淺談鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基中的應用

張世年

蘭州鐵路局建設管理處，甘肅蘭州 730000

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

1 鉆孔灌注樁技術特點

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

鉆孔灌注樁技術是采用反循環回轉鉆進設備，利用轉盤式鉆機，提放大直徑鉆具，配備各種反循環泵組及其相應的動力設備和附屬設備；與反循環鉆進使用較短鉆具、給進行程小的情況相適應。其成樁過程是采用反循環沖洗鉆孔方式的一種回轉鉆進方法，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定達到設計深度后提鉆，換漿清孔，經擴底后下管、灌注混凝土、下鋼筋籠、插筋后形成樁體。該技術具有以下特點：

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

2）樁的長度靈活，因而可以適應于樁端持力層標高起伏變化復雜的地區；

3）適應性廣。包括基巖、卵石在內的各種土層、巖層和各種形式的基礎工程都可以采用。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，也可在室內施工。既可在山區、丘陵地區采用，也可在沿海軟土地區和西北黃土地區應用；

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率，縮短基礎工程施工工期；

5）節省鋼材和木材，因此成本較低；

6）施工所用設備比較簡單，制做容易。所需大型設備較少，施工技術不十分復雜；

7）施工工序簡單。鉆孔灌注樁不需要預制，成樁后亦不用截樁；

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

9）杭震性能好。一些震災調查資料表明，凡是采取鉆孔灌注樁基礎的建筑物，其上部結構震害都很輕且變形也小。目前大部分地區從事建筑時都要考慮抗震設防，而鉆孔灌注樁則是抗震性能最好的一種基礎形式；

10）單樁承載力高。根據樁徑和長度的不同，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，又可作為高層建筑和重型構筑物的基礎；

11）在鉆孔過程中能夠進一步核查地質情況，可根據地層構造選定適當的樁長和樁徑，樁可長可短，可粗可細，應用上比較靈活，不受運輸和起重條件的限制。

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

2 在黃土地基中鉆孔灌注樁的應用

黃土濕陷是一個極為復雜的現象，過去由于對黃土的濕陷性認識不足，對基礎的處理不夠慎重，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在浸水后出現下沉、開裂等情況。有的建筑物地基雖經多次處理仍未徹底解決問題，造成停工停產，影響了運輸生產，甚至給人們生命財產帶來極大危害。

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。黃土的濕陷性質和物理、力學性質雖然互有關聯，然而它們之間很難找到定量的關系。既然黃土的濕陷機理如此復雜，處理對策如此困難，就必須從地基處理技術上尋找出路。為此，鉆孔灌注樁這一施工工藝就被廣泛應用于濕陷性黃土地基當中。

鉆孔灌注樁在濕陷性黃土地基實際應用當中，可以對混凝土配方和施工工藝不斷的進行摸索、改進。比如，當樁孔凈間距過小時應采用間隔跳躍施工順序，防止孔內串穿，也有利于成樁后的平行灌注作業；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據和資料。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指標，在濕陷性黃土地基中做為樁基而被廣泛應用是有優勢的。

3 工程實例

在當前人工工資日益增加的情況下，鉆孔灌注樁技術應用于濕陷性黃土地基中基礎工程中，具有較好的技術、經濟效果。

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。根據土工試驗資料，地下8.5m土層仍存在濕陷性。當時吸取了其他工程基礎浸水后出現下沉、裂縫的教訓，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經濟比較，最后決定采用鉆孔灌注樁基礎。

表1

該住宅樓系鋼筋混凝土框架結構。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)（參考當地有關資料：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，并根據現有場地及施工條件，單樁垂直容許承載力可取用1 320kN，測試樁符合設計要求。

隨后又對該住宅樓樁基樁身混凝土質量進行了無損動測，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），評定樁身質量，依據國內外采用的混凝土質量與縱波速度（Vp）分類標準來評價（見表2）。

表2

依此標準對所測12根樁進行質量評價（見表3）

表3

由上表看出，C4和B23為優質樁，其余各樁均為良好樁。結論為：通過對C4等12個樁無損動測檢測結果，認為樁基混凝土灌注質量良好，樁身完整，結構密實、無損害缺陷。

鉆孔灌注樁的具體應用將該住宅樓原設計的樁基數量大大減少，節約了基礎費用投資，工期也加快了許多。在其他基礎工程的應用中也取得了滿意的技術經濟效果。

4 有待進一步分析和探討的問題

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

4.1 關于設計、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采用鉆孔灌注樁基礎顯然比其它方法更經濟便利。無論從理論上還是實際經濟、技術效果上來看，在濕陷性黃土地基中采用鉆孔灌注樁基礎設計是適合的，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，將設計的鉆孔樁改為人工挖孔樁，使樁基質量得不到有效保證。樁基的變更，必須結合實際地質條件，符合相關技術規范要求，認真履行設計變更程序，堅持“先批準、后變更、先變更、后施工”的原則。為此，施工單位要加強現場管理，做好技術交底，嚴格按照設計施工；監理單位要加大現場監管力度，嚴把質量控制關；建設單位要加強現場監管，規范建設管理，確保樁基質量。

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是有優勢的。例如對于高層框架剪力墻結構住宅樓按抗震設防烈度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勢的。

4.3 關于樁底沉渣及質量問題

樁底沉渣是影響樁基承載力的重要因素，終孔時應有效測定沉渣厚度，灌注混凝土以前必須復測并不得超規定。盡管這樣，與預制樁相比，無論是大直徑或是小直徑的灌注樁都更容易出現質量事故。用大直徑樁時，要求每根樁的承載力很大，常常是一個基礎只有一個單樁構成，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現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。必要時對樁身質量（結構完整性）和單樁承載能力進行檢測。

4.4 關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的，在混凝土中摻人一定比例的粉煤灰，造價即可降低。據室內試驗的結果，水泥漿中摻入一定比例的粉煤灰，固結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，而且也能減少環境污染，一舉兩得。

5 結論

鉆孔灌注樁技術經過多年的試驗應用，在施工設備、施工工藝和技術參數以及設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用前景十分廣闊。在當前大規模基礎設施建設過程中，繼續對這一技術在濕陷性黃土地基中的應用從設計、施工方面加以研究，將這一技術更加系統化、規范化、標準化，在今后的工程建設中發揮更大的作用，保證大規模基礎設施建設又好又快發展。