高速高壓攪噴復合樁與鉆孔灌注樁在雄安典型地質中的工程特性對比

1 引言

高速高壓攪噴復合樁（DMC 樁）[1-2]是通過高速高壓攪噴鉆機設備輔以水泥漿液以及高效減阻材料原位快速攪噴鉆進到設計樁底標高，形成大直徑水泥土樁后，同心植入預制芯樁的一種復合樁基新型工藝， 按內外芯樁長的相對關系，DMC樁可分為長芯樁、等芯樁、短芯樁3 類。 鉆孔灌注樁是通過旋挖或者長螺旋等設備將土體取出， 在孔內灌注混凝土加放鋼筋籠。 按成孔工藝，灌注樁可分為人工挖孔灌注樁、干作業成孔灌注樁、泥漿護壁成孔灌注樁等。

復合樁與灌注樁在全國各類項目的樁基工程中都已得到廣泛的應用，兩種樁型都有各自匹配的適用區域地層與優勢。 在實際工程中，如何選取合理的樁型對于項目的工期、造價等方面影響至關重要。 本文主要基于雄安典型地質，從工程地質適用性、成樁工藝、承載特征及規律、經濟性等方面進行對比分析和研究，為今后雄安地區工程樁基選型及應用提供參考。

2 工程地質適用性對比

雄安新區地勢由西北向東南逐漸降低， 地面高程多在5～26 m，地面坡降小于2%。 容城—雄縣一線以北地貌類型為沖洪積平原，上部為近代河流沖積層或扇前洼地堆積物，下伏沖洪積層；容城—雄縣一線以南地貌類型為沖湖積平原，由近代河流沖積和湖沼沉積形成。 地下水主要賦存于第四系含水層中，主要分為4 個含水層組，Ⅰ+Ⅱ含水層組含水層巖性以細砂、粉砂、粉細砂為主，富水性中等，單井涌水量約1 000～3 000 m3/d；Ⅲ+Ⅳ含水層組含水層巖性以細砂、中細砂為主，富水性較好，單井涌水量約2 000～3 000 m3/d。100 m 以淺地層的工程性質良好，其中10 m 深地層以可塑～硬塑黏性土和中密～密實粉土砂土為主，承載力特征值一般為140～350 kPa。

DMC 樁需要先通過攪噴設備施工形成大直徑水泥土樁，從目前的研究及工程應用來看， 攪噴成樁工藝主要適用于可塑～硬塑黏性土、中密～密實粉土、中密～密實砂土、軟質基巖等地層，與雄安典型工程地質適用性非常匹配。 鉆孔灌注樁作為使用近百年的傳統樁基工藝，工程地質適用性非常廣泛，但當遇砂層、圓礫、卵石等地層，且地下水位亦較高的地層進行鉆孔灌注樁施工時,易造成鉆孔坍塌事故。 對于雄安粉土砂層深厚、地下水位較高的地層特點，鉆孔灌注樁的施工需做好泥漿護壁以及相應防塌孔措施。

3 成樁工藝對比

DMC 樁成樁分兩大階段：攪噴樁施工、植樁施工，其成樁的主要工藝流程是： 場地平整→樁位測量放線→鉆機就位→噴漿攪拌下鉆→噴漿攪拌提升→攪拌鉆機移位→吊車就位→吊樁插樁→吊裝接樁→振搗插樁→成樁后處理，如圖1 所示。 過程中可時刻監測成樁速度、攪拌扭矩、噴漿量、下壓力等，以便隨時調整施工參數，加快施工效率。

圖1 DMC樁施工流程

與DMC 樁相比，灌注樁的施工工序具有復雜性、連續性、隱蔽性三大特性。 以泥漿護壁旋挖灌注樁為例，其成樁的主要工藝流程是：施工準備→樁位放線→開挖漿池、漿溝→護筒埋設→鉆機就位、孔位校正→成孔、泥漿循環、清除廢漿、泥渣→清孔換漿→終孔驗收→下鋼筋籠和鋼導管→澆筑水下混凝土→成樁，如圖2 所示。 鉆孔灌注樁的施工質量影響因素較為繁多復雜，且各個施工工序環環相扣、緊密聯系，具有極強的時效性。

圖2 鉆孔灌注樁施工流程

由圖2 可見，鉆孔灌注樁施工質量控制點多，控制面廣，而且施工質量控制過程模糊性大， 很多質量控制點均為隱蔽工程，無法做到可視化，所以，鉆孔灌注樁的施工質量可控性的難度要遠大于DMC 樁；在工效方面，由于鉆孔灌注樁的施工工序繁多、工藝復雜，對混凝土的連續供應依賴較高，DMC樁相比鉆孔灌注樁流程大幅簡化， 從目前的研究及工程應用來看，DMC 樁可節省工期30%～50%。 另外，鉆孔灌注樁的施工不僅會產生機械噪聲污染，還會發生泥漿流竄污染、塵土飛揚的空氣污染等現象，而DMC 樁與靜壓設備配合施工可滿足城市24 h 噪聲要求，且無須泥漿護壁現場無泥漿排放，更符合雄安新區對綠色低碳環保的建設要求。

