在覆蓋較厚的新近填土內采用大直徑素混凝土樁進行地基加固，避免大量換填加固，節約了工程造價，使地基承載力符合要求，避免了過大沉降對構筑物造成的破壞。

（2）采用該技術，避免了場平新近填土的穩定性較差，在機械成孔過程中，易塌孔，樁身出現夾渣等質量問題，保證了大直徑素混凝土樁的成樁質量。

4適用范圍

該技術適用于各類素混凝土樁的施工。不宜采用換填法施工，大面積新近填土且覆蓋層較厚時，由于覆蓋層自穩定性不強，無法采用普通成孔方法時，特別是新近填土厚度在2～6 m厚時，卵、漂石含量少，地下水位低，樁徑小于800 mm，采用該技術進行素混凝土樁施工，在保證成樁質量的前提下，技術經濟效果最佳。

5結論

（1）該技術與在新近填土覆蓋層厚度較大時采用換填加固相比較，減少了大開挖，減少了大量土石方作業，節約直接工程費、工程措施費和管理費，經濟效益顯著。

（2）該技術減少了大量土石方工程量，減小了換填，避免了大量土石方借用、棄置、轉運等所需新增用地量，節約土地。由于，新近填土沉降周期較長，過大沉降將導致構筑物破壞，承載力也達不到要求。而采用開挖換填進行地基處理往往工期較長，應用該技術進行地基處理，節約施工工期，為天府國際機場早日通航，提前實現效益，創造了條件。

（3）該技術減少了土石方作業，對原有自然地貌的破壞，保護了自然環境;避免了土石方施工中，投入大量機械、車輛，減少了機械噪聲和廢氣的排放，避免了土方運輸產生揚塵，減少了灑水作業，節約了用水，環保效益顯著。

通過工程實踐證明，該技術是一種先進、適用、技術可靠、綠色、環保的施工技術，經濟、社會、環保效益顯著。