4 抗壓承載特征及規律對比

以雄安某項目為例，對比DMC 樁與鉆孔灌注樁的試樁靜載結果情況。

4.1 工程概況

本項目位于雄縣大廠高速與保靜線交口東南側， 建筑物均分布于地下或半地下，地下道路埋深8～15 m，綜合主廠房埋深約15～25 m，配套污水處理設施、地下停車場、爐渣綜合處理設施等其他建（構）筑物埋深8 m，半地下建筑物最高建筑高度約50 m，最高建筑層數約4 層。 擬采用樁筏基礎。

4.2 地質概況

在勘探深度范圍內，地層自上而下依次為：第四系全新統的（Q4ml）耕土，沖洪積成因的（Q4al+pl）粉質黏土、粉細砂及粉土，第四系上更新統（Q3al+pl）沖洪積成因的粉質黏土和粉細砂，如圖3 所示（L 為樁長）。

圖3 雄安某項目地質剖面圖

4.3 試樁方案設計

針對該場地地下水位高、存在較厚砂土層的特點，選取等承載力要求的兩類樁型各3 根進行試驗結果對比分析： 第一類樁型是經優化后的DMC 樁，水泥土攪拌樁規格為1 m×16 m，采用普通硅酸鹽水泥P·O42.5 摻量為30%； 預應力管樁型號為PHC-AB600-130，管樁樁身混凝土強度為C80，相鄰兩節管樁之間采用焊接連接，設計抗壓極限承載力為6 180 kN；第二類樁型為旋挖鉆孔灌注樁，均采用后注漿技術，樁徑800 mm，樁長30 m，樁身采用C35 高性能混凝土，鋼筋采用HRB400E（三級鋼），設計抗壓極限承載力為6 000 kN。 兩種樁型的單樁豎向抗壓靜載試驗結果如圖4～圖9 所示。

圖4 DMC-A樁Q-S 曲線

圖5 DMC-B樁Q-S 曲線

圖6 DMC-C樁Q-S 曲線

圖7 ZH49-73 鉆孔灌注樁Q-S 曲線

圖9 ZH51-26 鉆孔灌注樁Q-S 曲線

由以上靜載Q-S 曲線可知：

1）經優化后的DMC 樁與鉆孔灌注樁設計均能滿足設計要求，且均未達破壞極限，設計安全儲備較高，試樁結果可作為結構設計依據。

2）兩類樁型每根樁的每級荷載對應每級位移的離散性均非常小，兩類樁型的承載性能與規律非常匹配，經優化后的DMC 樁完全可1∶1 原位替換鉆孔灌注樁， 作為本項目工程樁使用。

5 經濟性與工期對比

根據最終工程所采用的施工工藝及各項工程清單， 對滿足設計要求的上述兩種樁型（DMC 樁、灌注樁）的工程量與工期比較見表1。

表1 灌注樁與DMC樁對比表

本項目總樁數約10 000 根， 實際采用DMC 樁優化數量為2 680 根，優化后DMC 樁綜合造價較原灌注樁方案節省約10%；綜合工期約節省35%。 采用DMC 樁的經濟效益與工期效益顯著。

6 結論及展望

本文依托于雄安地區某實際項目為背景，結合DMC 樁與鉆孔灌注樁的靜載試驗，從工程地質適用性、成樁工藝、承載特征及規律、經濟性等方面進行對比分析和研究。 得出如下結論：

1）對于雄安地區典型地層可塑～硬塑黏性土、中密～密實粉土、中密～密實砂土，DMC 樁具有更好的地層適用性，可避免傳統灌注樁在深厚粉土砂層施工出現的塌孔縮進等風險，避免大規模灌注樁建設混凝土連續供應不足等風險。

2）DMC 樁相比鉆孔灌注樁工藝流程大幅簡化，相比鉆孔灌注樁可節省30%～50%工期，無須泥漿護壁，無噪聲污染，更符合雄安新區對于低碳環保的建設要求。

3）兩類樁型每根樁的每級荷載對應每級位移的離散性均非常小，兩種樁型的承載性能與規律非常匹配，對于雄安地區的典型地層，經優化后的DMC 樁完全可1∶1 原位替換鉆孔灌注樁，獲得更好的技術效益。

4）DMC 樁的綜合造價相比鉆孔灌注樁更低， 工效更高，具有較好的經濟效益與工期效益。